KR20160063977A - pulse width stretcher and chirped pulse amplifier including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광 증폭 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 확장하는 펄스 폭 확장기 및 그를 포함하는 처프 펄스 증폭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical amplifying apparatus, and more particularly, to a pulse width expander for expanding the pulse width of a pulse laser beam and a chirped pulse amplifying apparatus including the same.
1980년대 중반에 이르러서 이득매질(gain medium)의 손상문턱(damage threshold) 에 따른 펄스 레이저 빔의 출력 파워 한계를 극복한 중요한 광학적 기술 진보가 있었다. 바로 처프 펄스 증폭 기술이다. 처프 펄스 증폭 기술은 일반적인 펄스 증폭 기술보다 월등히 높은 출력 파워의 펄스 레이저 빔을 제공할 수 있다. 일반적인 처프 펄스 증폭 장치는 약 1 GW 이하의 최대 출력 파워를 갖는 펄스 레이저 빔을 생성할 수 있다. 반면, 처프 펄스 증폭 장치는 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 조절하여 광학 매질의 손상문턱의 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 처프 펄스 증폭 장치는 약 1 TW 이상의 최대 출력 파워를 갖는 펄스 레이저 빔을 생성할 수 있다.In the mid-1980s there was an important optical technological advance overcoming the output power limit of the pulsed laser beam in relation to the damage threshold of the gain medium. It is chirped pulse amplification technology. The chirped pulse amplification technique can provide a pulsed laser beam with significantly higher output power than a conventional pulse amplification technique. A typical chirped pulse amplifying device can generate a pulsed laser beam having a maximum output power of about 1 GW or less. On the other hand, the chirped pulse amplifying device can minimize the influence of the damage threshold of the optical medium by adjusting the pulse width of the pulsed laser beam. Thus, the chirped pulse amplifying device can generate a pulsed laser beam having a maximum output power of about 1 TW or more.
본 발명의 과제는 펄스 레이저 빔의 다중 패스를 갖는 펄스 폭 확장기를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a pulse width expander having multiple passes of a pulsed laser beam.
본 발명의 다른 과제는 공간 효율을 극대화할 수 있는 펄스 폭 확장기 및 그를 포함하는 처프 펄스 증폭 장치를 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a pulse width expander capable of maximizing space efficiency and a chirp pulse amplifying device including the same.
본 발명은 펄스 폭 확장기를 개시한다. 펄스 폭 확장기는 펄스 레이저 빔을 반사하는 제 1 대면적 미러와, 상기 제 1 대면적 미러 내의 제 1 소면적 미러를 포함하는 제 1 다중 반사 미러; 상기 제 1 대면적 미러에 대향하여 배치되는 제 2 대면적 미러와, 상기 제 2 대면적 미러 내의 제 2 소면적 미러를 포함하는 제 2 다중 반사 미러; 및 상기 제 1 다중 반사 미러와 상기 제 2 다중 반사 미러 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔을 굴절시켜 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 확장시키는 펄스 군지연 분산 블록을 포함한다.The present invention discloses a pulse width expander. The pulse width expander includes a first multiple reflection mirror including a first large-area mirror that reflects the pulsed laser beam, and a first small-area mirror within the first large-area mirror; A second multiple reflection mirror including a second large-area mirror disposed opposite to the first large-area mirror, and a second small-area mirror within the second large-area mirror; And a pulse group delay dispersion block disposed between the first multiple reflection mirror and the second multiple reflection mirror and refracting the pulse laser beam to expand a pulse width of the pulse laser beam.
