KR20150044797A - 불안정형 영상 공진기 - Google Patents

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Abstract

제 1 태양에서, 파워 증폭기는 제 1 수직면에 배치되는 제 1 복수의 레이저 디스크들과 제 1 면의 맞은 편의 제 2 수직면에 배치되는 제 2 복수의 레이저 디스크들; 제 1 수직면에 배치되는 제 1 복수의 반사 거울들과 제 2 수직면에 배치되는 제 2 복수의 반사 거울들;을 포함하고, 복수 레이저 디스크들은 중심 수평면에 배치되고, 반사 거울들의 제 1 세트는 하부 수평면에 배치되고, 반사 거울들의 제 2 세트는 상부 수평면에 배치되고, 광축을 따라 인접한 각각의 레이저 디스크들과 반사 거울들은 서로 간에 1:1 시스템을 제공하도록 위치해 있다. 다른 태양들이 설명될 수 있다.

Description

불안정형 영상 공진기{UNSTABLE IMAGING RESONATOR}
본 명세서에서 설명되는 본 발명은 레이저 공진기 시스템들(laser resonators systems), 보다 구체적으로는 불안정형 영상 공진기(unstable imaging resonator)와 관련된 것이다.
고체 상태 레이저 디스크들(laser disks)은 뒷면(back surface)을 따라 히트 싱크(heat sink)에 설치된 활성의 얇은 디스크 이득 매체(active thin disk gain medium)를 가진다. 뒷면은 레이저 및 펌프 파장들(laser and pump wavelengths)에서 반사성이 높고, 앞면(front surface)은 레이저 및 펌프 파장들에서 전달성이 높다. 외부 레이저 빔(beam)은 디스크의 앞면 또는 "표면(face)"으로 들어가고, 뒷면으로 전파되며(propagate), 뒷면에 의하여 반사되어 앞면으로 돌아가서, 디스크를 떠난다. 디스크에서 전파하는 동안에, 레이저 빔은 디스크로부터 에너지를 뽑아낸다.
에너지 손실은 펌핑된(pumped) 레이저 빔에 의하여 회복되는데, 이것 또한 디스크의 앞면에서 디스크로 들어가고, 뒷면으로 전파되고, 반사되어 앞면으로 전파되어서, 디스크를 떠난다. 디스크를 통과하여 전파하는 동안 펌프 빔은 에너지를 디스크내에 쌓이게 해서(deposit), 매체를 자극한다(stimulate). 활성 매체의 예는 Yb:YAG (ytterbium-doped yttrium aluminum garnet)이고, 이는 10 내지 2000 밀리미터(mm)의 지름과 200 마이크론(0.20 mm)의 두께일 수 있는 원형의 디스크 포맷(format)으로 제공된다. 펌핑 광원(pumping light source)은 일반적으로 활성 거울과 같은 레이저 디스크 기능을 가지도록, 레이저 파장에서 단위 이득(unity gain)보다 큰 이득을 제공하는 다이오드 레이저(diode laser)에 의하여 제공된다. 펌핑 빔은 레이저 빔의 방해를 피하는 입사각(angle of incidence)으로 표면에 나타난다.
펌핑 광원에 의하여 전달되는 파워를 증가시킴으로써 및/또는 레이저 디스크 공진기에서 복수의 레이저 디스크들을 결합함으로써 레이저 디스크 출력 빔 파워가 증가될 수 있다. 안정형 레이저 디스크 공진기는 복수의 디스크들의 개개의 출력 레이저 파워를 예를 들어, 금속 가공 어플리케이션들(applications)에서 사용되는 다중 킬로와트(kilowatt) 레이저 출력으로 결합하는 데 사용된다. 안정형 레이저 디스크 공진기들에 의하여 생산되는 고 파워 출력 빔들(high power output beams)은 다중 모드이고, 일반적으로 회절 한계(diffraction limit)의 50 배이다. 이러한 것은 레이저 용접과 같은 산업 어플리케이션들에 적합한 반면에, 더욱 정밀하고 타이트하게(tightly) 초점이 맞춰지는 출력 레이저 빔을 요구하는 어플리케이션들에는 적합하지 않다. 그러므로, 고 에너지, 더욱 정밀한 레이저 빔 어플리케이션들에 사용될 수 있는 근접 회절 한계 레이저 빔을 생산하는 복수의 레이저 디스크 공진기(multiple laser disc resonator)를 제공하는 것이 바람직하다.
불안정형 영상 공진기(unstable imaging resonator)로서, 레이저 신호의 불안정형 공진기 진동을 제공하는 되먹임 거울(feedback mirror)과 주 거울(primary mirror); 제 1 수직면(vertical plane)에 배치되는 제 1 복수의 레이저 디스크들과 제 1 수직면의 맞은 편의 제 2 수직면에 배치되는 제 2 복수의 레이저 디스크들; 및 제 1 수직면에 배치되는 제 1 복수의 반사 거울들과 제 2 수직면에 배치되는 제 2 복수의 반사 거울들을 포함하고, 상기 레이저 신호는 되먹임 거울과 주 거울 간의 광축(optical axis)을 따라 전파되고, 복수의 레이저 디스크들은 중심 수평면(central horizontal plane)에 배치되고, 반사 거울들의 제 1 세트는 하부 수평면(lower horizontal plane)에 배치되고, 반사 거울들의 제 2 세트는 상부 수평면(upper horizontal plane)에 배치되며, 광축에서 각각의 인접한 레이저 디스크들과 반사 거울들은 서로 간에 1:1 영상 시스템을 제공하도록 위치해 있는 것을 특징으로 한다.
다른 태양에서, 파워 증폭기(power amplifier)는 제 1 수직면에 배치되는 제 1 복수의 레이저 디스크들과 제 1 수직면의 맞은 편의 제 2 수직면에 배치되는 제 2 복수의 레이저 디스크들; 제 1 수직면에 배치되는 제 1 복수의 반사 거울들과 제 2 수직면에 배치되는 제 2 복수의 반사 거울들;을 포함하고, 복수 레이저 디스크들은 중심 수평면에 배치되고, 반사 거울들의 제 1 세트는 하부 수평면에 배치되고, 반사 거울들의 제 2 세트는 상부 수평면에 배치되고, 광축을 따라 인접한 각각의 레이저 디스크들과 반사 거울들이 서로 간에 1:1 영상 시스템을 제공하도록 위치해 있는 것을 특징으로 한다.
여기서 논의된 특징들(features), 기능들(functions)과 이익들(benefits)은 여기서 설명되는 다양한 실시예들에서 독립적으로 달성되거나, 또 다른 실시예들에서 결합될 수 있고 이러한 실시예들의 추가적인 세부사항들(details)은 하기의 설명과 도면들을 참조하여 보여질 수 있다.
도 1은 예들에 부합되는 1:1 영상 시스템의 개략 블록도이다.
