KR20170063688A - 다이오드 레이저 - Google Patents

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KR20170063688A
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바스티안 크루쉬케
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하이약 레이저테크놀로지 게엠베하
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Abstract

본 발명은 외부 스펙트럼 선택적 피드백을 갖는 다이오드 레이저에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 원하는 파장 범위에서 증가된 전체 출력 전력을 허용하는 파장 안정화를 갖는 외부 캐비티 다이오드 레이저를 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 외부 캐비티 다이오드 레이저 장치는: 내부 레이저 캐비티(10)의 내부에 위치한 활성 매체, 내부 레이저 캐비티(10)는 레이저 광선을 아웃커플링하도록 마련된 출구 패싯(12)을 포함하고; 내부 레이저 캐비티(10)의 외부에 위치하고 레이저 광선의 파장 안정화를 위해 마련된 외부 주파수 선택 요소(14); 내부 레이저 캐비티(10)의 외부에 위치하고 아웃커플링된 레이저 광선(B0)을 제 1 빔 경로(P1)를 따라 연장되는 제 1 빔(B1) 및 제 2 빔 경로(P2)를 따라 연장되는 제 2 빔(B2)으로 나누도록 마련된 빔 분배기(16), 제 1 빔은 제 2 빔보다 높은 방사 강도를 가지고, 제 1 빔 경로는 제 2 빔 경로와 상이하고; 외부 주파수 선택 요소(14)에 입사하는 방사 강도를 제어하도록 마련된 강도 제어 수단; 을 포함한다. 외부 주파수 선택 요소(14) 및 강도 제어 수단은 제 2 빔 경로(P2) 에 배치된다. 제 2 빔 경로(P2)의 강도 제어 수단은 주파수 선택 요소(14)에서 열 응력을 줄이기 위해 편광 변경 수단(18) 및 편광자(20)를 포함할 수 있다.

Description

다이오드 레이저{DIODE LASER}
본 발명은 외부 스펙트럼 선택적 피드백을 갖는 다이오드 레이저에 관한 것이다.
엣지-이미팅 다이오드 레이저의 광선은 도파관 면에 수직인 방향(세로 방향, "빠른 축")으로 매우 발산적이며, 비교적 넓은 파장 스펙트럼을 갖는다. 게다가, 파장 스펙트럼은 일반적으로 온도와 같은 추가 파라미터에 의존한다. 결과적으로, 파장 스펙트럼은 레이저에 의해 공급된 전력에 의존한다.
최신 기술에 따르면, 파장은 내부 또는 외부 파장 선택 요소 또는 구조의 수단에 의해 제한되고 안정화될 수 있다. 파장의 안정화 및 외부적인 제한은 다이오드 레이저로 방출된 광선의 스펙트럼 선택적 피드백의 결과로서 얻어진다. 예를 들어 표면 격자와 같은 스펙트럼 선택적 반사의 수단에 의해 피드백되는 소위 외부 캐비티 다이오드 레이저(ECDL)가 있다. 그러나 이것은 추가적인 광학 요소가 요구되고 소형화가 어렵게 되는 단점을 가진다.
스펙트럼 선택적 피드백을 얻기 위한 또 다른 방법은 볼륨 브래그 격자(VBG라고도 불림)를 사용하는 것이다. 이러한 VBG 사용의 이점은 소형의 파장 안정화된 레이저 빔 소스가 구현될 수 있다는 것이다. 예를 들어, DE 10 201 1 006198 A1, US 2005/0207466 A1, US 2006/0251 143 A1, US 7,397,837 B2 및 US 7,545,844 B2는 (시준된) 레이저 빔에 볼륨 브래그 격자를 배치하는 방법을 개시한다. 그러나 이러한 장치는 VBG가 주 광학 경로(즉, 아웃커플링된 레이저 광선을 따르는 경로)내에 배치되어 더 높은 광선 에너지를 가진 파장 드리프트를 초래할 수 있는 높은 광학 에너지를 받는다는 점에서 불리하다. 로킹된 다이오드 레이저의 피크 파장의 이러한 작은 변화는 로킹 파장에 약간의 변화를 주는 증가하는 전력으로 VBG을 가열하여 발생한다. 게다가, 종래 기술의 레이저 다이오드 시스템은, 각각의 (전류 구동) 레이저 다이오드의 큰 전류에 대한 높은 강도의 피드백 레벨을 초래하는 피드백 신호에 대한 고정된 (반사율) 백분율을 제공하는, VBG를 사용한다. 즉, 피드백 신호의 레벨은 파장 안정화를 실현하여 레이저 다이오드 시스템의 전체 출력 전력을 감소시키기 위해 (큰 다이오드 구동 전류에 대해) 필요 이상으로 높다. 반면에, 피드백이 큰 다이오드 구동 전류에 최적화되어 있다면, 저전류에 대해 너무 작을 것이다. 또한, 종래 기술의 VBG는 필요한 (낮은) 반사율을 얻기 위해 그들의 기하학적 배치에 적합해질 필요가 있으며, 이로 인해 회절과 같은 원하지 않는 유해한 영향이 야기된다. 또한, 전술한 레이저 다이오드 장치는 사용된 레이저 다이오드가 완전히 편광된 광선을 생성하지 않기 때문에 전체 출력 전력의 감소를 겪는다. 사실상, 실제 레이저 다이오드는 일반적으로 주 편광 방향에 대해 약 80% 내지 95% 범위의 편광도를 나타낸다. 즉, 방출된 레이저 광선의 편광되지 않은 부분은 레이저 시스템 내에서, 예를 들면, 엣지 필터 또는 편광 필터에서 사라진다.
그러므로, 본 발명의 목적은 종래 기술의 결점을 극복하고 증가된 전체 출력 전력을 허용하는 파장 안정화를 갖는 다이오드 레이저를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에서, 레이저 (바람직하게 외부 캐비티 다이오드 레이저)가 개시되고, 레이저 광선을 아웃커플링하도록 마련된 출구 패싯을 포함하는 내부 레이저 캐비티의 내부에 위치한 활성 매체(예를 들면, 활성층); 내부 레이저 캐비티의 외부에 위치하고 레이저 광선의 파장 안정화를 위해 마련된 외부 주파수 선택 요소; 내부 레이저 캐비티의 외부에 위치하고 아웃커플링된 레이저 광선을 제 1 빔 경로를 따라 연장되는 제 1 빔 및 제 2 빔 경로를 따라 연장되는 제 2 빔으로 나누도록 마련된 빔 분배기, 제 1 빔은 제 2 빔보다 높은 방사 강도를 가지고, 제 1 빔 경로는 제 2 빔 경로와 상이하고; 및 주파수 선택 요소에 입사하는 방사 강도를 제어하는 강도 제어 수단; 을 포함하고 외부 주파수 선택 요소 및 강도 제어 수단은 제 2 빔 경로에 배치된다.