본 발명의 일 예에 따른 처프 펄스 증폭 장치는 펄스 레이저 빔을 생성하는 발진기; 상기 발진기와 이격하여 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 압축하는 펄스 폭 압축기; 상기 펄스 폭 확장기와 상기 발진기 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔의 세기를 증폭하는 펄스 증폭기; 및 상기 펄스 증폭기와 상기 발진기 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔의 상기 펄스 폭을 확장시키는 펄스 폭 확장기를 포함한다. 여기서, 상기 펄스 폭 확장기는:According to an aspect of the present invention, there is provided a chirped pulse amplifying apparatus comprising: an oscillator for generating a pulsed laser beam; A pulse width compressor disposed apart from the oscillator and compressing the pulse width of the pulse laser beam; A pulse amplifier disposed between the pulse width expander and the oscillator, the pulse amplifier amplifying the intensity of the pulsed laser beam; And a pulse width expander disposed between the pulse amplifier and the oscillator and extending the pulse width of the pulsed laser beam. Here, the pulse width expander includes:
상기 펄스 레이저 빔을 반사하는 제 1 대면적 미러와, 상기 제 1 대면적 미러 내의 제 1 소면적 미러를 포함하는 제 1 다중 반사 미러; 상기 제 1 대면적 미러에 대향하여 배치되는 제 2 대면적 미러와, 상기 제 2 대면적 미러 내의 제 2 소면적 미러를 포함하는 제 2 다중 반사 미러; 및 상기 제 1 다중 반사 미러와 상기 제 2 다중 반사 미러 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔을 굴절시켜 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 확장시키는 펄스 군지연 분산 블록을 포함할 수 있다.A first multiple reflection mirror including a first large area mirror for reflecting the pulsed laser beam and a first small area mirror in the first large area mirror; A second multiple reflection mirror including a second large-area mirror disposed opposite to the first large-area mirror, and a second small-area mirror within the second large-area mirror; And a pulse group delay dispersion block disposed between the first multiple reflection mirror and the second multiple reflection mirror and for expanding the pulse width of the pulse laser beam by refracting the pulse laser beam.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 펄스 폭 확장기는 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들 사이에서 반사되는 펄스 레이저 빔을 굴절시켜 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 확장시키는 군지연 분산 블록을 포함할 수 있다. 군지연 분산 블록은 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들 사이의 펄스 레이저 빔의 다중 패스를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들과, 군지연 분산 블록은 펄스 폭 확장기의 공간 효율을 극대화시킬 수 있다.As described above, the pulse width expander according to the embodiment of the present invention includes a group delay dispersion block for expanding the pulse width of the pulse laser beam by refracting the pulse laser beam reflected between the first and second multiple reflection mirrors . The group delay dispersion block may have multiple passes of the pulsed laser beam between the first and second multiple reflection mirrors. The first and second multiple reflection mirrors and the group delay dispersion block can maximize the space efficiency of the pulse width expander.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 처프 펄스 증폭 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 펄스 발진기의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4는 각각 도 1의 펄스 폭 확장기의 일 예를 보여주는 사시도 및 측면도이다.
도 5는 도 1의 펄스 폭 확장기의 일 예를 보여주는 사시도 및 측면도이다.
도 6은 도 1의 펄스 증폭기의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 각각 도 1의 펄스 폭 압축기를 보여주는 사시도 및 측면도이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a chirped pulse amplifying apparatus according to the concept of the present invention.