도 2는 예들에 부합되는 일반적인 공진기의 개략도이다.
도 3은 예들에 부합되는 영상 시스템과 공진기의 간단화된 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시된 구성의 재배열의 개략도이다.
도 5는 예들에 부합되는 제 1 타입(type)의 불안정형 공진기의 개략도이다.
도 6은 예들에 부합되는 제 2 타입의 불안정형 공진기의 개략도이다.
도 7 및 8은 예들에 부합되는 공진기의 작동 원리들의 개략도이다.
도 9 내지 11은 예들에 부합되는 공진기들의 개략도이다.
도 12는 예들에 부합되는 파워 증폭기의 개략도이다.
하기에는 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다.
아래의 설명에서, 다양하고 구체적인 세부사항들(details)이 다양한 실시예들의 충분한 이해를 돕도록 기재된다. 그러나, 본원 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자에 의하여, 다양한 실시예들이 구체적인 세부사항들 없이 실행될 수 있을 것이다. 다른 예들에서, 잘 알려진 방법들, 공정들(procedures), 구성 요소들(components), 및 회로들(circuits)은 특정한 실시예들을 모호하지 않게 하기 위하여 상세하게 도시되고 설명된다.
본 발명은 N 개의 레이저 디스크들의 어레이(array)로부터 단일 멀티 킬로와트(single multi kilowatt) 및 단일 가로 모드(single transverse mode)의 근접 회절 한계(near diffraction limited) 출력 레이저 빔(output laser beam)을 생성하기 위한 방법들과 장치들을 제공한다. 단일 가로 모드에서 멀티 킬로와트 출력 파워 빔(output power beam)을 제공하기 위하여, 되먹임 거울(feedback mirror)의 엣지(edge)로부터 레이저 출력이 제공되는 불안정형 공진기를 사용할 필요가 있다. 현실적인 안정형 공진기들을 위한 기본 모드 지름은 1mm 또는 2mm 일 뿐이기 때문에, 단일 모드 안정형 공진기들은 큰 지름, 예컨대, 1 cm의 고 파워 디스크들을 사용할 수 없다.
근접 회절 한계(near diffraction limit)를 제공하기 위하여, 각각의 레이저 디스크와 반사 거울의 결합이 1:1 영상 시스템(imaging system)으로서 기능하도록 하는 방식으로, 단일 가로 모드 레이저 디스크들은 불안정형 공진기에서 반사 거울들(reflecting mirrors)과 함께 배치된다. 이러한 것은 또한 부근의 레이저 디스크들(adjoining laser disks) 상으로 각각의 레이저 디스크 출력의 풀(full) 영상을 제공한다. 이러한 것은 효과적인 디스크 전력 추출(extraction)을 제공하는 것뿐만 아니라, 단일 가로 모드 공진기를 제공한다. 이러한 것을 달성하기 위하여, 광축을 따라 그들의 배치의 범위를 넘도록 선택된 영상 거리로 상호간에 이격되는 각각의 레이저 디스크와 반사 거울 표면들에서 각각의 구면 거울 표면들(spherical mirror surfaces)이 위치되도록 레이저 디스크들과 반사 거울들이 배치된다. 하기에서 더 상세하게 설명하는 것과 같이, 각각의 레이저 디스크-반사 거울 결합은 1:1 영상 시스템을 제공한다.
광학 공진기들(optical resonators) 내부에 영상 시스템들을 놓는 것에 포함되는 원리들(principles)을 가르치기 위하여, 우선 도 1 내지 10이 참조된다. 도 1은 동일한 포지티브 렌즈들(positive lenses) L1과 L2를 가지는 1:1 영상 시스템(20)을 도시한다. 렌즈들은 각각 광축(22) 상에 놓일 때 초점 거리 f를 가지고, 또한 공통되는 초점(focal point, F2)을 가진다. 1:1 영상 시스템(20)은 배율 1(unity magnification)로 모든 객체들을 영사하여(image), 객체 평면(F1)에서 복소 진폭(complex amplitude) u(x, y)인 전자기장(24a, 24b)은 시스템(20)에 의하여 복소 진폭 u(-x, -y)인 영상 표면(F3)으로 간단하게 전달된다. 그 전달은 본질적으로 제로 광학 거리 전파(zero optical distance propagation) 및 180도 회전이다. 1:1 영상 시스템(20)의 물리적인 거리는 4f지만 광학 거리는 제로이다.
도 2는 L만큼 이격되어 있는 오목 엔드(concave end) 거울 M1과 M2를 가지고 도시된 임의의 두 개의 거울 공진기(26)를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 공진기(26)는 영상 시스템(20)의 광축(22) 상에 놓여질 수 있다. 도 4에서, 그 후에 거울 M1은 거리 4f의 차이만큼 재배치된 영상 위치(27)로 왼쪽으로 이동되고, 이는 영상 광학 공진기(28)을 형성하기 위하여 안쪽으로 끼워넣어진 1:1 영상 시스템(20)을 광학 공진기(26)에 제공한다. 이 영상 광학 공진기(28)는 공진기(26, 도 2)와 하드웨어적으로(in hardware)다르지만, 기본적으로 베어 캐비티 성능(bare cavity performance)에 있어서 동일하다. 즉, 거울들 M1과 M2에서 베어 캐비티 필드들(fields)은 베어 캐비티 고유값의 크기로서 공진기(26)와 영상 공진기(28)에 대해 사실상 동일하다. 1:1 영상 시스템(20)의 주입은 공진기의 출력 레이저 빔의 기본적인 특징들을 바꾸지 않는다. 공진기(26, 도2)가 양호한 가로 모드 식별(discrimination)과 같이 원하는 공진기 성능을 위하여 설계되어 있다면, 영상 공진기(28)는 이러한 동일하고 원하는 특성들을 가질 것이다. 이러한 성능을 얻기 위하여, 1:1 영상 시스템을 통한 전파에서 캐비티 내부 빔(intracavity beam)을 현저하게 애퍼쳐(aperture)하지 않는다는 점을 확실해야 한다.