본 발명의 주요 아이디어는 적어도 대다수, 즉, 50% 이상의 아웃커플링된 레이저 광선 파워를 포함하는 주 빔 경로의 외부에 외부 주파수 선택 요소를 배치하는 것이다. 따라서, 외부 주파수 선택 요소는 주 (즉, 제 1) 빔 경로와 상이한 추가적인 피드백 (즉, 제 2) 빔 경로에 위치될 수 있고, 주파수 선택 요소로 입사하는 방사 강도는 적절한 강도 제어 수단에 의해 제어될 수 있으며 더 낮은 방사 강도를 갖는 추가적인 피드백 빔 경로가 주파수 선택 요소에 대한 열 응력을 감소시킨다.
바람직하게, 활성 매체는 엣지 이미팅 레이저 다이오드로서 형성되는 레이저 다이오드에 포함된다. 바람직하게, 내부 레이저 캐비티는 적어도 두 개의 대향하는 거울로서 형성된다. 대안적으로, 활성 매체는 넓은 이득 대역폭을 가지는 Yb 도핑 재료와 같은 고체 상태의 레이저 또는 서로 가까운 여러 이산 라인(discrete line)을 가지는 고체 상태의 레이저 재료에 있는 라인 셀렉션(line selection)에 포함될 수 있다. 바람직하게, 활성 매체는 400nm 내지 2900nm, 보다 바람직하게 750nm 내지 1100nm, 보다 바람직하게 1400nm 내지 1600nm 또는 1700nm 내지 2000nm 범위의 최대 강도를 가지는 파장을 가지는 광선을 방출하도록 마련된다. 바람직하게, 활성 매체는 반도체 재료를 포함한다. 보다 바람직하게, 활성 매체는 반도체 재료로 구성된다.
바람직하게, 주파수 선택 요소에 입사하는 강도는 본 발명에 따른 ECDL의 전체 강도가 감소하거나 증가할 때 증가하거나 감소하는 강도 제어 수단에 의해 각각 제어된다. 보다 바람직하게, 피드백 빔 경로의 강도는 강도제어 수단에 의해 일정하게 또는 거의 일정하게 유지된다. 보다 바람직하게, 피드백 빔 경로 내의 강도는 일정한 강도가 내부 레이저 캐비티 또는, 보다 구체적으로, 내부 레이저 캐비티 내부의 활성 매체로 피드백하도록 제어된다.
바람직하게, 강도 제어 수단은 제 2 빔 경로에 배치된 개별 요소일 수 있다. 보다 바람직하게, 강도 제어 수단은 빔 분배기 및/또는 통합된 방식으로 제 2 빔 경로에 배치된 주파수 선택 요소에 포함된다. 보다 바람직하게, 강도 제어 수단은 개별 및 통합 요소, 제 2 빔 경로에 배치된 모든 요소의 결합에 포함된다. 강도 제어 수단은 수동 강도 제어 수단 또는 활성 강도 제어 수단으로서 형성될 수 있다.
바람직하게, 제 1 빔의 방사 강도는 아웃커플링된 레이저 광선의 방사 강도의 60% 보다 크고, 제 2 빔의 방사 강도는 아웃커플링된 레이저 광선의 방사 강도의 40% 보다 작고, 보다 바람직하게, 제 1 빔의 방사 강도는 아웃커플링된 레이저 광선의 방사 강도의 70% 보다 크고, 제 2 빔의 방사 강도는 아웃커플링된 레이저 광선의 방사 강도의 30% 보다 작고, 보다 바람직하게, 제 1 빔의 방사 강도는 아웃커플링된 레이저 광선의 방사 강도의 80% 보다 크고, 제 2 빔의 방사 강도는 아웃커플링된 레이저 광선의 방사 강도의 20% 보다 작고, 보다 바람직하게, 제 1 빔의 방사 강도는 아웃커플링된 레이저 광선의 방사 강도의 90% 보다 크고, 제 2 빔의 방사 강도는 아웃커플링된 레이저 광선의 방사 강도의 10% 보다 작다.
바람직하게, 외부 주파수 선택 요소는 반사기로서 형성된다. 보다 바람직하게, 반사기는 VBG라고도 불리는 볼륨 브래그 격자로서 형성된다. 바람직하게, 외부 주파수 선택 요소가 설계된 특정 파장에서 반사기의 (최대) 반사율은 전술한 특정 파장에 대해 60% 보다 크고, 보다 바람직하게 70% 보다 크고, 보다 바람직하게 80% 보다 크고, 보다 바람직하게 90% 보다 크고, 보다 바람직하게 95% 보다 크고, 보다 바람직하게 99% 보다 크다. 바람직하게, 전술한 (반사율이 최대가 되는) 특정 파장과 5nm 이상(보다 바람직하게 4nm 이상, 보다 바람직하게 3nm 이상, 보다 바람직하게 2nm 이상, 보다 바람직하게 1nm 이상) 상이한 제 2 파장에서 반사기의 반사율은 최대 반사율의 60% 보다 작고, 보다 바람직하게 40% 보다 작고, 보다 바람직하게 20% 보다 작고, 보다 바람직하게 10% 보다 작고, 보다 바람직하게 5% 보다 작다. 즉, 반사기는 작은 파장 범위를 넘어 높은 최대 반사율을 보인다. 그리하여 내부 레이저 캐비티로 다시 결합되는 특정한 파장의 피드백 신호를 생성하여 레이저 방출 파장을 안정화시킨다. 반사율이 최대 반사율의 50%이거나 더 높은 반사기의 반사 대역폭은 바람직하게 2nm 보다 작고, 보다 바람직하게 1nm 보다 작고, 보다 바람직하게 0.5nm 보다 작고, 보다 바람직하게 0.2nm 보다 작다.
바람직하게, 내부 레이저 캐비티의 출구 패싯 및 빔 분배기 사이의 간격은 콤팩트한 설계를 위해 상대적으로 작다. 즉, 내부 레이저 캐비티의 출구 패싯 및 빔 분배기 사이의 간격은 바람직하게 100cm 보다 작고, 보다 바람직하게 50 cm 보다 작고, 보다 바람직하게 25 cm 보다 작고, 보다 바람직하게 10 cm 보다 작고, 보다 바람직하게 5 cm 보다 작다. 바람직하게, 빔 분배기 및 외부 주파수 선택 요소 사이의 간격 역시 콤팩트한 설계를 위해 상대적으로 작다. 즉, 빔 분배기 및 외부 주파수 선택 요소의 간격은 바람직하게 100cm 보다 작고, 보다 바람직하게 50 cm 보다 작고, 보다 바람직하게 25 cm 보다 작고, 보다 바람직하게 10 cm 보다 작고, 보다 바람직하게 5 cm 보다 작다.