2 is a view showing an example of the pulse oscillator of FIG.
3 and 4 are respectively a perspective view and a side view showing an example of the pulse width expander of FIG.
5 is a perspective view and a side view showing an example of the pulse width expander of FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the pulse amplifier of FIG. 1;
Figures 7 and 8 are respectively a perspective view and a side view showing the pulse width compressor of Figure 1;
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서에서 챔버, 박막, 코팅은 일반적인 반도체 및 장치 용어들로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is to be understood that the phrase "comprises" and / or "comprising" used in the specification exclude the presence or addition of one or more other elements, steps, operations and / or elements, I never do that. Further, in the specification, chambers, thin films, and coatings may be understood as general semiconductor and device terms. The reference numerals shown in the order of description are not necessarily limited to those in the order of the preferred embodiments.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 처프 펄스 증폭 장치(10)를 보여준다.Fig. 1 shows a chirped
도 1을 참조하면, 처프 펄스 증폭 장치(10)는 펄스 발진기(20), 펄스 폭 확장기(30), 펄스 증폭기(40), 및 펄스 폭 압축기(50)를 포함할 수 있다. 펄스 발진기(20)는 펄스 레이저 빔(100)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 펄스 레이저 빔(100)은 1초당 약 106개의 극초단의 펄스(102)를 가질 수 있다. 펄스 폭 확장기(30)는 펄스 레이저 빔(100)의 펄스 폭(104)을 확장할 수 있다. 펄스 폭(W)은 펄스(102)의 상승 시간과 하강 시간에서 세기 및/또는 진폭이 1/2로 되는 시간 간격으로 정의될 수 있다. 펄스(102)의 세기는 펄스 폭 확장기(30), 펄스 증폭기(40), 및 펄스 폭 압축기(50)에서 변화될 수 있다. 펄스 폭 확장기(30)는 펄스 레이저 빔(100)의 파장대마다 펄스 폭(104)을 확장시킬 수 있다. 펄스(102)의 세기는 줄어들 수 있다. 예를 들어, 펄스 폭 확장기(30)는 펄스 레이저 빔(100)의 세기를 펄스 증폭기(40)의 제 2 이득 매질(도 6의 46)의 손상문턱 이하로 감소시킬 수 있다. 펄스 증폭기(40)는 펄스 레이저 빔(100)의 세기를 증폭할 수 있다. 펄스 폭 압축기(50)는 펄스 레이저 빔(100)의 펄스 폭(104)을 압축시킬 수 있다. 예를 들어, 펄스 폭 압축기(50)에서의 펄스 레이저 빔(100)의 세기는 펄스 발진기(20)에서의 펄스 레이저 빔(100)의 세기보다 약 105 내지 106배 이상으로 증가될 수 있다. Referring to FIG. 1, the chirp
도 2는 도 1의 펄스 발진기(20)의 일 예를 보여준다.FIG. 2 shows an example of the
도 2를 참조하면, 펄스 발진기(20)는 제 1 펌프 레이저(21), 제 1 공진기(24), 제 1 처프 미러(28), 및 제 1 출력 미러(29)를 포함할 수 있다. 제 1 펌프 레이저(21)는 제 1 펌프 광(21a)을 생성할 수 있다. 제 1 펌프 광(21a)은 펌프 광 집속 렌즈(22)에 의해 제 1 공진기(24)에 제공될 수 있다. 제 1 공진기(24) 및 제 1 처프 미러(28)는 펌프 광(21a)으로부터 펄스 레이저 빔(100)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 공진기(24)는 제 1 및 제 2 오목 미러들(23, 25), 그리고 제 1 이득 매질(26)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 오목 미러들(23, 25)는 펄스 레이저 빔(100)을 반사할 수 있다. 이와 달리, 제 1 및 제 2 오목 미러들(23, 25)은 펄스 레이저 빔(100)의 세기를 증폭시킬 수 있다. 제 1 이득 매질(26)은 제 1 및 제 2 오목 미러들(23, 25) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 이득 매질(26)은 펄스 레이저 빔(100)을 발진할 수 있다. 제 1 처프 미러(28)는 제 1 및 제 2 오목 미러들(23, 25) 및 제 1 이득 매질(26)의 연장 선상의 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 펄스 레이저 빔(100)은 제 2 오목 미러(25)와 제 1 처프 미러(28) 사이에 전달될 수 있다. 제 1 처프 미러(28)는 펄스 레이저 빔(100)의 펄스(102)를 생성할 수 있다. 제 1 오목 미러(23)는 제 1 출력 미러(29)에 펄스 레이저 빔(100)을 제공할 수 있다. 제 1 출력 미러(29)는 펄스 레이저 빔(100)을 펄스 폭 확장기(30)로 출력할 수 있다.Referring to FIG. 2, the
도 3 및 도 4는 도 1의 펄스 폭 확장기(30)의 일 예를 보여준다.FIG. 3 and FIG. 4 show an example of the pulse width expander 30 of FIG.
도 3 및 도 4를 참조하면, 펄스 폭 확장기(30)는 제 1 다중 반사 미러(32), 제 2 다중 반사 미러(34), 및 군지연 분산 블록(38)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들(32, 34)은 펄스 레이저 빔(100)을 여러 번 반사할 수 있다. 군지연 분산 블록(38)은 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들(32, 34) 사이에 배치될 수 있다. 군지연 분산 블록(38)은 펄스 레이저 빔(100)의 펄스 폭(104)을 증가시킬 수 있다. 3 and 4, the