그러므로, 임의의 공진기 내부로 1:1 영상 시스템을 주입하기 위한 프로세스(process)는 공진기의 광축 상의 하나의 포인트(point)를 선택하는 것이다. 모든 공진기 광학 요소들을 광축 상의 포인트의 왼쪽으로 가져가서, 거리 4f 만큼 왼쪽으로 옮기고, 그 후에 물리적인 길이 4f를 가진 1:1 영상 시스템을 제공된 빈 공간으로 삽입한다. 형성된 영상 공진기는 원래의 공진기의 모든 베어 캐비티 성능 특성들을 가질 것이다. 이러한 프로세스는 N4f와 동일한 공간을 비움으로써 N 개의 연속된 1:1 영상 시스템들을 가지는 영상 공진기 시스템을 생성하도록 확장될 수 있고, 형성된 새로운 공진기는 원래의 페어전트 공진기(original parent resonator)의 베어 캐비티 성능 특징들을 가질 것이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 두 가지 타입(type)의 불안정형 공진기가 도 5 및 6에서 개략적으로 보여진다. 도 5는 볼록 구면 되먹임 거울(spherical convex feedback mirror:FB, 32)과 오목 구면 주 거울(spherical concave primary mirror:PRI, 34)을 가지는 포지티브 브랜치(positive branch) 불안정형 공진기(30)이다. 되먹임 거울(32)에 의하여 반사된 빛(36)은 초점(F)으로부터 오는 것으로 보인다. 되먹임 거울(32)의 주위에 시준된(collimated) 고리모양의(annular) 출력 레이저 빔(38)을 생성하기 위하여, 빛(36)이 주 거울(34)로부터 반사상으로 시준된다. 되먹임 거울(32)과 주 거울(34)은 공통 초점 F를 공유하고, 그래서 공진기(30)는 공초점 불안정형 공진기(confocal unstable resonator)이다.
되먹임 거울(32)의 지름은 2a이고, 주 거울(34)의 지름은 2Ma거나 더 크고, 여기서 M>1이고, M은 공진기의 배율이다. 주 거울(34)의 초점 거리는 f이다. 이것은 되먹임 거울(32)의 초점 거리의 M배이고, 따라서 되먹임 거울(32)의 초점 거리는 f/M이다. 거울들(32, 34) 간의 거리는 L=f(M-1)/M이다.
도 6은 오목 구면 되먹임 거울(spherical concave feedback mirror-FB, 42)과 오목 구면 주 거울(spherical concave primary mirror-PRI, 44)을 가지는 네거티브 브랜치(negative branch) 불안정형 공진기(40)이다. 되먹임 거울(32)의 주위에 시준된 고리모양의 출력 레이저 빔(48)을 생성하기 위하여, 되먹임 거울(42)에 의하여 반사된 빛(46)은 F에 초점이 맞춰지고, 주 거울(44)로부터 반사시에 시준된다. 되먹임 거울(32)과 주 거울(34)은 공통 초점 F를 공유하고, 그래서 공진기(40)는 공초점 불안정형 공진기이다. 주 거울(44)은 초점 거리(f)를 가지고, 되먹임 거울(42)은 초점 거리 f/M를 가지고, 여기서 M>1이고 M은 불안정형 공진기의 배율이다. 거울들은 L=f(M+1)/M만큼 이격된다.
도 7 및 8에는, 공진기들(30, 40)이 그것들 사이에 끼여 넣어진 도 5의 1:1 영상 시스템(20)과 함께 도시된다. 설명하는 목적만을 위하여, 그리고 추론된 제한들 없이, 도 7 및 8에서의 영상 공진기들은 공통 초점 F1을 가지는 되먹임 거울들 및 렌즈(lens, L1)와 공통 초점 F3을 가지는 주 거울들 및 렌즈(L2)가 함께 보여진다. 또한 편의를 위하여, 주 거울들의 초점 거리는 f이고, 되먹임 거울들의 초점 거리는 f/M이다. 이것은 L1, L2, 및 주 거울들상의 캐비티 내부 빔 사이즈들(sizes)이 모두 2Ma의 지름을 갖도록 한다(여기서, M은 다시 언급하지만 배율이고, a는 되먹임 거울들의 지름임); 이것은 되먹임 패스(feedback pass) 및 출력 패스(output pass) 모두에 대해 적용된다. 만일, 도 6 및 7의 공진기가 양호한 가로 모드 식별을 가지고 있고, 근접 회절 한계 출력 빔들을 생성하면, 도 7 및 8의 영상 공진기들도 마찬가지일 것이다.
도 7을 참조하면, 이는 불안정형 포지티브 브랜치 영상 공진기(PBIR, 50)이다. 렌즈들(L1, L2)과 오목 구면 주 거울(52) 모두 초점 거리들 f를 가지고, 2f로 이격된다. 볼록 구면 되먹임 거울(54)은 초점 거리 f/M을 가지고, L1에서부터 거리 L로 떨어진 곳에 위치된다. 다시 말하자면, L=f(M-1)/M이고, 여기서 M>1이고, M은 공진기(50)의 배율이다. 시준된 출력 빔이 되먹임 거울(FB)에 의하여 반사될 때, 반사된 빛은 F1으로부터 나온 것으로 보이는 분기 빔(56a, 56b)이 된다.
이제 우리는 점선들로 도시되는 반사된 빔, 및 실선으로 도시되는 되돌아오는 빔 또는 전진 빔을 가진 단일 라운드 트립(one round trip)에 대해서 이러한 빔을 따라갈 것이다. 빔(56a, 56b)이 L1에 도달할 때, 도달한 빔은 그 뒤에 58a, 58b로 시준되고, 렌즈(L2)는 F3에 초점을 맞춰서, 빔이 주 거울(52)에 도달할 때, 60a, 60b로 분기한다. 주 거울은 시준되는 빔(62a, 62b)으로 그것을 반사하고, 이는 렌즈(L2)에 의하여 F2에 초점이 맞춰지고, 렌즈 L1 상으로 입사할 때 그것은 64a, 64b로 분기되고, 그 후에 출력 빔(66a, 66b)으로서 그 빔을 시준한다. 시준된 빔이 되먹임 거울(54)에 도달할 때, 빔은 전체 라운드 트립을 완료한다. 라운드 트립 동안에, 빔은 초점을 두 번(F3와 F2에서) 통과하고, 짝수의 캐비티 내부 초점은 불안정형인 공진기(50)가 포지티브 브랜치 영상 공진기(PBIR)인 것으로 특징짓는다. PBIR은 언제나 짝수의 캐비티 내부 초점을 가질 것이다.
도 8은 오목 구면 되먹임 거울(72)과 오목 구면 주 거울(74)을 가지는 네거티브 브랜치 영상 공진기(NBIR)(70)을 도시한다. 상술한 바와 같이, 렌즈들(L1, L2)과 주 거울(74)은 모두 초점 거리 f를 가지고, 2f로 이격되어 있다. 되먹임 거울(72)은 초점 거리 f/M을 가지고, L1으로부터 거리 L로 떨어진 곳에 위치된다. 다시 말하자면, L=f(M+1)/M이고, 여기서 M>1이고 M은 불안정형 공진기의 배율이다. 시준된 빔은 되먹임 거울(72) 상에 부딪힐 때, 그 빔은 반사된다. 그것은 F1에서 초점을 통과할 때 수렴하는 빔(76a, 76b)이 되고, L1에 입사할 때는 78a, 78b로 분기한다.