바람직하게, 출구 패싯(전면 패싯이라고도 불림)은 0.1% 내지 12%, 보다 바람직하게 0.1% 내지 6%, 바람직하게 0.1% 내지 3%의 방출된 레이저 광선에 대한 반사율을 포함한다. 바람직하게, 후면 패싯은 80% 내지 99.999%, 보다 바람직하게 95% 내지 99.99%, 바람직하게 99.0% 내지 99.99% 범위의 방출된 레이저 광선에 대한 반사율을 포함한다.
바람직하게, 빔 분배기는 편광 빔 분배기, 박막 편광자 및 글랜(Glan) 레이저 편광자 (일명 글랜-테일러(Glan-Taylor) 편광자)중에서 선택된 것이다. 즉, 본 발명의 일 측면에 따른 레이저 다이오드는 주파수 안정화를 실현하기 위해 레이저 다이오드의 편광되지 않은 방출된 빛의 부분을 사용함으로써 전체 출력 전력을 증가시키려고 한다. 종래의 레이저 다이오드 시스템에서, 방출된 레이저 광선의 편광되지 않은 부분은 레이저 시스템에서, 예를 들면, 엣지 필터 또는 편광 필터에서 사라지지만, 본 발명에 따르면, 방출된 레이저 광선의 편광되지 않은 부분은 주파수 (또는 파장) 안정화를 위해 내부 레이저 캐비티로 다시 (주파수 선택적인) 반사를 하기 위해 제 2 빔 경로로 아웃커플링된다. 주파수 안정화를 위한 충분한 피드백 신호를 얻기 위해 완전히 편광된 광선을 발생시키지 않는 레이저 다이오드를 이용하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 레이저 다이오드는 60% 내지 99%, 보다 바람직하게 70% 내지 97%, 보다 바람직하게 80% 내지 95%, 보다 바람직하게 85% 내지 92% 범위의 (주 편광 방향에 대한) 편광도로 형성된다.
바람직하게, 편광 변경 수단은 빔 분배기 및 외부 주파수 선택 요소 사이의 제 2 빔 경로에 배치되고, 편광자는 편광 변경 수단 및 외부 주파수 선택 요소 사이의 제 2 빔 경로에 위치된다. 이 바람직한 실시예의 이점은 (내부 레이저 캐비티에 다시 결합되는) 특정한 파장의 피드백 신호의 강도가 제어될 수 있다는 점이다. 즉, 레이저 다이오드의 전체 강도는 펌핑 에너지에 의해 제어될 수 있으며, 예를 들면, 레이저 다이오드의 구동 전류를 제어함으로써 제어될 수 있다. 제 2 빔 경로의 광선 강도 (및 그에 따른 피드백 신호의 강도)는 레이저 다이오드로부터 아웃커플링된 광선 강도에 관련이 있다. 그러므로 전체 레이저 다이오드 방출 강도가 증가하여 예를 들어 VGB로서 형성되는 외부 주파수 선택 요소에 대한 열 응력을 의미할 수 있는 경우, 피드백 신호의 강도는 증가한다. 하지만, 피드백 신호의 강도는 단지 특정 (절대적인) 임계 값 이상이어야 한다. 따라서 VBG에서 광선의 강도가 레이저 다이오드의 전체 강도에 독립적이게 되도록 편광 변경 수단을 적응시키는 것이 바람직하며, 더 구체적으로 편광자를 통과하는 광선의 강도가 레이저 다이오드의 안정된 레이저 동작을 얻는데 필요한 (최소) 임계값의 100% 내지 200%, 보다 바람직하게 100% 내지 150%, 보다 바람직하게 100% 내지 120% 범위가 되도록 제 2 빔 경로의 편광을 제어하는 것이 바람직하다. 편광 변경 수단은 바람직하게 전기-광학 편광자로서 형성된다. 보다 바람직하게, 편광 변경 수단은 포켈 셀(Pockels cell)로서 형성된다. 편광 변경 수단 및 주파수 선택 요소 사이의 제 2 빔 경로에 위치된 편광자는 바람직하게 제 2 빔 경로의 주 빔 전파 방향에 대해 브루스터 각으로 배치되는 박막 편광자로서 형성된다.
바람직하게, 편광 변경 수단은 (전류 구동) 레이저 다이오드(의 제어 유닛)에 연결된다. 바람직하게, 편광 변경 수단은 레이저 다이오드의 전체 광선 강도 또는 그 등가물을 검출(또는 결정)하는 수단에 연결된다. 대안적인 바람직한 실시예에 따르면, 편광 변경 수단은 빔 분배기 및 내부 레이저 캐비티의 출구 패싯 사이의 제 1 빔 경로에 배치되고, 편광자는 제 2 빔 경로 빔 분배기 및 외부 주파수 선택 요소 사이에 배치된다. 이 바람직한 실시예에 따르면, (대체로) 완전히 편광된 광선을 방출하는 레이저 다이오드에 대한 제어된 피드백 신호 또한 얻을 수 있다.
대안적인 바람직한 실시예에 따르면, 외부 주파수 선택 요소는 피드백 신호의 강도가 레이저 다이오드의 전체 강도에 독립적이게 되도록 조정하기 위해 강도 의존 반사 계수를 갖는 거울을 포함한다. 이러한 강도 의존 반사 계수를 갖는 거울은 당 업계에 알려져 있으며, 예를 들면, Michel et al., "열-광학적으로 구동되는 레이저 응용을 위한 적응형 거울", Appl. Phys. B, pp. 721-724 (2004) 에 개시되어있다. 바람직하게 강도 의존 반사 계수를 갖는 거울은 레이저 다이오드의 전체 강도에 무관하게 피드백 신호의 강도가 30% 보다 작게, 보다 바람직하게 20% 보다 작게, 보다 바람직하게 10% 보다 작게, 보다 바람직하게 5% 보다 작게 변하도록 적용된다.
바람직하게, 강도 의존 반사 계수를 갖는 거울은 (전류 구동) 레이저 다이오드(의 제어 유닛)에 연결된다. 바람직하게, 강도 의존 반사 계수를 갖는 거울은 레이저 다이오드의 전체 광선 강도 또는 그 등가물을 검출하는 수단에 연결된다.
대안적인 바람직한 실시예에 따르면, 빔 분배기는 비 편광 빔 분배기이다. 이 바람직한 실시예에 따르면, 완전히 편광된 광선을 방출하는 레이저 다이오드에 대한 제어된 피드백 신호 또한 얻을 수 있다.