제 1 및 제 2 다중 반사 미러들(32, 34)은 이격하여 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들(32, 34)은 펄스 레이저 빔(100)을 다중으로 반사할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들(32, 34)은 펄스 레이저 빔(100)을 약 24회정도 반사할 수 있다. 도 3의 “1”-“24”는 펄스 레이저 빔(100)의 반사 지점들(reflection points에 대응될 수 있다. 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들(32, 34) 사이의 거리는 약 33.5cm일 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)은 약 8(24*33.5cm)m의 거리를 진행할 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)은 군지연 분산 블록(38)을 투과할 수 있다. 군지연 분산 블록(38)은 펄스 레이저 빔(100)의 다중 패스(106)를 가질 수 있다. 다중 패스(106)는 군지연 분산 블록(38) 내에 교차되지 않고, 공간적으로 평행할 수 있다. 다중 패스(106)는 군지연 분산 블록(38)의 길이 연장(extension) 없이 군지연 분산 블록(38) 내에서의 펄스 레이저 빔(100)의 투과 및/또는 굴절 길이를 연장할 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들(32, 34) 그리고 군지연 분산 블록(38)은 펄스 폭 확장기(30)의 공간 효율을 극대화할 수 있다.The first and second multiple reflection mirrors 32 and 34 may be spaced apart. The first and second multiple reflection mirrors 32 and 34 may reflect the
제 1 다중 반사 미러(32)는 제 1 대면적 미러(31) 및 제 1 소면적 미러(33)를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 1 대면적 미러(31)는 오목 미러를 포함할 수 있다. 제 1 대면적 미러(31)는 약 5m의 곡률 반경을 가질 수 있다. 제 1 대면적 미러(31)는 제 1 사이드 홀(31a)을 가질 수 있다. 제 1 소면적 미러(33)는 제 1 대면적 미러(31) 내에 배치될 수 있다. 제 1 소면적 미러(33)는 제 1 사이드 홀(31a) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 소면적 미러(33)는 평판 미러를 포함할 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)는 제 1 사이드 홀(31a)을 통해 제 1 다중 반사 미러(32)를 통과할 수 있다. The first
제 2 다중 반사 미러(34)는 제 2 대면적 미러(35) 및 제 2 소면적 미러(36)를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 2 대면적 미러(35)는 평면 미러를 포함할 수 있다. 제 2 대면적 미러(35)는 제 2 사이드 홀(35a)을 가질 수 있다. 제 2 소면적 미러(36)는 제 2 대면적 미러(35)보다 작은 면적을 가질 수 있다. 제 2 소면적 미러(36)는 제 2 사이드 홀(35a) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 2 소면적 미러(36)는 평판 미러를 포함할 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)은 제 2 사이드 홀(35a)을 통해 제 2 다중 반사 미러(34)를 통과할 수 있다. The second
군지연 분산 블록(38)은 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들(32, 34) 사이에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 군지연 분산 블록(38)은 유전체 실린더를 포함할 수 있다. 군지연 분산 블록(38)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 군지연 분산 블록(38)은 펄스 레이저 빔(100)에 대해 양의 군지연 분산 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 펄스 레이저 빔(100)이 군지연 분산 블록(38)을 투과할 때, 펄스 레이저 빔(100)의 파장대마다 투과소요시간이 달라질 수 있다. 군지연 분산 블록(38)은 펄스 레이저 빔(100)의 파장대마다 서로 다른 굴절률을 갖기 때문이다. 군지연 분산 블록(38)은 펄스 레이저 빔(100)의 파장의 군속도 분산(group velocity dispersion)을 가질 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)의 장파장은 시간 축에 대해 펄스(102)의 앞부분으로 확장되고, 펄스 레이저 빔(100)의 단파장은 펄스(102)의 뒷부분으로 확장될 수 있다. 따라서, 펄스 폭(104)은 펄스 레이저 빔(100)의 파장대 전체에 대해 확장될 수 있다. The group
군속도 분산은 군지연 분산 블록(38) 내의 펄스 레이저 빔(100)의 위상 변화에 대응될 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)의 위상변화는 펄스 레이저 빔(100)의 주파수 성분에 대한 함수 라고 할 때, 각 주파수 성분의 펄스 레이저 빔(100)의 통과 소요 시간 은 다음과 같이 수학식 1로 표현될 수 있다.The group velocity variance may correspond to the phase change of the
는 펄스 레이저 빔(100)의 중심 주파수에 대하여 테일러(Taylor expansion)전개를 하면 다음과 같이 수학식 2로 표현될 수 있다. Can be expressed by Equation (2) as Taylor expansion developed with respect to the center frequency of the