이제 우리는 단일 라운드 트립에 대해서 이러한 빔을 따라갈 것이다. 빔(78a, 78b)이 L1에 도달할 때, 그것은 80a, 80b로 시준되고, F3에서 렌즈(L2)에 의하여 초점이 맞춰져서, 주 거울(74)에 도달할 때, 그 빔은 82a, 82b로 분기한다. 이것은 돌아오는 패스를 완료하고, 주 거울은 시준된 빔(84a, 84b)으로 빔을 반사한다. 렌즈(L2)는 빔을 F2에 초점을 맞춰서, 빔이 렌즈 L1에 입사할 때 그것은 86a, 86b로 분기하고, 그 뒤에 렌즈 L1은 그 빔을 출력 빔(88a, 88b)으로 시준한다. 시준된 빔이 FB에 도달할 때, 그 빔은 전체 라운드 트립뿐만 아니라 출력 패스를 완료한다. 라운드 트립 중에, 그 빔은 초점을 세 번 통과하고(F1, F3 및 F2에서), 홀수의 캐비티 내부 초점은 불안정형으로서 공진기(70)를 불안정형 네거티브 브랜치 영상 공진기(NBIR)인 것으로 특징짓는다. NBIR은 언제나 홀수의 캐비티 내부 초점을 가질 것이다.
도 1 내지 10에 대한 상기 설명은 NBIR과 PBIR 타입 불안정형 공진기 양쪽 모두를 제공하기 위하여 불안정형 공진기에 1:1 영상 시스템을 끼워 넣는 것(embedding)과 관련된 원리들을 설명했고, NBIR과 PBIR 모두 본원 발명에 적용될 수 있다. 이하에서는 도 1 내지 4, 7 및 8에서의 영상 시스템 렌즈들 L1, L2 양쪽 모두 또는 하나를 위하여 레이저 디스크를 대신하는 1:1 영상 시스템의 구체적인 설명을 할 것이다. 이러한 불안정형 NBIR에 관하여 이러한 설명이 제공되지만, 불안정형 PBIR이 동일하게 적용할 수 있고, 유사한 실시예들이 PBIR을 위해서 만들어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 9를 참조하면, 엔드 거울(end mirror)들로서 오목 구면 되먹임 거울(92)과 오목 구면 주 거울(94)을 가지는 불안정형 NBIR(90)이 도시된다. 엔드 거울들은 공진기 캐비티 내에서 공진기 광축(96)의 반대 끝(ends)에 배치된다. 광축을 따라 연속적으로 배열되는 오목 거울 D1(98)과 R1(100)으로 구성되는 1:1 영상 시스템은 엔드 거울들(92, 94) 사이에 끼워 넣어진다. 거울들 D1과 R1은 1:1 영상 시스템을 형성하고, 도 11 및 12와 관련하여 설명된 이전의 영상 시스템들의 렌즈들 L1과 L2를 대체한다. 도 13에 도시된 바와 같이 이러한 거울들 모두 초점 거리 f를 가지고, 거리 2f로 이격된다. 이러한 실시예에서 주 거울(94)은 또한, 초점 거리 f를 가지고, 되먹임 거울(92)은 초점 거리 f/M를 가지고, 여기서 M>1이고 M은 공진기의 배율이며, 그렇기 때문에 불안정형 영상 공진기는 공초점이다.
이러한 실시예에서, 오목 거울 D1(98)은 레이저 디스크이고, R1은 전달 거울(relay mirror)이다. 독일 Ditzingen에 소재한 TRUMPF GMBH & CO.사로부터 이용 가능한 Yb:YAG 도핑된 얇은 레이저 디스크들과 같은 레이저 디스크들은 광학 이득(optical gain), 즉 "작동 거울들(active mirrors)"을 가지는 오목 구면 거울들과 같은 기능을 한다. 이러한 레이저 디스크들은 일반적으로 0.22 mm보다 얇고, 디스크의 지름은 일반적으로 1 센티미터(centimeter)이다. 디스크의 오목 앞면(front surface)은 일반적인 2 미터(meters)의 곡률 반경(radius of curvature, ROC)을 가질 수 있고, 그것들은 주 Yb:YAG 레이저 빔을 방해하지 않는 입사각으로 디스크 앞면상으로 입사되는 다이오드 레이저 스택(diode laser stack)으로부터 펌핑 광(pump light)에 의하여 앞면으로부터 펌핑된다. 디스크의 그 반대 측 또는 뒷면은 히트 싱크(heat sink)에 설치된다.
반사 거울 R1(100)과 디스크 D1의 지름은 2 Ma보다 크고, 그 둘은 동일한 곡률 반경을 가진다. 디스크 D1상에 펌핑된 지름은 대략 2 Ma이다. 만일 초점 거리 f=1/2 ROC라면, 그러면 이격은 ROC이고 NBIR(90)은 공초점이다. NBIR(90)의 모든 요소들로서 거울 R1과 디스크 D1은 광축을 따라서 서로 사선 관계(oblique relationship)로 배열된다. 사선 각은 D1의 표면에서 레이저 디스크 펌핑(pumping) 광과는 다른 입사각을 가지도록 선택되고, 다르게는 레이저 빔 어스티지머티즘(astigmatism)을 최소화하고 1:1 영상 시스템을 통과하는 레이저 빛의 전체 영상을 제공하도록, 사선 각은 광학 요소들의 연속적인 배열에 의하여 허용되는 한 직각에 가깝다.
우리는 NBIR(90)의 라운드 트립에서 레이저 빔을 다시 따라가 보는데, 여기서 되먹임 거울(92)로부터 반사된 되돌아오는 빛(return light)이 점선으로 표시되고, 전진 경로 빛(forward path light)은 실선으로 표시된다. 되먹임 거울(92)로부터 반사된 빛(102a, 102b)은 초점 F1에 모이고, D1상에 입사할 때 분기하고 있다. R1에 입사할 때 D1은 빔(104a, 104b)을 시준하고, 주 거울(94)에 빔이 입사할 때 R1이 빔을 106a, 106b로 분기하는 F3에 초점을 맞춘다. 주 거울은 빔(108a, 108b)을 시준하고, R1으로 보내고, R1은 빔을 F2에 초점을 맞추고, 그 빔은 D1에서 110a, 110b로 분기한다. 그 뒤에, D1은 출력 빔(112)으로써, 빛을 시준한다. 라운드 트립 빔은 F1, F3 및 F2에서 순차적으로 초점이 맞춰지고, 홀수의 공동 캐비티 초점은 네거티브 브랜치 영상 공진기로서 공진기를 특징짓는다.
상술한 바와 같이, NBIR 구성들이 덜 예민한 얼라인먼트(less alignment sensitive)인 추가적인 이익을 제공함에도 불과하고, 1:1 영상 시스템들은 동일하게 PBIR 구성에 끼워 넣어질 수 있다. 비슷하게는, 도 9의 실시예와 아래의 각각의 실시예들에서, 레이저 디스크와 반사 거울들의 위치들은 상호 교환될수 있고, 1:1 영상 시스템의 광학 요소들이 모두 레이저 디스크들일 수 있도록 반사 거울들을 레이저 디스크들로 대체하는 것이 또한 가능하다.