바람직하게, (비 편광) 빔 분배기는 부분 반사율이 상이한 복수의 부분을 포함하고, 복수의 부분은 서로 나란히 (그러나 반드시 직접 인접하지는 않게) 배치된다. 바람직하게, 레이저 다이오드 장치는 (바람직하게 횡 방향으로) 빔 분배기를 (바람직하게 아웃커플링된 레이저 광선의 전파 방향에 대해) 이동시키는 수단을 더 포함한다. 바람직하게, 레이저 다이오드 장치 빔 분배기의 (횡 방향) 이동을 제어하는 수단을 더 포함한다. 바람직하게, 빔 분배기의 (횡 방향) 이동을 제어하는 수단은 아웃커플링된 레이저 광선의 강도에 의존하여 빔 분배기의 이동을 제어하도록 마련된다. 바람직하게, 빔 분배기의 횡 방향 이동을 제어하는 수단은 레이저 다이오드의 전체 강도에 무관하게 피드백 신호의 강도가 30% 보다 작게, 보다 바람직하게 20% 보다 작게, 보다 바람직하게 10% 보다 작게, 보다 바람직하게 5% 작게 변하도록 빔 분배기의 이동을 제어하도록 마련된다. 바람직하게, 상이한 부분 반사율을 가지는 복수의 부분은 서로 직접 인접하거나 그 등가물이다.
바람직하게, 빔 분배기의 횡 방향이동을 제어하는 수단은 (전류 구동) 레이저 다이오드(의 제어 유닛)에 연결된다. 바람직하게, 빔 분배기의 이동을 제어하는 수단은 레이저 다이오드의 전체 광선 강도 또는 그 등가물을 검출하는 수단에 연결된다.
바람직한 실시예에 따르면 (빔 분배기의 이동을 제어하는 수단뿐만 아니라 빔 분배기를 이동시키는 수단을 사용하는 대신에) 레이저 다이오드 장치는 반사율이 상이한 복수의 부분을 포함하는 다중 부분 거울을 더 포함하고, 복수의 부분은 서로 나란히 (그러나 반드시 직접 인접하지는 않고 예를 들면 원형으로) 배치되고, 다중 부분 거울은 (바람직하게 비 편광) 빔 분배기 및 외부 주파수 선택 요소 사이의 제 2 빔 경로에 배치되고, 편향 수단은 빔 분배기 및 다중 부분 거울 사이의 제 2 빔 경로에 배치되고, 편향 수단은 아웃커플링된 레이저 광선의 강도에 의존하여 제 2 빔 경로의 광선을 다중 부분 거울의 상이한 부분들로 편향시키도록 마련된다. 바람직하게, 상이한 반사율을 가지는 복수의 부분은 서로 직접 인접하다.
본 발명의 일 측면에서, 레이저 다이오드 장치는 내부 레이저 캐비티들을 가지는 복수의 다이오드 레이저들을 포함하고, 각 내부 레이저 캐비티는 레이저 광선을 아웃커플링하도록 마련된 출구 패싯을 포함하고, 내부 레이저 캐비티들은 복수의 적층된 레이저 빔이 공통 빔 분배기로 향하도록 배치된다. 바람직하게, 복수의 적층된 레이저 빔은 서로 평행하게 배치된다.
바람직하게, 공통 빔 분배기는 복수의 단차부를 포함하고, 각 단차부는 복수의 적층된 평행 레이저 빔 중 하나를 제 1 빔 경로를 따라 연장되는 각각의 제 1 빔 및 제 2 빔 경로를 따라 연장되는 각각의 제 2 빔으로 나누도록 마련되고, 각각의 제 1 빔은 각각의 제 2 빔 보다 높은 방사 강도를 가지고, 각각의 제 1 빔 경로는 각각의 제 2 빔 경로와 상이하다.
바람직하게, 모든 단차부는 복수의 적층된 레이저 빔의 전파 방향에 대해 동일한 경사를 갖는다. 바람직하게, 단차부는 서로 같은 거리에 위치되도록 배치된다.
바람직한 실시예에 따르면, 레이저 다이오드 장치 빔 분배기 및 외부 주파수 선택 요소 사이의 제 2 빔 경로에 배치된 편향 수단을 더 포함하고, 편향 수단은 제 2 빔 경로내의 일부 광선만이 외부 주파수 선택 요소의 활성 영역으로 유도되도록 제 2 빔 경로 내의 광선을 편항시키도록 마련되고, 전술한 일부 광선의 양은 아웃커플링된 레이저 광선의 강도에 의존한다. 바람직하게, 추가 요소는 편향 수단 및 외부 주파수 선택 요소 사이의 제 2 빔 경로에 배치되지 않는다. 바람직하게, 편향 수단은 음향 광학 변조기 (AOM) 또는 공간 광 변조기 (SLM)로서 형성된다.
바람직한 실시예에 따르면, 레이저 다이오드 장치는 빔 분배기 및 외부 주파수 선택 요소 사이의 제 2 빔 경로에 배치된 강도-적응형 포커싱 렌즈를 더 포함하고, 포커싱 렌즈는 제 2 빔 경로 내의 광선을 외부 주파수-선택 요소의 활성 영역에 포커싱하도록 마련되고, 포커싱 렌즈의 포커싱 파워는 아웃커플링된 레이저 광선의 강도에 의존한다. 이러한 강도-의존형 포커싱 렌즈는 당 업계에 알려져 있으며, 예를 들면, R. Koch, " 다이오드 최종 펌핑 고체 레이저에서 열 렌즈 효과를 보정하기 위한 셀프 적응 형 광학 요소-제안 및 예비 실험", Optics Communications 140 (1997), 158-164에 개시되어있다. 바람직하게, 추가 요소는 포커싱 렌즈 및 외부 주파수 선택 요소 사이의 제 2 빔 경로에 배치되지 않는다
본 발명의 다른 측면에서, 레이저(바람직하게 다이오드 레이저)가 개시되며, 레이저 캐비티의 내부에 위치한 활성 매체(예를 들면, 활성층), 레이저 캐비티는 레이저 광선을 아웃커플링하도록 마련된 출구 패싯을 포함하고; 레이저 캐비티의 외부에 위치하고 레이저 광선의 파장 안정화를 위해 마련된 외부 주파수 선택 요소, 및 아웃커플링된 레이저 광선을 제 1 빔 경로를 따라 연장되는 제 1 빔 및 제 2 빔 경로를 따라 연장되는 제 2 빔으로 나누도록 마련된 빔 분배기를 포함하고, 제 1 빔은 제 2 빔보다 높은 방사 강도를 가지고, 제 1 빔 경로는 제 2 빔 경로와 상이하고, 외부 주파수 선택 요소는 제 2 빔 경로에 배치된다.