첫 번째 항() 펄스 레이저 빔(100)의 초기 위상으로서, 상기 펄스 레이저 빔(100)의 중심주파수의 절대위상일 수 있다. 두 번째 항()는 펄스 레이저 빔(100)의 군속도, 즉 중심 주파수의 펄스 레이저 빔(100)이 군지연 분산 블록(38)을 통과하는 소요 시간일 수 있다. 세 번째 항()은 펄스 레이저 빔(100)의 주파수에 따른 의 선형변화를 나타내는 항으로 군지연 분산(group delay dispersion, GDD) 값일 수 있다. 군지연 분산 값은 펄스 레이저 빔(100)의 주파수에 따른 의 선형변화에 비례할 수 있다. 예를 들어, 군지연 분산 값이 클수록 의 선형변화가 클 수 있다. 군지연 분산 블록(38)은 펄스 레이저 빔(100)의 군산지연분산 값을 결정할 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)의 전체 군지연 분산은 군지연 분산 블록(38)의 군지연 분산 값과, 군지연 분산 블록(38) 내에서의 펄스 레이저 빔(100)의 진행 거리의 곱에 대응될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 함수 는 3차 분산(third order dispersion), 내지 N차 분산을 포함할 수 있다. 군지연 분산 값이 계산되면, 3차 분산 내지 N차 분산은 펄스 레이저 빔(100)의 군속도 변화에 거의 영향을 주지 않을 수 있다.The first term ( )
한편, 펄스 레이저 빔(100)의 펄스(102)는 종 모양의 가우시안 분포를 가질 수 있다. 군지연 분산 블록(38)에 의해 펄스 레이저 빔(100)의 확장되는 펄스 폭()은 수학식 3으로부터 계산될 수 있고, 군지연 분산 값(GDD)과 입력 펄스폭()의 변수로 나타내어 진다. On the other hand, the
입력 펄스폭()은 불확정성의 원리에 따라 에 대응될 수 있다. 는 펄스 레이저 빔(100)의 중심 파장일 수 있다. c는 빛의 속도(3×108 m/s)일 수 있다. 는 펄스 레이저 빔(100)의 파장의 반치 폭(Full Width Half Maximum)일 수 있다. 확장되는 펄스 폭()은 펄스 레이저 빔(100)의 중심 파장()과, 반치 폭()에 의해 계산될 수 있다. 예를 들어, 중심파장()이 800 nm이고, 반치 폭()이 100 nm인 펄스 레이저 빔(100)가 군지연 분산 블록(38)을 8m를 통과하면, 펄스 레이저 빔(100)의 펄스 폭(104)은 약 388 ps(피코초)로 확장될 수 있다. 따라서, 펄스 폭 확장기(30)는 군지연 분산 블록(38)의 다중 패스(106)를 이용하여 펄스 폭(104)을 효과적으로 확장시킬 수 있다. Input pulse width ( ) Depends on the principle of uncertainty Lt; / RTI > May be the center wavelength of the
도 5는 도 1의 펄스 폭 확장기(30)의 일 예를 보여준다.FIG. 5 shows an example of the
도 5를 참조하면, 제 1 다중 반사 미러(32)는 복수개의 제 1 소면적 미러들(33)을 포함할 수 있다. 제 2 다중 반사 미러(34)는 복수개의 제 2 소면적 미러들(35)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 대면적 미러들(31, 35), 및 군지연 분산 블록(38)은 도 3의 구성과 동일할 수 있다. Referring to FIG. 5, the first
예를 들어, 펄스 폭 확장기(30)의 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들(32, 34)는 펄스 레이저 빔(100)을 약 70회 반사시킬 수 있다. “1”-“70”는 펄스 레이저 빔(100)의 반사 지점들에 대응될 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)은 군지연 분산 블록(38)을 72회 투과할 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)은 군지연 분산 블록(38) 내에서 약 24(72*33.5cm)m을 투과할 수 있다. 중심파장()이 800 nm이고, 반치 폭()이 100 nm인 펄스 레이저 빔(100)이 군지연 분산 블록(38)을 24m를 통과하면, 펄스 레이저 빔(100)의 펄스 폭(104)은 약 1,164 ps로 확장될 수 있다.For example, the first and second multiple reflection mirrors 32 and 34 of the
도 6은 도 1의 펄스 증폭기(40)의 일 예를 보여준다.FIG. 6 shows an example of the
도 6을 참조하면, 펄스 증폭기(40)는 제 2 펌프 레이저들(41), 제 1 미러들(42), 및 제 2 공진기(44)를 포함할 수 있다. 제 2 펌프 레이저들(41)은 제 1 미러들(42)과 제 2 공진기(44)의 양측에 배치될 수 있다. 제 2 펌프 레이저들(41)은 제 2 펌프 광(41a)을 생성할 수 있다. 제 1 미러들(42)은 제 2 펌프 광(41a)을 제 2 공진기(44)에 제공할 수 있다. 펄스 펌핑 광(41b)의 주파수는 제 2 이들 매질(46)에서 잘 흡수되는 주파수일 수 있다. 제 2 공진기(44)는 펄스 레이저 빔(100)의 세기를 증폭할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 2 공진기(44)는 제 1 미러들(43), 제 2 미러들(45), 및 제 2 이득 매질(46)을 포함할 수 있다. 제 1 미러들(43)과 제 2 미러들(45)은 서로 마주보고 배치될 수 있다. 제 2 이득 매질(46)은 제 1 미러들(43)과 제 2 미러들(45) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 이득 매질(46)은 제 1 이득 매질(26)과 동일한 재질을 포함할 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)이 제 2 이득 매질(46)을 통과할 때마다 펄스 레이저 빔(100)의 세기는 점진적으로 증가할 수 있다. 반면, 펄스 폭 확장기(30)와 펄스 증폭기(40) 내에서의 펄스 레이저 빔(100)의 펄스 폭(104)은 동일할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
도 7 및 도 8은 도 1의 펄스 폭 압축기(50)를 보여준다.Figures 7 and 8 show the