도 10은 공진기내에 끼워 넣어진 두 개의 연속된 1:1 영상 시스템들을 가지는 NBIR(114)이다. 이것은 모두 초점 거리 f를 가지는 D1(116), R1(118), D2(120) 및 R2(122)를 포함하고, 이것들은 상호적으로 거리 2f로 이격되어 있다. 영상 시스템들은 되먹임 거울(126)과 주 거울(128) 사이에서 NBIR 광축(124)을 따라 사선으로 순차적으로 배열된다. 주 거울(128)은 초점 거리 f를 가지고, 되먹임 거울은 초점 거리 f/M을 가지고, 여기서 M>1이고 M은 공진기 배율이며 NBIR(114)는 공초점이다.
이러한 6 개의 요소의 빔 전파를 도시함에 있어서 복잡함을 피하기 위하여, NBIR(114)은 단일 선(공진기의 광축)으로 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, NBIR 출력 빔(130)은 시준되고, 되먹임 거울로부터 반사된 빛은 F1에 초점이 맞춰진 수렴 빔(converging beam)이다. 그 뒤에, 총 5개의 초점들에 대해 반사된 빛은 되돌아오는(귀환) 경로에서 F3와 F5에 초점이 맞춰지고, 전진(출력) 경로에서 F4와 F2에 초점이 맞춰진다.
도 9 및 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 출력 레이저 빔의 본질적인 특징들은 공진기 내에 끼워 넣어지고 연속되는 1:1 영상 시스템들의 수와는 무관하다. 그러므로, 본원 발명은 사이즈와 무게에서의 물리적인 한계들을 조건으로 출력 파워와 같은 기능적인 요구들을 만족시키기에 필요한 만큼의 다수의 레이저 디스크들의 결합을 가능하게 하는 스케일링(scaling)를 허용한다.
이러한 스케일링에서, 모든 디스크들은 서로에게 상이 맺히고, 모든 전달 거울들은 서로에게 상이 맺힌다. 초점 거리들 f와 이격 거리 2f는 되먹임 패스와 출력 패스 양쪽 모두의 상에서 모든 레이저 디스크들 상에 동일한 지름을 가지는 캐비티 내부 공진기 빔을 제공하도록 선택된다. 이러한 것은 레이저 디스크들로부터 효율적인 파워 추출을 위하여 바람직한 것이다.
배경 기술의 예는 Dale A. Holmes에게 허여되고 미국 일리노이 주 시카고의 the Boeing Company에 양도된 미국 특허 제 7,978,746 공진기에서 인접 광학 요소들간에 1:1 영상 시스템을 제공하기 위하여 구성된 불안정형 레이저 공진기를 설명한다.
미국 특허 제 7,978,746에서 설명되는 공진기들의 예에서, 레이저 디스크들은 제 1 면에서 중심축을 따라 위치해 있고, 반사 거울들은 제 1 면에 평행하면서 맞은 편에 위치하는 제 2 면에 위치된다. 여기서 설명되는 공진기 구조들은 미국 특허 제 7,978,746에서 설명된 공진기들과 유사한 옵틱들(optics)을 제공하지만, 더욱 소형 구조이고, 이는 공진기 시스템 크기에 대한 물리적인 제약들을 고려할 때 더 큰 파워 배율을 가능하게 한다.
도 11에 도시된 예를 참조하면, 불안정형 영상 공진기(200)는 두 개의 마주보는 면들에서 배열되는 광학 요소들을 포함하고, 이는 도 11에서 수직의 면들로 도시된다: 제 1 수직면(204)과 제 2 수직면(206). 게다가, 공진기(200)의 광학 요소들은 도 11에서 수평한 것으로 도시되는 세 개의 평행면들에 배치된다: 하부 수평면(208), 중심 수평면(210), 및 상부 수평면(212). "수평(horizontal)" 및 "수직(vertical)"은 명확하게 설명하기 위해서만 이용되고, 외부의 방향 시스템을 참조하는 방향을 함축하는 것이 아니다. 공진기의 특정 방향은 외부의 방향 시스템을 참조하여 수평과 수직의 면들의 방향을 바꿀 수 있다.
공진기(200)는 되먹임 거울(210)과 주 거울(222) 사이의 광축(202)을 따라 전파하는 레이저 신호의 불안정형 공진기 진동을 제공하는 되먹임 거울(220)과 주 거울(222)을 포함한다. 되먹임 거울(220)은 제 1 수직 면(204)에 배치된다. 주 거울(222)은 제 2 수직면(206)에 배치된다. 되먹임 거울(220)과 주 거울(222) 양쪽 모두 중심 수평면(210)에 배치된다.
공진기(200)는 여기에서 도면 부호 230에 의하여 총괄적으로 참조될 수 있는 복수의 레이저 디스크들(230a-230f)을 포함한다. 제 1 복수의 레이저 디스크들(230a-c)은 제 1 수직면(204)에 배치되고, 제 2 복수의 레이저 디스크들(230d-f)은 제 1 수직면(204)의 맞은 편의 제 2 수직면(204)에 배치된다. 게다가, 복수의 레이저 디스크들(230a-f)은 중심 수평면(210)에 배치된다. 상술한 바와 같이, 레이저 디스크들(230)은 독일의 Ditzingen에 소재한 TRUMPF GMBH & CO.사로부터 입수할 수 있는 얇은 레이저 디스크들로 구현될 수 있고, 이는 광학 이득(optical gain)을 가지는 구면의 오목 거울들 즉, "작동 거울들(active mirrors)"로 기능한다.
제 1 복수의 반사 거울들(240e-h)은 제 1 수직면(204)에 배치되고, 제 2 복수의 반사 거울들(240a-d)은 제 2 수직면(206)에 배치된다. 반사 거울들의 제 1 세트(set)(240b, 240d, 240e, 240g)는 하부 수평면(208)에 배치되고, 반사 거울들의 제 2 세트(240a, 204c, 240f, 240h)는 상부 수평면(212)에 배치된다.
광축에서 인접한 각각의 레이저 디스크들(230)과 반사 거울들(240)은 그 사이에 1:1 영상 시스템을 제공하도록 위치해 있고 치수화되며, 이는 하기에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 도 11에 도시된 예에서, 제 1 수직면(204)은 제 2 수직면(206)에 배치되는 제 2 복수의 레이저 디스크들(230)과 제 2 복수의 반사 거울들(240)의 영상면(image plane)에 배치된다. 유사하게는, 제 2 수직면은 제 1 수직면(204)에 배치되는 제 1 복수의 레이저 디스크들(230)과 제 1 복수의 반사 거울들(240)의 영상면에 배치된다.