본 발명의 다른 측면의 주요 아이디어는 적어도 대다수, 즉, 50% 이상의 아웃커플링된 레이저 광선 파워를 포함하는 주 빔 경로의 외부에 외부 주파수 선택 요소를 배치하는 것이다. 따라서, 외부 주파수 선택 요소는 주 (즉, 제 1) 빔 경로와 다른 추가적인 피드백 (즉, 제 2) 빔 경로에 위치될 수 있고, 더 낮은 방사 강도를 갖는 추가적인 피드백 빔 경로가 주파수 선택 요소에 대한 열 응력을 감소시킨다.
본 발명은 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이다. 주어진 예는 본 발명을 설명하기에 적합하지만 어떠한 경우에도 본 발명을 제한하지는 않는다. 구체적으로, 본 발명은 활성 매체 및 내부 레이저 캐비티를 포함하는 다이오드 레이저로 제한되지 않는다. 활성 매체 및/또는 내부 레이저 캐비티는 임의의 적절한 레이저 시스템에 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다.
다이오드 레이저는 고체 상태의 레이저를 펌핑하는데 사용되고, 플라스틱 용접, 브레이징, 클래딩 및 열 전도 용접의 응용 분야를 제공한다. 키홀 용접 및 더 중요하게 절단은 제한된 전력 및 빔 품질로 인해 종래의 다이오드 레이저 시스템에서 비용 효율적이지 않다. 키홀 용접은 1kW 내지 6kW 이상의 범위의 전력을 갖는 10 mm<*>mrad 내지 20 mm<*>mrad 범위의 빔 품질을 요구한다. 절단은 2kW 내지 4kW 범위의 전력 레벨에서 10 mm<*>mrad 미만의 빔 품질을 요구하고, 구체적으로 수 밀리미터까지 절단된 얇은 게이지에 대해서 약 3 mm<*>mrad 및 2 내지 3kW, 더 두꺼운 게이지 재료에 대해서는 약 7 mm<*>mrad를 요구한다. 광학 스태킹은 파워 스케일링으로 알려져 있으며, 바(bars) 및 단일 이미터에 대해 여러 가지 다른 배치가 가능하다. 스펙트럼 스태킹은 밝기 및 파워의 스태킹을 허용한다. 개별 다이오드의 좁고 안정적인 스펙트럼은 상이한 파장을 가지는 다수의 다이오드의 후속 스펙트럼 결합에 필요하다. 예를 들어 각 정격이 12W인 다수의 단일 이미터는 예를 들어 모놀리식 느린 축 콜리메이터(SAC) 어레이를 가지는 빠른 축에서 적층될 수 있다. 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 단일 이미터 다이오드들과 관련이 있지만, 광학 스태킹 및/또는 스펙트럼 스태킹은 본 발명의 모든 실시예에 유리하게 배치될 수 있음을 이해해야 한다.
이러한 시스템의 파워 및 밝기는 절단 및 용접을 위한 다이오드 레이저의 사용을 가능하게 한다. 이 기술은 793nm 및 1980nm를 포함하는 다른 파장으로 전송될 수 있다. 최적화된 스펙트럼 결합은 스펙트럼 밝기 및 파워를 더욱 향상시킬 수 있다. 고속 제어 전자 장치 및 소형 스위칭 전력 공급 장치는 펄스 폭을 20초에서 cw까지 연속적으로 조정하여 10 μβ 미만의 펄스 상승 시간을 가능하게 한다.
바람직한 실시예에서, 외부에 배치된 볼륨 브래그 격자는 파장을 안정화시키고 선 폭을 1nm 미만으로 좁힌다. VBG와 같은 외부 주파수 선택 요소를 사용한 파장 안정화는 원하는 파장을 가지는 방출된 광의 일부를 다이오드로 다시 반사시킨다. 외부 공진기의 설계, 즉, 다이오드 전면 패싯 반사율 (즉, 아웃커플링 패싯 반사율)뿐만 아니라 외부 주파수 선택 요소의 반사율 및 치수가 최종 선 폭 및 로킹 범위를 결정한다. 일반적으로, 선 폭은 5nm (FWHM)에서 0.3nm (FWHM) 스펙트럼으로 좁혀지고, 이는 1nm 미만 내의 파워의 95%에 해당한다. 적절한 공진기의 설계로, 피크 파장은 구동 전류를 임계(예를 들면, 0.5 A)에서 최대 파워(예를 들면, 12A)로 거의 끊임없이 변화시킨다. 공진기의 설계는 로킹 범위를 결정하고 더 높은 로킹 범위는 더 높은 반사율로 얻어지지만, 전력 손실이 증가한다.
도 1에 나타난 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 활성층 및 내부 레이저 캐비티(10)를 포함하는 레이저 다이오드는 출구 패싯(12)을 포함하며 레이저 다이오드의 레이저 광선(B0)은 출구 패싯(12)을 통해 아웃커플링된다.
레이저 다이오드는 일반적으로 갈륨비소(GaAs)와 알루미늄 비소(AlxGa(i-x)As)로 구성되며 샌드위치 방식으로 형성된 9xxnm 영역에 대한 이중 헤테로 구조를 기반으로 한다. 970nm의 이미팅 파장 및 10A의 구동 전류에서 12W의 출력 전력을 가지는 제 1 실시예의 브로드 스트립 다이오드 레이저(broad strip diode laser)에서 이미팅 표면은 3%의 패싯 코팅을 가진 약 96 x 4 μm 영역을 가진다. 레이저 재료와 공기의 큰 굴절률 차이와 이미팅 영역의 낮은 높이는 소위 빠른 축이라고 하는 23°까지의 높은 발산을 야기한다. 느린 축의 발산은 단지 4°이다. 편광도는 도파관 내의 이득에 의해 결정되며, 이것은 파이(TE) 및 시그마(TM) 편광과 상이하고 시그마 편광보다 다소 크다. 편광도는 내장된 양자 우물의 장력에 의존한다. 양자 우물 구조의 압축 또는 인장 변형에 의해 편광은 TE에서 TM로 전환될 수 있다. 이러한 장력의 변화는 무겁고 가벼운 구멍 이득에 상이한 영향을 미친다. 그러나 이것은 또한 레이저 다이오드의 성능에 영향을 미치며, 최상의 성능으로 고정된 편광이 있음을 의미한다.
레이저 다이오드는 제 1 실시예의 평행 편광인 주 편광 방향에 대해 약 93%의 편광도를 나타낸다. 아웃커플링된 레이저 광선(B0)은 편광 빔 분배기(16)로 향하고, 편광 빔 분배기(16)는 제 1 빔 경로(P1)에 평행 편광을 갖는 모든 광선을 전송함으로써 제 1 빔(B1)을 형성한다. 제 1 빔(B1)의 강도는 아웃커플링된 레이저 빔(B0) 강도의 약 95%이다. 또한, 편광 빔 분배기(16)는 평행 편광과 상이한 B0 광선 부분을 제 2 빔 경로(P2)로 편향시켜 제 2 빔(B2)을 형성한다. 본 발명의 제 1 실시예의 이점은, 주 편광 방향(평행)과 상이한 B0 광선 부분이 단지 아웃커플링된 레이저 빔(B0) 강도의 약 5%의 강도를 갖는 제 2 빔 경로에서의 파장 안정화에 사용될 수 있으며, 그로 인해 VBG로서 형성된 주파수 선택 소자(14)에 대한 열 응력을 최소화할 수 있다는 점이다. VBG(14)는 B2 빔의 0.3nm (FWHM)의 좁은 부분만을 레이저 다이오드로 되돌려 반사시킴으로써 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 파장을 안정화시킨다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다. 도 2의 실시예는 도 1의 실시예와 유사하지만, 제 2 경로(P2)에 위치된 편광 변경 수단(18) 및 편광자(20)를 더 포함한다. 제 2 실시예의 이점은, (VBG 14에 도달하기 이전의) 제 2 빔(B2)의 강도가 설정된 소정의 값보다 낮도록, 그리고 레이저 다이오드로 다시 반사되는 제 2 빔(B2)의 강도가 VBG(14)를 위해 설계된 원하는 파장에서 레이저 작동을 안정화시키기에 충분하도록 조정될 수 있다는 점이다. 동시에, 소정의 값은 VBG(14)에 가해지는 제 2 빔(B2)의 강도가 VBG(14)에서의 열 응력을 피하도록 충분히 낮게 설정된다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다. 도 3의 실시예는 도 1의 실시예와 유사하지만, 네 개의 상이한 부분(16-1), (16-2), (16-3) 및 (16-4)을 갖는 빔 분배기(16)를 포함하고, 각 부분들(16-1), (16-2), (16-3), (16-4)은 아웃커플링된 레이저 광선(B0)에 대해 상이한 반사율을 갖는다. 바람직하게, 빔 분배기(16)는 비 편광 빔 분배기이다. 제 3 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치는 화살표로 나타낸 축을 따라 빔 분배기(16)를 이동시키는 수단(16-5)을 더 포함한다. 제 3 실시예의 이점은, (레이저 다이오드로 다시 반사되는) 제 2 빔(B2)의 강도가, (16-1), (16-2), (16-3) 및 (16-4) 중 하나의 부분만이 B0 빔을 제 1 빔(B1) 및 제 2 빔(B2)으로 분배하는데 선택될 수 있으며 제 2 빔(B2)의 강도가 안정적인 레이저 작동을 위해 충분히 높고, VBG(14)에서 열 응력을 피하기 위해 충분히 낮도록, 빔 분배기(16)를 이동시킴으로써 제어될 수 있다는 점이다. 제 2 빔(B2)의 강도를 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도에 독립적이 되도록 조정하기 위해, 빔 분배기(16)를 이동시키는 수단(16-5)은 바람직하게 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도를 검출하는 수단에 연결된다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다. 도 4a 내지 도 4d의 실시예들은 도 1의 실시예와 유사하지만, 각 실시예는 편광 빔 분배기 대신에 비 편광 빔 분배기(16)를 포함하고 편향 수단(24) 및 다중 부분 거울(22) 또는 곡면 거울(28)일 수 있는 거울(22), (28)을 더 포함한다. 제 4 실시예의 이점은 제 3 실시예의 (부분적인 다중 부분 거울이기도 한) 빔 분배기(16)가 축을 따라 이동 가능한 반면에 제 4 실시예의 편향 수단(24) 및 (다중 부분) 거울(22), (28)은 고정된다는 점이다. 편향 수단(24)은, 예를 들어, AOM로서 형성된다. AOM(24)는 제 2 빔(B2)의 강도에 의존하여 B2 빔을 편향시키도록 제어될 수 있다.
도 4a의 실시예에 나타난 바와 같이, 곡면 다중 부분 거울(28)은 AOM(24)에 의해 상이한 각도로 편향되고 상이한 위치(28-1), (28-2) 및 (28-3)에서 곡면 거울(28)에 충돌하는 빔들이 시준되어 VBG(14)로 편향될 수 있게 한다. 다중 부분 거울(28)은 제 2 빔 경로(P2)의 각각의 아웃커플링된 레이저 광선(B2 빔)에 대해 상이한 반사율을 갖는 상이한 부분(28-1), (28-2) 및 (28-3)을 포함할 수 있다. VBG(14)는 파장 안정화를 위해 빔을 레이저 다이오드로 다시 반사시킨다. AOM(24)은 VBG(14)에서 제 2 빔(B2)의 강도가 안정적인 레이저 작동을 위해 충분히 높고, VBG(14)에서 열 응력을 피하기 위해 충분히 낮게 B2 빔을 편향시키도록 조정될 수 있다. 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도에 독립적인 제 2 빔(B2)의 강도를 조정하기 위해, AOM(24)는 바람직하게 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도를 검출하는 수단에 연결된다.
곡면 거울(28)을 사용하는 대신에, 도 4c에 나타난 바와 같은 복수의 평면 부분(22-1), (22-2) 및 (22-3)을 갖는 계단형 거울(22)을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 전술한 평면 부분들(22-1), (22-2) 및 (22-3)은 AOM(24)으로부터 오는 전술한 계단 모양의 거울(22)에 입사하는 발산 광선을 시준하기 위해 VBG(14)에 대해 상이한 각도를 갖는다. 상이한 부분들(22-1), (22-2) 및 (22-3)은 제 2 빔 경로(P2)의 각각의 아웃커플링된 레이저 복사(B2 빔)에 대해 각각 상이한 반사율을 가질 수 있다.
도 4c의 실시예에 나타난 바와 같이, AOM(24)으로부터 나오는 발산 광선이 VBG(14)에 충돌하도록 VBG(14)가 이용되고 배치될 수 있다. VBG(14)는 상이한 반사율을 갖는 복수의 부분을 포함하는 다중 부분 VBG로서 형성된다. 예를 들어, 도 4c에 나타난 바와 같이, VBG(14)는 평면에 위치한 x축을 따라 점진적으로 증가하는 반사율을 가질 수 있다. 이 실시 예에서, 곡면 거울(28)은 충돌하는 광선을 다시 레이저 다이오드(10)로 반사시키도록 마련되어 이용되며, 즉, 곡면 거울(28)은 VBG(14)로부터 나오는 모든 광선이 그 자체로 끝까지 반사되도록 형성된다. 이 경우, 곡면 거울(28)은 내면을 따라 균일한 반사율을 가질 수 있다.
(균일하게 반사하는) 곡면 거울(28)을 사용하는 대신에, 도 4d에 나타난 바와 같은 복수의 평면 부분(22-1), (22-2) 및 (22-3)을 갖는 계단형 거울(22)을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 전술한 평면 부분들(22-1), (22-2) 및 (22-3)은 VBG(14)로부터 나오는 모든 광선이 그 자체로 끝까지 반사되도록 VBG(14)에 대해 상이한 각을 가진다. 상이한 부분(22-1), (22-2) 및 (22-3)은 제 2 빔 경로(P2)의 각각의 아웃커플링된 레이저 광선(B2 빔)에 대해 동일한 반사율을 가질 수 있다. AOM(24)은 VBG(14)에서 제 2 빔(B2)의 강도가 안정적인 레이저 작동을 위해 충분히 높고, VBG(14)에서 열 응력을 피하기 위해 충분히 낮게 B2 빔을 편향시키도록 조정될 수 있다. 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도에 독립적인 제 2 빔(B2)의 강도를 조정하기 위해, AOM(24)는 바람직하게 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도를 검출하는 수단에 연결된다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다. 도 5의 실시예는 도 4의 실시예와 유사하지만, 편향 수단(24) 및 주파수 선택 요소(14) 사이에 위치된 다중 부분 거울(22)을 포함하지 않는다. 제 5 실시예의 이점은 VBG(14)에서 제 2 빔(B2)의 강도가 안정적인 레이저 작동을 위해 충분히 높고 VBG(14)에서 열 응력을 회피하기 위해 충분히 낮도록 하는 간단한 장치가 사용될 수 있다는 점이다. 구체적으로, AOM(24)은 VBG(14)에서 열 응력을 피하기에 충분히 낮은 제 2 빔(B2)의 상대적으로 낮은 강도에 대해서만 제 2 빔(B2)이 VBG(14)로 완전히 향하도록 하는 VBG(14)의 위치와 관련하여 배치된다. 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도가 증가하여 제 2 빔(B2)의 강도가 증가할 때, AOM(24)은 B2 빔이 편향되어 제 2 빔(B2)의 B3 부분이 VBG(14)의 활성 (반사) 영역에 충돌하지 않고 VBG(14)를 통과할 때 제 2 빔(B2)의 B4 부분만이 VBG(14)에 도달하도록 제어된다. 따라서, VBG(14)에서의 B4 빔의 강도는 VBG(14)에서 제 2 빔(B2)의 강도가 안정적인 레이저 작동을 위해 충분히 높고 VBG(14)에서의 열 응력을 피하기에 충분히 낮도록 AOM(24)에 의해 제어될 것이다. 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도에 독립적인 제 2 빔(B4)의 강도를 조정하기 위해, AOM(24)은 바람직하게 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도를 검출하거나 또는 제 2 빔(B2)의 강도를 검출하는 수단에 연결된다.
도 6은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다. 제 6 실시예에 따르면, 강도-적응형 포커싱 렌즈(26)는 제 2 빔(B2)의 강도에 의존하는 포커싱 특성을 갖는 제 2 빔 경로(P2) 내에 배치된다. 즉, 렌즈(26)는 VBG(14)에서 열 응력을 피하기에 충분히 낮은 제 2 빔(B2)의 상대적으로 낮은 강도에 대해서만 제 2 빔(B2)이 VBG(14)로 완전히 향하도록 하는 VBG(14)의 위치와 관련하여 배치된다. 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도가 증가하여 제 2 빔(B2)의 강도가 증가할 때, 렌즈(26)는, 예를 들어, 렌즈(26)의 초점 길이를 렌즈(26)와 VBG(14) 사이의 거리보다 훨씬 작게 조정함으로써, 렌즈(26)를 통과한 후에 B2 빔이 높은 발산을 하도록 제어된다. 그러한 경우에, 제 2 빔(B2)의 일부분만이 VBG(14)에 도달하고 제 2 빔(B2)의 다른 부분은 높은 발산으로 인해 VBG(14)의 활성 (반사) 영역에 충돌하지 않고 VBG(14)를 통과한다. 따라서, VBG(14)에서의 빔의 강도는 VBG(14)에서 제 2 빔(B2)의 강도가 안정적인 레이저 작동을 위해 충분히 높고 VBG(14)에서의 열 응력을 피하기에 충분히 낮도록 렌즈(26)에 의해 제어될 것이다. 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도에 독립적인 제 2 빔(B2)의 강도를 조정하기 위해, 렌즈(26)는 바람직하게 아웃커플링된 레이저 빔(B0)의 강도를 검출하거나 또는 제 2 빔(B2)의 강도를 검출하는 수단에 연결된다.
도 7은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 레이저 다이오드 장치의 도식적인 부분도를 나타낸다. 제 7 실시예에서, 광학 스태킹은 B01 평행 빔, B02 평행 빔, B03 평행 빔 및 B04 평행 빔을 생성하도록 서로의 상부에 적층된 복수의 단일 이미터 레이저 다이오드를 사용함으로써 실현된다. 빔 분배기(16)는 복수의 단차부를 포함하고, 각 단차부는 B01 빔, B02 빔, B03 빔 및 B04 빔 각각을 제 1 빔 경로(P1)를 따라 연장되는 제 1 (부분) 빔 및 제 2 빔 경로(P2)를 따라 연장되는 제 2 (부분) 빔으로 나누는 부분 반사 표면을 포함한다. 빔 분배기(16)의 단차부는 각 레이저 다이오드의 출구 패싯(12)으로부터 VBG(14)까지의 광학 경로가 B01 빔, B02 빔, B03 빔 및 B04 빔에 대해 동일하게 생성된다. B01 빔, B02 빔, B03 빔 및 B04 빔은 스택 레이저 다이오드 장치의 전체 비용을 감소시키기 위해 공통 VBG(14)를 유리하게 사용할 수 있다.
10: 내부 레이저 캐비티
12: 출구 패싯
14: 주파수 선택 요소
16: 빔 분배기
18: 편광 변경 수단
20: 편광자
22: 다중 부분 거울
24: 편향 수단
26: 포커싱 렌즈
28: 곡면 거울
B0: 아웃커플링된 레이저 광선
B1: 제 1 빔
B2: 제 2 빔
B3: 제 2 빔의 부분 빔
B4: 제 2 빔의 부분 빔
B01: 레이저 빔
B02: 레이저 빔
B03: 레이저 빔
B04: 레이저 빔
P1: 제 1 빔 경로
P2: 제 2 빔 경로

Claims (15)

  1. 외부 캐비티 다이오드 레이저에 있어서:
    내부 레이저 캐비티(10)의 내부에 위치한 활성 매체, 상기 내부 레이저 캐비티(10)는 레이저 광선을 아웃커플링하도록 마련된 출구 패싯(12)을 포함하고;
    상기 내부 레이저 캐비티(10)의 외부에 위치하고 상기 레이저 광선의 파장 안정화를 위해 마련된 외부 주파수 선택 요소(14);
    상기 내부 레이저 캐비티(10)의 외부에 위치하고 상기 아웃커플링된 레이저 광선(B0)을 제 1 빔 경로(P1)를 따라 연장되는 제 1 빔(B1) 및 제 2 빔 경로(P2)를 따라 연장되는 제 2 빔(B2)으로 나누도록 마련된 빔 분배기(16), 상기 제 1 빔은 상기 제 2 빔보다 높은 방사 강도를 가지고, 상기 제 1 빔 경로는 상기 제 2 빔 경로와 상이하고; 및
    상기 외부 주파수 선택 요소(14)에 입사하는 방사 강도를 제어하도록 마련된 강도 제어 수단; 을 포함하되,
    상기 외부 주파수 선택 요소(14) 및 상기 강도 제어 수단은 상기 제 2 빔 경로(P2) 에 배치되는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 분배기(16)는 편광 빔 분배기인 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 분배기(16)는 비 편광 빔 분배기인 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 주파수 선택 요소(14)는 2nm보다 작은 파장 대역에 대해 90%보다 큰 반사율을 가지는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  5. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    편광 변경 수단(18)은 상기 빔 분배기(16) 및 상기 외부 주파수 선택 요소(14) 사이의 제 2 빔 경로(P2)에 배치되고, 편광자(20)는 상기 편광 변경 수단(18) 및 상기 외부 주파수 선택 요소(14) 사이의 상기 제 2 빔 경로(P2)에 위치되는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  6. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    편광 변경 수단(18)은 상기 빔 분배기(16) 및 상기 레이저 캐비티(10)의 상기 출구 패싯(12) 사이의 상기 제 1 빔 경로(P1)에 배치되고, 편광자(20)는 상기 빔 분배기(16) 및 상기 외부 주파수 선택 요소(14) 사이의 상기 제 2 빔 경로(P2)에 위치되는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 주파수 선택 요소(14)는 볼륨 브래그 격자로서 형성되는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 주파수 선택 요소(14)는 강도 의존 반사 계수를 갖는 거울을 포함하는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 빔(B1)의 방사 강도는 상기 아웃커플링된 레이저 광선(B0)의 방사 강도의 80%보다 크고, 상기 제 2 빔(B2)의 방사 강도는 상기 아웃커플링된 레이저 광선(B0)의 방사 강도의 20% 보다 작은 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 분배기(16)는 부분 반사율이 상이한 복수의 부분을 포함하되, 상기 복수의 부분은 서로 나란히 배치되는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 아웃커플링된 레이저 광선(B0)의 전파 방향에 대해 상기 빔 분배기(16)를 횡 방향으로 이동시키는 수단 및 상기 아웃커플링된 레이저 광선(B0)의 강도에 의존하여 상기 빔 분배기(16)의 횡 방향 이동을 제어하는 수단을 더 포함하는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반사율이 상이한 복수의 부분을 포함하는 다중 부분 거울(22)을 더 포함하되, 상기 복수의 부분은 나란히 배치되고, 상기 다중 부분 거울(22)은 상기 빔 분배기(16) 및 상기 외부 주파수 선택 요소(14) 사이의 상기 제 2 빔 경로(P2)에 배치되고, 편향 수단(24)은 상기 빔 분배기(16) 및 상기 다중 부분 거울(22) 사이의 상기 제 2 빔 경로(P2)에 배치되고, 상기 편향 수단(24)은 상기 아웃커플링된 레이저 광선(B0)의 강도에 의존하여 상기 제 2 빔 경로(P2)의 광선을 상기 다중 부분 거울(22)의 상이한 부분들로 편향시키도록 마련된 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 분배기(16) 및 상기 외부 주파수 선택 요소(14) 사이의 상기 제 2 빔 경로(P2)에 배치된 편향 수단(24)을 더 포함하되, 상기 편향 수단(24)은 상기 제 2 빔 경로(P2) 내의 일부 광선만이 상기 외부 주파수 선택 요소(14)의 활성 영역으로 유도되도록 상기 제 2 빔 경로(P2) 내의 광선을 편향시키도록 마련되고, 상기 일부 광선의 양은 상기 아웃커플링된 레이저 광선(B0)의 강도에 의존하는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 분배기(16) 및 상기 외부 주파수 선택 요소(14) 사이의 상기 제 2 빔 경로(P2)에 배치된 포커싱 렌즈를 더 포함하되, 상기 포커싱 렌즈는 상기 제 2 빔 경로(P2) 내의 광선을 상기 외부 주파수 선택 요소(14)의 활성 영역에 포커싱하도록 마련되고, 상기 포커싱 렌즈의 포커싱 파워는 상기 아웃커플링된 레이저 광선(B0)의 강도에 의존하는 외부 캐비티 다이오드 레이저.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 내부 레이저 캐비티(10)를 포함하되, 각각의 내부 레이저 캐비티(10)는 레이저 광선을 아웃커플링하도록 마련된 출구 패싯(12)을 포함하고, 상기 내부 레이저 캐비티(10)는 복수의 적층된 B01 평행 레이저 빔, B02 평행 레이저 빔, B03 평행 레이저 빔 및 B04 평행 레이저 빔이 상기 빔 분배기(16)를 향하도록 배치되고, 상기 빔 분배기(16)는 복수의 단차부를 포함하고, 상기 단차부는 상기 복수의 적층된 B01 평행 레이저 빔, B02 평행 레이저 빔, B03 평행 레이저 빔 및 B04 평행 레이저 빔 중 하나를 상기 제 1 빔 경로(P1)를 따라 연장되는 각각의 제 1 빔(B1) 및 상기 제 2 빔 경로(P2)를 따라 연장되는 각각의 제 2 빔(B2)으로 나누도록 마련되고, 상기 제 1 빔(B1)은 상기 제 2 빔(B2) 보다 높은 방사 강도를 가지고, 상기 제 1 빔 경로(P1)는 상기 제 2 빔 경로(P2)와 상이한 외부 캐비티 다이오드 레이저.
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