도 3, 도 4, 도 7, 및 도 8을 참조하면, 펄스 폭 압축기(50)는 제 3 및 제 4 다중 반사 미러들(52, 54)을 포함할 수 있다. 제 3 및 제 4 다중 반사 미러들(52, 54)은 마주하여 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 제 3 및 제 4 다중 반사 미러들(52, 54)은 펄스 레이저 빔(100)을 반사하는 군지연 분산 미러들을 포함할 수 있다. 제 3 및 제 4 다중 반사 미러들(52, 54)은 제 3 및 제 4 다중 반사 미러들(52, 54)은 펄스 레이저 빔(100)에 대해 군지연 분산 블록(38)의 군지연 분산 값과 반대되는 군지연 분산 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 3 및 제 4 다중 반사 미러들(52, 54)은 음의 군지연 분산 값을 가질 수 있다.3, 4, 7, and 8, the
일 예에 따르면, 제 3 및 제 4 다중 반사 미러들(52, 54)의 각각은 저 굴절 유전체 층들(62)과, 고 굴절 유전체 층들(64)을 포함할 수 있다. 저 굴절 유전체 층들(62)는 군지연 분산 블록(38)과 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 저 굴절 유전체 층들(62)은 약 1.4정도의 굴절률을 갖는 실리콘 산화물(SiO2)을 포함할 수 있다. 고 굴절 유전체 층들(64)은 저 굴절 유전체 층들(62) 사이에 배치될 수 있다. 고 굴절 유전체 층들(64)은 저 굴절 유전체 층들(62)의 굴절률보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 고 굴절 유전체 층들(64)은 약 1.9정도의 굴절률을 갖는 티타늄 산화물(TiO2)을 포함할 수 있다. 저 굴절 유전체 층들(62)과 고 굴절 유전체 층들(64)의 두께는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 저 굴절 유전체 층들(62)은 펄스 레이저 빔(100)의 파장에 대해 1/4정도의 두께를 가질 수 있다. 고 굴절 유전체 층들(64)은 펄스 레이저 빔(100)의 파장에 대해 1/2정도의 두께를 가질 수 있다. 펄스 레이저 빔(100)이 약 800nm의 파장을 가질 때, 저 굴절 유전체 층들(62)은 약 200nm의 두께를 갖고, 고 굴절 유전체 층(64)은 약 400nm의 두께를 가질 수 있다. According to one example, each of the third and fourth multiple
제 3 다중 반사 미러(52)는 제 3 대면적 미러(51)와 제 3 소면적 미러들(53)을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 3 대면적 미러(51)는 오목 미러를 포함할 수 있다. 제 3 대면적 미러(51)는 제 1 대면적 미러(31)와 동일한 곡률 반경을 가질 수 있다. 제 3 대면적 미러(51)는 제 3 홀(51a)을 가질 수 있다. 제 3 소면적 미러들(53)은 제 3 대면적 미러(51) 내에 배치될 수 있다. 제 3 소면적 미러들(53)은 제 3 홀(51a) 내에 고정될 수 있다. The third
제 4 다중 반사 미러(54)는 제 4 대면적 미러(55)와 제 4 소면적 미러들(56)을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 제 4 대면적 미러(55)는 평탄 미러를 포함할 수 있다. 제 4 대면적 미러(55)는 제 4 홀을 가질 수 있다. 제 4 소면적 미러들(56)은 제 4 대면적 미러(55) 내에 배치될 수 있다. 제 4 소면적 미러들(56)은 제 4 홀(55a) 내에 고정될 수 있다. The fourth
펄스 레이저 빔(100)은 제 3 홀(51a)을 통과하여 제 4 대면적 미러(55)에 반사될 수 있다. 이와 달리, 펄스 레이저 빔(100)은 제 3 소면적 미러(53)에 반사된 후 제 4 홀(55a)을 통과할 수 있다.The
예를 들어, 펄스 레이저 빔(100)은 약 800nm의 파장을 가질 때, 제 3 및 제 4 대면적 미러들(51, 55)과, 제 3 및 제 4 소면적 미러들(53, 56)에 반사될 때마다 약 -2,000fs2의 군지연 분산 값을 가질 수 있다. 제 3 및 제 4 대면적 미러들(51, 55)과, 제 3 및 제 4 소면적 미러(53, 56)는 펄스 레이저 빔(100)을 약 70회 반사할 수 있다. 제 3 및 제 4 대면적 미러들(51, 55)과, 제 3 및 제 4 소면적 미러들(53, 56)은 펄스 레이저 빔(100)의 펄스 폭(104)을 총 -144,000fs2 의 군지연 분산 값으로 압축 시킬 수 있다. 반치 폭()이 약 100nm인 펄스 레이저 빔(100)의 펄스 폭(104)은 약 -42ps로 압축될 수 있다. For example, when the
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the exemplary embodiments or constructions. It can be understood that It is therefore to be understood that the above-described embodiments and applications are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (14)
상기 제 1 대면적 미러에 대향하여 배치되는 제 2 대면적 미러와, 상기 제 2 대면적 미러 내의 제 2 소면적 미러를 포함하는 제 2 다중 반사 미러; 및
상기 제 1 다중 반사 미러와 상기 제 2 다중 반사 미러 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔을 굴절시켜 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 확장시키는 펄스 군지연 분산 블록을 포함하는 펄스 폭 확장기.A first multiple reflection mirror including a first large-area mirror reflecting the pulsed laser beam, and a first small-area mirror in the first large-area mirror;
A second multiple reflection mirror including a second large-area mirror disposed opposite to the first large-area mirror, and a second small-area mirror within the second large-area mirror; And
And a pulse group delay dispersion block disposed between the first multiple reflection mirror and the second multiple reflection mirror, the pulse group delay dispersion block extending the pulse width of the pulse laser beam by refracting the pulse laser beam.