게다가, 레이저 디스크들(230)과 반사 거울들(240)은 그것들의 표면들상에 전자기의 방사 입사가 맞은편 광학 요소 상으로 상을 맺는 것을 확실하게 하기 위하여 동일한 곡률 반경(ROC)과 초점 거리(f)로 형성된다. 또한, 제 1 수직면(204)에 배치된 제 1 복수의 레이저 디스크들(230a, 230b, 230c)은 제 1 곡률 반경과 제 1 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함한다. 제 2 복수의 레이저 디스크들(230d, 230e, 230f)은 또한 제 1 곡률 반경과 제 1 초점 거리와 동일한 제 2 곡률 반경과 제 2 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함한다.
제 1 수직면(204)에 배치된 제 1 복수의 반사 거울들(240e, 240f, 240g, 240h)은 제 1 곡률반경과 제 1 초점 거리와 동일한 제 3 곡률 반경과 제 3 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함한다. 제 2 수직면(206)에 배치된 제 2 복수의 반사 거울들(240a, 240b, 240c, 240d)은 제 1 곡률 반경과 제 1 초점 거리와 동일한 제 4 곡률 반경과 제 4 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함한다. 인접한 레이저 디스크들(230)과 반사 거울들(240)은 광축(202)을 따른 제 1 곡률 반경에 부합하는 거리로 이격된다.
공진기(200)의 구성상의 요소들이 설명되었고, 이제 공진기(200)의 작동에 대해 설명될 것이다. 작동에서, 방사 빔은 중심 수평면(210)에 놓인 되먹임 거울(220)을 통하여 공진기(200)로 입력된다. 방사 빔은 되먹임 거울(220)로부터 상부 수평면(212)에 놓인 반사 거울(240a)로 반사된다. 빔은 반사 거울(240a)로부터 중심 수평면(210)에 놓인 레이저 디스크(230a)로 반사된다. 레이저 디스크(230a)는 빔을 증폭하고, 이는 하부 수평면(208)에 놓인 반사 거울(240b)로 반사된다. 빔은 반사 거울(240b)에서 레이저 디스크(230b)로 반사되고, 여기서 빔은 증폭되어 상부 수평면(212)에 놓인 반사 거울(240c)로 반사된다. 빔은 반사 거울(240c)에서 레이저 디스크(230c)로 반사되고, 여기서 빔은 증폭되고 하부 수평면(208)에 놓인 반사 거울(240d)로 반사된다.
빔은 반사 거울(240d)로부터 다른 반사 거울(240e)로 반사되고, 이는 또한 하부 수평면(208)에 놓인다. 반사 거울(240e)은 레이저 디스크(230d)로 빔을 반사하고, 여기서 빔은 증폭되고 상부 수평면(212)에 놓인 반사 거울(240f)로 반사된다. 빔은 반사 거울(240f)에서 레이저 디스크(230e)로 반사되고, 여기서 빔은 증폭되고 하부 수평면(208)에 놓인 반사 거울(240g)로 반사된다. 빔은 반사 거울(240g)에서 레이저 디스크(230f)로 반사되고, 여기서 빔은 증폭되고 상부 수평면(212)에 놓인 반사 거울(240h)로 반사된다.
반사 거울(240h)은 빔을 하부 수평면(208)에 놓인 반사 거울(240i)로 반사한다. 반사 거울(240h)은 레이저 디스크(230a)상으로 빔을 반사하고, 여기서 빔은 증폭되고 상부 수평면(212)에 놓인 반사 거울(240j)로 반사된다. 빔은 반사 거울(240j)에서 레이저 디스크(230b)로 반사되고, 여기서 빔은 증폭되고 하부 수평면(208)에 놓인 반사 거울(240k)로 반사된다. 반사 거울(240k)은 빔을 레이저 디스크(230c)로 반사하고, 여기서 빔은 증폭되고 상부 수평면(212)에 놓인 반사 거울(240l)로 반사된다.
반사 거울(240l)은 빔을 상부 수평면(212)에 놓인 반사 거울(240m)로 반사한다. 반사 거울(240m)은 빔을 레이저 디스크(230d)로 반사하고, 여기서 빔은 증폭되고 하부 수평면(208)에 놓인 반사 거울(240n)로 반사된다. 반사 거울(240n)은 빔을 레이저 디스크(230e)로 반사하고, 여기서 빔은 증폭되고 상부 수평면(212)에 놓인 반사 거울(240o)로 반사된다. 반사 거울(240o)는 빔을 레이저 디스크(230f)로 반사하고, 여기서 빔은 증폭되고 하부 수평면(208)에 놓인 반사 거울(240p)로 반사된다.
반사 거울(240p)은 빔을 주 거울(222)로 반사하고, 여기서 빔은 공진기(200)를 통과하여 되먹임 거울(220)로 역방향 경로를 따르기 위하여 그 자체로 도로 반사되고, 되먹임 거울(220)에서 빔의 일부가 출력 빔으로서 공진기를 빠져나갈 수 있다.
그래서, 되먹임 거울(220)로부터 공진기(200)안으로 입력된 빔은 주 거울(222)을 치기(striking) 전에 공진기를 네 번 가로지르는 광학 경로를 따라가고, 되먹임 거울(220)을 치기 전에 공진기를 네 번 가로지르는 역방향 광학 경로를 따라가고, 되먹임 거울(220)에서 빔의 일부분이 출력 빔으로서 공진기를 빠져나갈 수 있다. 그래서, 레이저 신호의 일부가 되먹임 거울(240)을 통하여 공진기를 빠져나가기 전에 되먹임 거울(220)을 통하여 공진기(200)안으로 입력된 레이저 신호가 각각의 레이저 디스크(230)를 두 번씩 친다.
공진기(200)의 각 횡단(traversal)에서, 레이저 디스크(230)로부터 반사된 레이저 신호는 상부 수평면(212)과 하부 수평면(208)에서 번갈아가며 있는 반사 거울들로 반사된다. 더욱 구체적으로는, 상부 수평면에서 반사 거울(240)로부터 레이저 디스크(230)로 반사되는 레이저 신호는 레이저 디스크(230)에 의하여 하부 수평면에 있는 반사 거울로 반사되고, 하부 수평면에 있는 반사 거울(240)으로부터 레이저 디스크(230)로 반사되는 레이저 신호는 레이저 디스크(230)에 의하여 상부 수평면(212)에 있는 반사 거울(240)로 반사된다. 레이저 신호가 광축에서 인접한 레이저 디스크들(230) 간에서 반전되기(inverted) 때문에, 상부 수평면(212)과 하부 수평면(208) 상에서 계속 반사 거울들 사이에 번갈아 가며 있는 광학 경로를 따라가는 것은 기하학적인 탈선들(geometric aberrations) (예를 들면, 어스티지머티즘(astigmatism))을 없앰으로써 반사들에서의 왜곡(distortion)을 감소시킨다.
일부 예들에서, 되먹임 거울(220), 주 거울(222), 및 각각의 레이저 디스크들(230)과 반사 거울들(240)은 네거티브 브랜치 영상 공진기(negative branch imaging resonator)를 제공하도록 위치해 있고, 반면에 다른 예들에서는 되먹임 거울(220), 주 거울(222), 및 각각의 레이저 디스크들(230)과 반사 거울들(240)은 포지티브 브랜치 영상 공진기(positive branch imaging resonator)를 제공하도록 위치된다.
도 11에 도시된 예시적인 공진기(200)가 6 개의 레이저 디스크들(230)을 포함하고 있지만, 공진기가 더 많거나 적은 레이저 디스크들(230)을 포함할 수 있다고 이해될 것이다. 레이저 디스크들(230)의 구체적인 개수는 주어진 작동을 위해 필요한 배율의 크기 및/또는 공진기(200)의 사이즈 상의 물리적인 제약들과 같은 요인들에 의하여 결정될 수 있다.
공진기(200)는 되먹임 거울(220)과 주 거울(222)을 생략함으로써 레이저 파워 증폭기(amplifier)로서 사용될 수 있다. 도 12는 예에 부합되도록 대략적인 파워 증폭기를 도시한 것이다. 도 11을 참조하면, 레이저 빔은 광축(202)을 따라 입력되고, 레이저 디스크(230a)로 겨냥된다. 레이저 빔은 도 11을 참조하여 설명된 바와 같이 공진기(200)를 가로지르는 것과 동일한 방식으로 파워 증폭기를 통과하는 광학 경로를 가로지른다. 그러나, 주 거울이 제거되기 때문에, 빔은 주 거울로부터 반사된다기 보다는 파워 증폭기(300)로부터 출력된다.
명세서에서 "일 실시예(one embodiment)" 또는 "몇몇 실시예들(some embodiments)"은 실시예와 관련되어 설명되는 특정한 특징, 구조 또는 특성이 적어도 구현예에 포함된다. 본 명세서에서 다양한 곳에서 "일 실시예에서(in one embodiment)"라는 표현은 모두 동일한 실시예일 수도 있고 아닐 수도 있다.
또한, 본 발명은 다음의 항목들에 따른 실시예를 포함한다.
항목 1. 불안정형 영상 공진기(unstable imaging resonator)로서,
레이저 신호의 불안정형 공진기 진동을 제공하는 되먹임 거울(feedback mirror)과 주 거울(primary mirror);
제 1 수직면(vertical plane)에 배치되는 제 1 복수의 레이저 디스크들과 제 1 수직면의 맞은 편의 제 2 수직면에 배치되는 제 2 복수의 레이저 디스크들; 및
제 1 수직면에 배치되는 제 1 복수의 반사 거울들과 제 2 수직면에 배치되는 제 2 복수의 반사 거울들을 포함하고,
상기 레이저 신호는 되먹임 거울과 주 거울 간의 광축(optical axis)을 따라 전파되고, 복수의 레이저 디스크들은 중심 수평면(central horizontal plane)에 배치되고, 반사 거울들의 제 1 세트는 하부 수평면(lower horizontal plane)에 배치되고, 반사 거울들의 제 2 세트는 상부 수평면(upper horizontal plane)에 배치되며, 광축에서 각각의 인접한 레이저 디스크들과 반사 거울들은 서로 간에 1:1 영상 시스템을 제공하도록 위치해 있는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 2. 제 1 항목에 있어서,
제 1 수직면은 제 2 복수의 레이저 디스크들과 제 2 복수의 반사 거울들의 영상면(image plane)에 배치되고,
제 2 수직면은 제 1 복수의 레이저 디스크들과 제 1 복수의 반사 거울들의 영상면에 배치되는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 3. 제 1 항목에 있어서,
되먹임 거울은 제 1 수직면에 배치되고,
주 거울은 제 2 수직면에 배치되고,
되먹임 거울과 주 거울은 중심 수평면에 배치되는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 4. 제 1 항목에 있어서,
제 1 복수의 레이저 디스크들은 제 1 곡률 반경(radius of curvature) 및 제 1 초점 거리(focal length)를 가지는 오목 구면(concave spherical surface)을 포함하고,
제 2 복수의 레이저 디스크들은 제 1 곡률 반경 및 제 1 초점 거리와 동일한 제 2 곡률 반경 및 제 2 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함하고,
제 1 복수의 반사 거울들은 제 1 곡률 반경 및 제 1 초점 거리와 동일한 제 3 곡률 반경 및 제 3 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함하고,
제 2 복수의 반사 거울들은 제 1 곡률 반경 및 제 1 초점 거리와 동일한 제 4 곡률 반경 및 제 4 초점 거리를 가지는 오면 구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 5. 제 4 항목에 있어서,
상기 인접한 레이저 디스크들과 반사 거울들은 광축을 따라 제 1 곡률 반경에 해당하는 거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 6. 제 1 항목에 있어서,
상부 수평면에 있는 반사 거울로부터 레이저 디스크 상으로 반사되는 레이저 신호는 레이저 디스크에 의하여 하부 수평면에 있는 반사 거울로 반사되고,
하부 수평면에 있는 반사 거울로부터 레이저 디스크로 반사되는 레이저 신호는 레이저 디스크에 의하여 상부 수평면에 있는 반사 거울로 반사되는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 7. 제 1 항목에 있어서,
되먹임 거울을 통하여 공진기 안으로 입력된 레이저 신호는 레이저 신호의 일부가 되먹임 거울을 통하여 공진기를 빠져나가기 전에 각각의 레이저 디스크를 네 번씩 치는 것(strike)을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 8. 제 1 항목에 있어서,
레이저 신호는 광축에서 인접한 레이저 디스크들 간에 반전되는(inverted) 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 9. 제 1 항목에 있어서,
되먹임 거울, 주 거울 및 각각의 레이저 디스크들과 반사 거울들은 네거티브 브랜치 영상 공진기(negative branch imaging resonator)를 제공하도록 위치해 있는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 10. 제 1 항목에 있어서,
되먹임 거울, 주 거울 및 각각의 레이저 디스크들과 반사 거울들은 포지티브 브랜치 영상 공진기(positive branch imaging resonator)를 제공하도록 위치해 있는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
항목 11. 파워 증폭기로서,
제 1 수직면에 배치된 제 1 복수의 레이저 디스크들과 제 1 수직면의 맞은 편의 제 2 수직면에 배치된 제 2 복수의 레이저 디스크들; 및
제 1 수직면에 배치된 제 1 복수의 반사 거울들과 제 2 수직면에 배치된 제 2 복수의 반사 거울들; 을 포함하고,
복수 레이저 디스크들은 중심 수평면에 배치되고, 반사 거울들의 제 1 세트는 하부 수평면에 배치되고 반사 거울들의 제 2 세트는 상부 수평면에 배치되며, 광축을 따라 인접한 각각의 레이저 디스크와 반사 거울들은 서로 간에 1:1 영상 시스템을 제공하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 파워 증폭기.