상기 펄스 군지연 분산 블록은 유전체 실린더를 포함하는 펄스 폭 확장기.The method according to claim 1,
Wherein the pulse group delay dispersion block comprises a dielectric cylinder.
상기 유전체 실린더는 실리콘 산화물을 포함하는 펄스 폭 확장기.The method according to claim 1,
Wherein the dielectric cylinder comprises silicon oxide.
상기 제 1 및 제 2 대면적 미러들은 상기 제 1 및 제 2 소면적 미러들을 각각 고정하고, 상기 펄스 레이저 빔을 통과시키는 제 1 및 제 2 사이드 홀들을 각각 갖는 펄스 폭 확장기.The method according to claim 1,
Wherein the first and second large-area mirrors respectively fix the first and second small-area mirrors, respectively, and have first and second side holes passing the pulsed laser beam, respectively.
상기 제 1 대면적 미러는 오목 미러를 포함하되,
상기 제 2 대면적 미러는 평판 미러를 포함하는 펄스 폭 확장기.The method according to claim 1,
The first large-area mirror includes a concave mirror,
Wherein the second large area mirror comprises a flat mirror.
상기 발진기와 이격하여 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 압축하는 펄스 폭 압축기;
상기 펄스 폭 확장기와 상기 발진기 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔의 세기를 증폭하는 펄스 증폭기; 및
상기 펄스 증폭기와 상기 발진기 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔의 상기 펄스 폭을 확장시키는 펄스 폭 확장기를 포함하되,
상기 펄스 폭 확장기는:
상기 펄스 레이저 빔을 반사하는 제 1 대면적 미러와, 상기 제 1 대면적 미러 내의 제 1 소면적 미러를 포함하는 제 1 다중 반사 미러;
상기 제 1 대면적 미러에 대향하여 배치되는 제 2 대면적 미러와, 상기 제 2 대면적 미러 내의 제 2 소면적 미러를 포함하는 제 2 다중 반사 미러; 및
상기 제 1 다중 반사 미러과 상기 제 2 다중 반사 미러 사이에 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔을 굴절시켜 상기 펄스 레이저 빔의 펄스 폭을 확장시키는 펄스 군지연 분산 블록을 포함하는 쳐프 처프 펄스 증폭 장치.An oscillator for generating a pulsed laser beam;
A pulse width compressor disposed apart from the oscillator and compressing the pulse width of the pulse laser beam;
A pulse amplifier disposed between the pulse width expander and the oscillator, the pulse amplifier amplifying the intensity of the pulsed laser beam; And
And a pulse width expander disposed between the pulse amplifier and the oscillator and extending the pulse width of the pulse laser beam,
Wherein the pulse width expander comprises:
A first multiple reflection mirror including a first large area mirror for reflecting the pulsed laser beam and a first small area mirror in the first large area mirror;
A second multiple reflection mirror including a second large-area mirror disposed opposite to the first large-area mirror, and a second small-area mirror within the second large-area mirror; And
And a pulse group delay dispersion block disposed between the first multiple reflection mirror and the second multiple reflection mirror, the pulse group delay dispersion block extending the pulse width of the pulse laser beam by refracting the pulse laser beam.
상기 펄스 폭 압축기는:
상기 펄스 레이저 빔을 반사하는 제 3 다중 반사 미러; 및
상기 제 3 다중 반사 미러에 대향하여 배치되고, 상기 펄스 레이저 빔을 상기 제 3 다중 반사 미러에 반사하는 제 4 다중 반사 미러를 포함하되,
상기 제 3 및 상기 제 4 다중 반사 미러들은 상기 군지연 분산 블록의 군지연 분산 값과 반대되는 군지연 분산 값을 갖는 군지연 분산 미러들을 포함하는 처프 펄스 증폭 장치.The method according to claim 6,
The pulse width compressor comprising:
A third multiple reflection mirror for reflecting the pulsed laser beam; And
A fourth multiple reflection mirror disposed to face the third multiple reflection mirror and reflecting the pulse laser beam to the third multiple reflection mirror,
And the third and fourth multiplexed reflection mirrors include group delay dispersion mirrors having a group delay dispersion value that is opposite to the group delay dispersion value of the group delay dispersion block.