항목 12. 제 11 항목에 있어서,
제 1 수직면은 제 2 복수의 레이저 디스크들과 제 2 복수의 반사 거울들의 영상면에 배치되고,
제 2 수직면은 제 1 복수의 레이저 디스크들과 제 1 복수의 반사 거울들의 영상면에 배치되는 것을 특징으로 하는 파워 증폭기.
항목 13. 제 11 항목에 있어서,
제 1 복수의 레이저 디스크들은 제 1 곡률 반경과 제 1 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함하고,
제 2 복수의 레이저 디스크들은 제 1 곡률 반경 및 제 1 초점 거리와 동일한 제 2 곡률 반경과 제 2 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함하고,
제 1 복수의 반사 거울들은 제 1 곡률 반경 및 제 1 초점 거리와 동일한 제 3 곡률 반경과 제 3 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함하고,
제 2 복수의 반사 거울들은 제 1 곡률 반경 및 제 1 초점 거리와 동일한 제 4 곡률 반경과 제 4 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 증폭기.
항목 14. 제 13 항목에 있어서,
근접 레이저 디스크들과 반사 거울들은 광축을 따라 제 1 곡률 반경과 부합하는 거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 파워 증폭기.
항목 15. 제 11 항목에 있어서,
상부 수평면에 있는 반사 거울로부터 레이저 디스크로 반사되는 레이저 신호는 레이저 디스크에 의하여 하부 수평면에 있는 반사 거울로 반사되고,
하부 수평면에 있는 반사 거울로부터 레이저 디스크로 반사되는 레이저 신호는 레이저 디스크에 의하여 상부 수평면에 있는 반사 거울로 반사되는 것을 특징으로 하는 파워 증폭기.
항목 16. 제 11 항목에 있어서,
레이저 신호는 광축에서 인접한 레이저 디스크들간에서 반전되는 것을 특징으로 하는 파워 증폭기.
실시예들이 구조적인 특징들 및/또는 방법론적인 동작에 대해 구체적인 문구로 설명되었음에도 불구하고, 청구되는 본원발명은 설명된 구체적인 특징 또는 동작에 한정되지 않는다. 또한, 구체적인 특징들 및 동작들은 청구된 본원발명의 구현하는 견본의 형식들로서 공개된다.

Claims (10)

  1. 불안정형 영상 공진기(unstable imaging resonator, 200)로서,
    레이저 신호의 불안정형 공진기 진동을 제공하는 되먹임 거울(feedback mirror, 220)과 주 거울(primary mirror, 222);
    제 1 수직면(vertical plane, 204)에 배치되는 제 1 복수의 레이저 디스크들(230a-c)과 제 1 수직면(204)의 맞은 편의 제 2 수직면(206)에 배치되는 제 2 복수의 레이저 디스크들(230d-f); 및
    제 1 수직면(204)에 배치되는 제 1 복수의 반사 거울들(240e-h)과 제 2 수직면(206)에 배치되는 제 2 복수의 반사 거울들(240a-d)을 포함하고,
    상기 레이저 신호는 되먹임 거울과 주 거울 간의 광축(optical axis, 202)을 따라 전파되고, 복수의 레이저 디스크들(230a-f)은 중심 수평면(central horizontal plane, 210)에 배치되고, 반사 거울들의 제 1 세트(240b, 240d, 240e, 240g)는 하부 수평면(lower horizontal plane, 208)에 배치되고, 반사 거울들의 제 2 세트(240a, 240c, 240f, 240h)는 상부 수평면(upper horizontal plane, 212)에 배치되며, 광축에서 각각의 인접한 레이저 디스크들과 반사 거울들은 서로 간에 1:1 영상 시스템(imaging system)을 제공하도록 위치해 있는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 수직면(204)은 제 2 복수의 레이저 디스크들(230d-f)과 제 2 복수의 반사 거울들(240a-d)의 영상면(image plane)에 배치되고,
    제 2 수직면(206)은 제 1 복수의 레이저 디스크들(230a-c)과 제 1 복수의 반사 거울들(240e-h)의 영상면에 배치되는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기(200).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    되먹임 거울(220)은 제 1 수직면(204)에 배치되고,
    주 거울(222)은 제 2 수직면(206)에 배치되고,
    되먹임 거울과 주 거울은 중심 수평면(210)에 배치되는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기(200).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 복수의 레이저 디스크들(230a-c)은 제 1 곡률 반경(radius of curvature) 및 제 1 초점 거리(focal length)를 가지는 오목 구면(concave spherical surface)을 포함하고,
    제 2 복수의 레이저 디스크들(230d-f)은 제 1 곡률 반경 및 제 1 초점 거리와 동일한 제 2 곡률 반경 및 제 2 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함하고,
    제 1 복수의 반사 거울들(240e-h)은 제 1 곡률 반경 및 제 1 초점 거리와 동일한 제 3 곡률 반경 및 제 3 초점 거리를 가지는 오목 구면을 포함하고,
    제 2 복수의 반사 거울들(240a-d)은 제 1 곡률 반경 및 제 1 초점 거리와 동일한 제 4 곡률 반경 및 제 4 초점 거리를 가지는 오면 구면을 포함하는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기(200).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 인접한 레이저 디스크들(230)과 반사 거울들(240)은 광축(202)을 따라 제 1 곡률 반경에 부합하는 거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기(200).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상부 수평면(212)에 있는 반사 거울(240a, 240c, 240f, 240h)로부터 레이저 디스크(230) 상으로 반사되는 레이저 신호는 레이저 디스크에 의하여 하부 수평면(208)에 있는 반사 거울(240b, 240d, 240e, 240g)로 반사되고,
    하부 수평면(208)에 있는 반사 거울(240b, 240d, 240e, 240g)로부터 레이저 디스크로 반사되는 레이저 신호는 레이저 디스크에 의하여 상부 수평면(212)에 있는 반사 거울(240a, 240c, 240f, 240h)로 반사되는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기(200).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    되먹임 거울(220)을 통하여 공진기 안으로 입력된 레이저 신호는 레이저 신호의 일부가 되먹임 거울을 통하여 공진기를 빠져나가기 전에 각각의 레이저 디스크(230a-f)를 네 번씩 치는 것(strike)을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기(200).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    레이저 신호는 광축(202)에서 인접한 레이저 디스크들(230a-f) 간에 반전되는(inverted) 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기(200).
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    되먹임 거울(220), 주 거울(222) 및 각각의 레이저 디스크들(230)과 반사 거울들(240)은 네거티브 브랜치 영상 공진기(negative branch imaging resonator)를 제공하도록 위치해 있는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기(200).
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    되먹임 거울(220), 주 거울(222) 및 각각의 레이저 디스크들(230)과 반사 거울들(240)은 포지티브 브랜치 영상 공진기(positive branch imaging resonator)를 제공하도록 위치해 있는 것을 특징으로 하는 불안정형 영상 공진기(200).
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