상기 군지연 분산 블록은 유전체 실린더를 포함하되,
상기 제 3 및 상기 제 4 다중 반사 미러들의 각각은:
상기 유전체 실린더의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 저 굴절 유전체 층들; 및
상기 저 굴절 유전체 층들 사이에 배치되고, 상기 저 굴절 유전체 층들의 상기 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 고 굴절 유전체 층들을 포함하는 처프 펄스 증폭 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the group delay dispersion block comprises a dielectric cylinder,
Wherein each of said third and said fourth multiple reflection mirrors comprises:
Low birefringence dielectric layers having the same refractive index as the refractive index of the dielectric cylinder; And
And high refractive dielectric layers disposed between the low refractive dielectric layers and having a refractive index greater than the refractive index of the low refractive dielectric layers.
상기 저 굴절 유전체 층은 실리콘 산화물을 포함하되,
상기 고 굴절 유전체 층은 티타늄 산화물을 포함하는 처프 펄스 증폭 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the low refractive dielectric layer comprises silicon oxide,
Wherein the high refractive dielectric layer comprises titanium oxide.
상기 제 3 다중 반사 미러는:
제 3 대면적 미러; 및
상기 3 대면적 미러 내에 배치되는 제 3 소면적 미러를 포함하되,
상기 제 4 다중 반사 미러는:
상기 제 3 대면적 미러에 대향하는 제 4 대면적 미러; 및
상기 제 4 대면적 미러 내에 배치되는 제 4 소면적 미러를 포함하는 처프 펄스 증폭 장치.8. The method of claim 7,
The third multiple reflection mirror comprises:
A third large area mirror; And
And a third small area mirror disposed in the three large area mirrors,
Wherein the fourth multiple reflection mirror comprises:
A fourth large-area mirror facing the third large-area mirror; And
And a fourth small-area mirror disposed in the fourth large-area mirror.
상기 제 3 및 제 4 대면적 미러들은 상기 제 3 및 제 4 소면적 미러들을 고정하고, 상기 펄스 레이저 빔을 통과시키는 제 3 및 제 4 홀들을 각각 갖는 처프 펄스 증폭 장치.8. The method of claim 7,
And the third and fourth large-area mirrors fix the third and fourth small-area mirrors, respectively, and third and fourth holes passing the pulse laser beam, respectively.
상기 제 1 및 제 2 다중 반사 미러들은 금속 미러들을 포함하는 처프 펄스 증폭 장치.The method according to claim 6,
Wherein the first and second multiple reflection mirrors comprise metal mirrors.
상기 펄스 발진기는:
제 1 펌프 광을 생성하는 제 1 펌프 레이저;
상기 제 1 펌프 광으로부터 상기 펄스 레이저 빔을 생성하는 제 1 공진기; 및
상기 펄스 레이저 빔을 처핑하는 처프 미러를 포함하되,
상기 제 1 공진기는:
복수개의 오목 거울들; 및
상기 오목 거울들 사이에 배치되는 제 1 이득 매질을 포함하는 처프 펄스 증폭 장치.The method according to claim 6,
Wherein the pulse oscillator comprises:
A first pump laser for generating a first pump light;
A first resonator for generating the pulsed laser beam from the first pump light; And
And a chirp mirror for chirping the pulsed laser beam,
The first resonator comprises:
A plurality of concave mirrors; And
And a first gain medium disposed between the concave mirrors.
상기 펄스 증폭기는:
제 2 펌프 광을 생성하는 제 2 펌프 레이저; 및
상기 제 2 펌프 광으로 상기 펌프 레이저 빔을 공진시켜 상기 펌프 레이저 빔의 세기를 증폭하는 제 2 공진기를 포함하되,
상기 제 2 공진기는:
복수개의 미러들; 및
상기 미러들 사이에 배치되고, 상기 제 1 이득 매질과 동일한 재질을 구비한 제 2 이득 매질을 포함하는 처프 펄스 증폭 장치.14. The method of claim 13,
Wherein the pulse amplifier comprises:
A second pump laser for generating a second pump light; And
And a second resonator for amplifying the intensity of the pump laser beam by resonating the pump laser beam with the second pump light,
Wherein the second resonator comprises:
A plurality of mirrors; And
And a second gain medium disposed between the mirrors and having the same material as the first gain medium.
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KR20180085560A (en) | 2017-01-19 | 2018-07-27 | 서울시립대학교 산학협력단 | Pulse stretcher and chirped pulse amplifier using the same |
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KR20120106282A (en) * | 2011-03-18 | 2012-09-26 | 광주과학기술원 | High power laser device |
-
2015
- 2015-11-03 KR KR1020150153791A patent/KR102356280B1/en active IP Right Grant
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KR20180085560A (en) | 2017-01-19 | 2018-07-27 | 서울시립대학교 산학협력단 | Pulse stretcher and chirped pulse amplifier using the same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |