KR20170123862A - 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스 - Google Patents

레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광 되고 높은 출력 에너지를 갖는 레이저 빔을 출력하는 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 레이저 빔 장치는 펌핑 광을 조사하는 광원유닛, 광원유닛으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어 편광된 레이저 빔을 발생시키는 제 1광학유닛 및 제 1광학유닛으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시키는 제 2광학유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 컴팩트한 구조를 가지며 출력 에너지가 증폭되고 편광된 레이저 빔을 출력할 수 있으므로 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스의 크기 및 제작비용을 절감할 수 있다.

Description

레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스{LASER BEAM APPARATUS AND LASER BEAM HAND-PIECE HAVING THE SAME}
본 발명은 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 의료용으로 사용되는 레이저 빔을 생성 및 조사하는 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스에 관한 것이다.
레이저 빔은 일반 자연광 또는 램프로부터 방사되는 광 대비 단색성(monochromatic), 간섭성(coherence) 및 직진성(collimation)의 3가지 우수한 특성을 가지고 있다.
이러한 레이저 빔은 우수한 단색성, 간섭성 및 직진성의 특성 때문에 다양한 산업분야에서 폭 넓게 이용되고 있는 추세이며, 더욱 그 사용성이 증대되고 있다. 레이저 빔의 사용되는 산업분야는, 예를 들면 금속, 건설, 조선 및 의료 분야 등으로 확장되고 있으며, 특히 의료 분야에 있어서 레이저 빔의 효율성에 증대에 따라 피부 및 안구 등과 같은 다양한 인체 조직에 사용되고 있다.
여기서, 다양한 인체 조직에 사용되는 레이저 빔은 그 사용 목적에 따라 파장 대역, 펄스폭 및 출력 에너지 등이 선택적으로 사용됨과 함께 의료 목적으로 편광된 레이저 빔이 주로 이용된다. 일 예로서, 피부 치료 또는 개선 목적으로 사용되는 레이저 빔은 레이저 빔 핸드피스 방식으로 시술자에 의해 파지되어 사용된다.
한편, 레이저 빔 핸드피스는 일반적으로 시술자에게 파지되는 핸드피스, 핸드피스에 연결되는 레이저 다이오드 등의 광원, 핸드피스에 수용되어 광원으로부터 생성된 레이저 빔을 광학적으로 처리하여 핸드피스에 외부로 조사시키는 광학수단을 포함한다.
그런데, 종래의 레이저 빔 핸드피스에서 사용되는 의료 목적으로 사용하기 위해 광원으로부터 제공된 레이저 빔을 편광 시키는 편광수단이 포함되어야 하며, 이로 인해 전반적으로 광학수단의 전체의 길이 또는 크기가 증가하는 문제점이 있을 뿐만 아니라 레이저 빔의 열에 의해 레이저 빔의 얼라인이 변경될 수 있는 문제점도 발생할 수 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1468422호; 의료용 레이저 핸드피스
본 발명의 목적은 컴팩트한 구조를 가지며 편광된 레이저 빔을 출력할 수 있는 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 치료 목적에 따라 파장 대역과 출력 에너지의 레이저 빔을 출력할 수 있는 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스도 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 펌핑 광을 조사하는 광원유닛과, 상기 광원유닛으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어 편광된 레이저 빔을 발생시키는 제 1광학유닛과, 상기 제 1광학유닛으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시키는 제 2광학유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치에 의해서 이루어진다.
여기서, 상기 제 2광학유닛은 상기 광원유닛과 상기 제 1광학유닛 사이에 배치되며, 상기 광원유닛으로부터 조사되는 펌핑 광의 초점은 상기 제 1광학유닛 내부에 형성될 수 있다.
상기 광원유닛으로부터 조사되는 펌핑 광은 상기 초점의 위치에 따라 상기 제 2광학유닛에서 부분적으로 흡수되고 상기 제 1광학유닛에 집속되는 것이 바람직하다.
상기 광원유닛으로부터 조사되는 펌핑 광은 상기 제 2광학유닛 대비 상대적으로 상기 제 1광학유닛에서 보다 많이 흡수될 수 있다.
상기 광원유닛으로부터 조사되는 제 1파장의 펌핑 광은 상기 제 1광학유닛 및 상기 제 2광학유닛에서 제 2파장의 레이저 빔으로 생성될 수 있다.
제 1파장의 펌핑 광이 입사되는 상기 제 2광학유닛의 입사면은 제 1파장의 펌핑 광에 대해 투과율이 높고, 제 2파장의 레이저 빔에 대해 반사율이 높은 것이 바람직하다.
또한, 상기 레이저 빔 장치는 상기 제 1광학유닛을 사이에 두고 상기 제 2광학유닛에 대해 대향 배치되어, 레이저 빔이 상기 레이저 빔 장치로부터 발진되도록 레이저 빔을 공진시키는 제 3광학유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔 장치는 상기 제 1광학유닛과 상기 제 3광학유닛 사이에 배치되어, 상기 제 2광학유닛과 상기 제 3광학유닛 사이에서 공진되는 레이저 빔의 펄스폭을 상대적으로 짧은 펄스폭으로 스위칭 시키는 제 4광학유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1광학유닛과 상기 제 4광학유닛은 무반사 코팅되는 것이 바람직하다.
상기 제 1광학유닛 및 상기 제 2광학유닛은 Nd:YV04 및 Nd:YAG를 각각 포함할 수 있다.
상기 제 4광학유닛은 큐스위칭 소자(Q-switcher)로 마련될 수 있다.
상기 제 1광학유닛과 상기 제2광학유닛에서 발생되는 레이저 빔의 파장 대역은 유사한 것이 바람직하다.
상기 제 1광학유닛은 상기 제 2광학유닛 대비 펌핑 광에 대해 흡수율이 높은 펌핑 광 흡수 특성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 제 1광학유닛은 상기 광원유닛과 상기 제 2광학유닛 사이에 배치되며, 상기 광원유닛으로부터 제공된 폄핑 광에 의해 펌핑되어 편광되고 증폭된 레이저 빔이 발진될 수 있다.
상기 제 1광학유닛은 상기 제 2광학유닛 대비 펌핑 광에 대해 흡수율이 높은 펌핑 광 흡수 특성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 제 1광학유닛과 상기 제 2광학유닛에서 발생되는 레이저 빔의 파장 대역은 유사할 수 있다.
상기 제 1광학유닛 및 상기 제 2광학유닛은 Nd:YV04 및 Nd:YAG를 각각 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 핸드피스와, 상기 핸드피스에 배치되어 상기 핸드피스의 외부로 편광된 레이저 빔을 출력시키는 전술한 구성 중 어느 하나의 레이저 빔 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 핸드피스에 의해서도 이루어진다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스의 효과들은 다음과 같다.
첫째, 컴팩트한 구조를 가지며 출력 에너지가 증폭되고 편광된 레이저 빔을 출력할 수 있으므로 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스의 크기 및 제작비용을 절감할 수 있다.
둘째, 추가적으로 제 4광학유닛을 배치하여 출력 에너지가 증폭되고 편광된 레이저 빔을 스위칭할 수 있으므로, 상대적으로 짧은 펄스폭을 갖는 레이저 빔을 출력함에 따라 제품의 사용성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 제 1실시 에에 따른 레이저 빔 핸드피스의 레이저 빔 공진에 대한 개략 구성도,
도 3은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 개략 구성도,
도 4는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 레이저 빔 공진에 대한 개략 구성도,
도 5는 본 발명의 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 개략 구성도이고,
도 6는 본 발명의 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 레이저 빔 공진에 대한 개략 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예들에 따른 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 레이저 빔 장치는 레이저 빔 핸드피스에 사용되는 것으로 기재되어 있으나, 레이저 빔 핸드피스 이외에도 다양한 장치 또는 시스템에도 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스는 동일한 구성 명칭에 대해서는 동일한 도면부호로 기재하였음을 미리 밝혀둔다.
더불어, 본 발명의 제 1실시 예에서의 제 2파장의 레이저 빔(L1)과 제 2실시 예에서의 제 2파장의 레이저 빔(L2)은 각각의 펄스폭이 상이함에 따라 상이한 도면부호로 기재하였음도 미리 밝혀둔다.
한편, 이하에서 본 발명의 제 3실시 예에서는 제 2파장의 레이저 빔(L1)이 발진되는 것으로 기재하였으나, 본 발명의 제 2실시 예의 제 4광학유닛을 추가하여 제 2파장의 레이저 빔(L2)가 발진될 수 있도록 구성될 수 있음도 미리 밝혀둔다.
<제 1실시 예>
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 개략 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시 에에 따른 레이저 빔 핸드피스의 레이저 빔 공진에 대한 개략 구성도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스(10)는 핸드피스(100) 및 레이저 빔 장치(300)를 포함한다. 핸드피스(100)는 레이저 빔 장치(300)를 수용하며, 시술자에 의해 파지된다. 핸드피스(100)는 레이저 빔의 조사 방향의 상류 측으로부터 하류 측으로 단면적이 축소되는 호퍼(hopper)와 같은 형상 또는 단면적이 일정한 통 형상과 같이 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
본 발명의 제 1실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스(10)의 레이저 빔 장치(300)는 광원유닛(310), 제 1광학유닛(320) 및 제 2광학유닛(330)을 포함한다. 또한, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 레이저 빔 장치(300)는 제 3광학유닛(350) 을 더 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 장치(300)는 펌핑 광을 조사하는 광원유닛(310), 광원유닛(310)으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어 편광된 레이저 빔을 발생시키는 제 1광학유닛(320) 및 제 1광학유닛(320)으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시키는 제 2광학유닛(330)으로 구성된다. 여기서, 본 발명의 제 1실시 예에서는 펌핑 광의 조사 방향에 따라 광원유닛(310), 제 2광학유닛(330) 및 제 1광학유닛(320)으로 배치되나, 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)의 배치 순서는 바뀔 수 있다. 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)의 배치 순서가 바뀔 때, 즉 광원유닛(310), 제 1광학유닛(320) 및 제 2광학유닛(330)의 순서로 배치가 이루어질 때는 후술할 광원유닛(310)의 렌즈부(314)는 생략 가능하다.
광원유닛(310)은 펌핑 광을 생성하여 핸드피스(100) 내부로 조사한다. 광원유닛(310)은 본 발명의 일 실시 예로서, 핸드피스(100)의 일측에 연결되는 광파이버 또는 레이저 다이오드 어레이(LD Array)로 마련된다. 물론, 광원유닛(310)은 광파이버 또는 레이저 다이오드 어레이 이외에도 펌핑 광을 생성하여 조사하는 다양한 종류의 광원이 사용될 수 있다.
광원유닛(310)은 광원부(312) 및 렌즈부(314)를 포함한다. 광원부(312)는 제 1파장의 펌핑 광(P)을 조사한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 광원부(312)로부터 조사되는 제 1파장의 펌핑 광(P)은 808nm의 파장을 갖는다. 또한, 광원부(312)로부터 조사되는 제 1파장의 펌핑 광(P)은 일 실시 예로서 마이크로-세컨드(ms)의 펄스폭을 갖는다. 여기서, 광원부(312)로부터 조사되는 제 1파장의 펌핑 광(P)의 파장과 펄스폭은 상기한 각각 808nm 및 마이크로-세컨드 단위에 한정되지 않고 선택적으로 변경될 수 있다.
렌즈부(314)는 광원부(312)로부터 제공된 펌핑 광을 제 1광학유닛(320)으로 집속하도록 마련된다. 렌즈부(314)는 볼록 렌즈의 형상으로 마련되어 광원부(310)로부터 제공된 펌핑 광의 초점을 제 1광학유닛(320) 내부에 형성시킨다. 물론, 렌즈부(314)의 형상은 블록 렌즈의 형상으로 한정되지 않고 광원부(312)로부터 제공된 펌핑 광의 초점을 제 1광학유닛(320) 내부에 형성시킬 수 있는 다양한 렌즈가 사용될 수 있다.
제 1광학유닛(320)은 광원유닛(310)으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어, 편광된 레이저 빔을 발생시킨다. 제 1광학유닛(320)은 일 실시 예로서, Nd:YV04를 포함한다. Nd:YV04로 사용되는 제 1광학유닛(320)은 펌핑 광에 대한 흡수율이 후술할 제 2광학유닛(330)인 Nd:YAG 보다 약 5배 좋은 펌핑 광 흡수 특성을 가지므로 전체적인 장치를 컴팩트 하게 구성할 수 있다. 그리고, 제 1광학유닛(320)은 제 2광학유닛(330) 대비 보다 넓은 파장 흡수 대역을 가진 장점이 있다. 특히, 제 1광학유닛(320)은 입사된 펌핑 광에 의해 펌핑되어 편광의 레이저 빔을 발생시키는 특징을 가진다. 실질적으로 제 1광학유닛(320)은 광원유닛(310)으로부터 제공된 제 1파장의 펌핑 광(P)에 의해 펌핑되어, 편광된 제 2파장의 레이저 빔(L1)을 발생시킨다.
이렇게 제 1광학유닛(320)은 입사된 펌핑 광에 의해 편광의 레이저 빔으로 발생시킴에 따라 본 발명의 레이저 빔 장치(300)는 편광자(polarizer)와 같은 편광수단 없이 편광된 레이저 빔을 출력시킬 수 있다. 여기서, 제 1광학유닛(320)은 제 2광학유닛(330)의 제 2입사면(333)과 제 3광학유닛(350)의 제 3입사면(353) 사이에서 레이저 빔이 공진될 수 있도록 무반사 코팅 처리된다.
제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시킨다. 상세하게 제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)에서 발생된 편광된 레이저 빔이 제 3광학유닛(350)에 의해 반사되어 제공될 때 편광된 레이저 빔의 출력 에너지를 증폭시킨다. 제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)으로부터 발생된 레이저 빔 대비 높은 출력 에너지의 레이저 빔을 발생시킨다. 제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)으로부터 제공된 편광된 레이저 빔의 출력 에너지를 증폭시키기 위해 Nd:YAG를 사용한다. 그러나, 제 2광학유닛(330)은 Nd:YAG 이외에도 유사한 광학특성을 갖는 광학 결정이 사용될 수 있다.
제 2광학유닛(330)은 제 2몸체(331), 제 2입사면(333) 및 제 2출력면(335)을 포함한다. 제 2입사면(333)은 광원유닛(310)으로부터 제공된 제 1파장의 펌핑 광(P)에 대해 투과율이 높고, 제 2파장의 레이저 빔(L1)에 대해 반사율이 높도록 마련된다. 즉, 제 2광학유닛(330)의 제 2입사면(333)과 후술할 제 3광학유닛(350)의 제 3입사면(353) 사이에서는 제 2파장의 레이저 빔(L1)이 공진되어 제 3광학유닛(350)을 통해 발진된다.
한편, 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)에서 발생되는 레이저 빔의 파장 대역은 유사하다. 즉, 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)에서 발생되는 레이저 빔은 제 2파장의 레이저 빔(L1)으로 생성되며, 일 실시 예로서 제 2파장의 레이저 빔(L1)은 1064nm의 파장 대역을 갖는다. 물론, 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)에서 발생되는 레이저 빔의 파장은 1064nm의 파장 대역 이외에도 다양한 파장 대역을 가질 수 있다.
광원유닛(310)으로부터 조사되는 펌핑 광의 초점은 제 1광학유닛(320) 내부에 형성된다. 즉, 광원유닛(310)의 광원부(312)로부터 조사되는 펌핑 광은 렌즈부(314)에 의해 제 1광학유닛(320) 내부에 형성된다. 광원부(314)로부터 조사되는 펌핑 광은 렌즈부(314)에 의한 초점의 위치에 따라 제 2광학유닛(330)에서 부분적으로 흡수되고 제 1광학유닛(320)에 집속된다. 광원유닛(310)으로부터 조사되는 펌핑 광은 제 2광학유닛(330) 대비 제 1광학유닛(320)에서 보다 많이 흡수된다. 즉, 제 1광학유닛(320)은 제 2광학유닛(330) 대비 펌핑 광에 대해 흡수율이 높은 펌핑 광 흡수 특성을 갖는다.
이렇게 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)의 펌핑 광 흡수 특성을 고려하면, 제 1광학유닛이 제 2광학유닛 보다 펌핑 광에 대해 높은 흡수율을 가지므로 제 2광학유닛(330)에서 흡수되지 못 한 펌핑 광이 제 1광학유닛(320)에 흡수되어 편광되고 출력 에너지가 증폭된 제 2파장의 레이저 빔(L1)의 발진이 이루어진다. 이때 상술한 바와 같이, 펌핑 광(P)의 초점이 제 1광학유닛(320) 내부가 되도록 하여 제 2광학유닛(330)에서 펌핑 광의 밀도가 낮도록 문턱 발진 값을 유지 또는 이보다 살짝 높은 정도의 발진이 이루어지도록 하는 밀도로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 조건이 되는 경우, 제 1광학유닛(320)에서 발생되는 편광된 제 2파장의 레이저 빔(L1)은 제 2광학유닛(330)이 증폭기 역할을 하게 되어 출력 에너지가 상대적으로 높은 편광된 제 2파장의 레이저 빔(L1)으로 출력된다.
다음으로 제 3광학유닛(350)은 제 1광학유닛(320)을 사이에 두고 제 2광학유닛(330)에 대해 대향 배치된다. 제 3광학유닛(350)은 제 2광학유닛(330)과의 사이에서 제 2파장의 레이저 빔(L1)을 공진시킨다. 제 3광학유닛(350)은 제 3몸체(351), 제 3입사면(353) 및 제 3출력면(355)을 포함한다.
제 3입사면(353)은 제 2파장의 레이저 빔(L1)에 대해 일부 반사가 되어 상술한 제 2광학유닛(330)의 제 2입사면(333)과의 사이에서 제 2파장의 레이저 빔(L1)을 공진 시킨다, 그리고, 제 3출력면(355)은 제 2파장의 레이저 빔(L1)에 대해서 무반사 코팅되어 있다.
이러한 구성에 의해 본 발명의 제 1실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스(10)의 작동 과정은 다음과 같다.
광원유닛(310)은 제 1파장의 펌핑 광(P)을 핸드피스(100) 내부로 조사한다. 광원부(312)로부터 제공된 제 1파장의 펌핑 광(P)은 렌즈부(314)에 의해 제 1파장의 펌핑 광(P) 초점이 제 1광학유닛(320) 내부에 형성된다. 그러면, 제 1파장의 펌핑 광(P)의 일부는 제 2광학유닛(330)에 펌핑 광으로 흡수되고 나머지 펌핑 광은 제 1광학유닛(320)에 흡수된다.
제 1광학유닛(320)은 광원유닛(310)으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어 편광된 레이저 빔을 발생시키고, 제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시킨다. 즉, 제 1광학유닛(320)으로부터 발생된 편광된 제 2파장의 레이저 빔(L1)은 제 2광학유닛(330)의 제 2입사면(333)과 제 3광학유닛(350)의 제 3입사면(353) 사이에서 공진되어 출력에너지가 증폭되어 제 3광학유닛(350)의 제 3출력면(355)으로 발진된다.
<제 2실시 예>
도 3은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 개략 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 레이저 빔 공진에 대한 개략 구성도이다.
본 발명의 제 2실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스(10)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 핸드피스(100) 및 레이저 빔 장치(300)를 포함한다. 그리고, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스(10)의 레이저 빔 장치(300)는 광원유닛(310), 제 1광학유닛(320), 제 2광학유닛(330), 제 3광학유닛(350) 및 제 4광학유닛(360)을 포함한다. 즉, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스(10)는 제 1실시 예 대비 제 4광학유닛(360)을 더 포함한다. 광원유닛(310), 제 1광학유닛(320), 제 2광학유닛(330) 및 제 3광학유닛(350)은 제 1실시 예와 동일하므로 이하에서 상세한 설명은 생략한다.
제 4광학유닛(360)은 제 1광학유닛(320)과 제 3광학유닛(350) 사이에 배치된다. 제 4광학유닛(360)은 제 2광학유닛(330)과 제 3광학유닛(350) 사이에서 공진되는 제 2파장의 레이저 빔(L1)의 펄스폭을 상대적으로 짧은 펄스폭을 갖도록 제 2파장의 레이저 빔(L1)을 제 2파장의 레이저 빔(L2)로 스위칭 시킨다. 본 발명의 일 실시 예로서, 제 4광학유닛(360)은 제 1실시 예에서 마이크로-세컨드의 펄스폭을 갖는 제 2파장의 레이저 빔(L1)이 수 피코-세컨드(ps) 내지 수백 나노-세컨드(ns)의 펄스폭을 갖는 제 2파장의 레이저 빔(L2)으로 스위칭 시킨다. 즉, 본 발명의 일 실시 예로서, 마이크로-세컨드 단위를 갖는 제 2파장의 레이저 빔(L1)은 제 4광학유닛(360)에 의해 피코-세컨드 내지 나노-세컨드 단위를 갖는 제 2파장의 레이저 빔(L2)이 된다.
제 4광학유닛(360)은 큐스위칭 소자(Q-switcher)로 마련되고, 일 실시 예로서 Cr:YAG를 포함한다. 제 4광학유닛(360)은 본 발명의 일 실시 예로서 Cr:YAG와 같은 Passive Q-switcher가 사용되는 것으로 기재되나, Cr:YAG 이외에도 Pockels cell과 같은 Active Q-switcher도 사용될 수 있다. 물론, Cr:YAG로 사용되는 제 4광학유닛(360)은 일 실시 예일 뿐 제 2파장의 레이저 빔(L1)을 상대적으로 짧은 펄스폭으로 스위칭 시키는 다양한 광학결정이 사용될 수 있다. 제 4광학유닛(360)은 제 1광학유닛(320)과 같이 제 2광학유닛(330)의 제 2입사면(333)과 제 4광학유닛(350)의 제 3입사면(353) 사이에서 레이저 빔이 공진될 수 있도록 무반사 코팅되어 있다.
이러한 구성에 의해 본 발명의 제 2실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스(10)의 작동과정은 다음과 같다.
광원유닛(310)은 제 1파장의 펌핑 광(P)을 핸드피스(100) 내부로 조사한다. 광원부(312)로부터 제공된 제 1파장의 펌핑 광(P)은 렌즈부(313)에 의해 제 1파장의 펌핑 광(P) 초점이 제 1광학유닛(320) 내부에 형성된다. 그러면, 제 1파장의 펌핑 광(P) 일부는 제 2광학유닛(330)에 펌핑 광으로 흡수되고 나머지 펌핑 광은 제 1광학유닛(320)에 흡수된다.
제 1광학유닛(320)은 광원유닛(310)으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어 편광된 레이저 빔을 발생시키고, 제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시킨다. 제 2파장의 레이저 빔(L1)은 제 4광학유닛(360)으로 제공되며, 제 4광학유닛(360)은 제 2파장의 레이저 빔(L1)의 펄스폭을 상대적으로 짧은 펄스폭을 갖는 제 2파장의 레이저 빔(L2)으로 스위칭 시킨다.
<제 3실시 예>
도 5는 본 발명의 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 개략 구성도이고, 도 6는 본 발명의 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스의 레이저 빔 공진에 대한 개략 구성도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스는 핸드피스(100) 및 레이저 빔 장치(300)를 포함한다. 본 발명의 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스(10)의 레이저 빔 장치(300)는 광원유닛(310), 제 1광학유닛(320) 및 제 2광학유닛(330)을 포함한다. 또한, 본 발명의 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 장치(300)는 제 3광학유닛(350) 을 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 장치(300)는 펌핑 광을 조사하는 광원유닛(310), 광원유닛(310)으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어 편광된 레이저 빔을 발생시키는 제 1광학유닛(320) 및 제 1광학유닛(320)으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시키는 제 2광학유닛(330)으로 구성된다. 여기서, 본 발명의 제 3실시 예에서는 펌핑 광의 조사 방향에 따라 광원유닛(310), 제 1광학유닛(320) 및 제 2광학유닛(330)으로 배치된다. 즉, 본 발명의 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 장치(300)는 본 발명의 제 1실시 예와 달리 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛의 위치가 바뀌어서 배치된다.
이러한 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)의 배치 위치에 따라 본 발명의 제 3실시 예의 광원유닛(310)은 본 발명의 제 1실시 예와 달리 제 1광학유닛 내부에 초점을 형성하는 광학 구조가 불필요하게 된다.
제 1광학유닛(320)은 광원유닛(310)으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어, 편광된 레이저 빔을 발생시킨다. 제 1광학유닛(320)은 일 실시 예로서, Nd:YV04를 포함한다. Nd:YV04로 사용되는 제 1광학유닛(320)은 펌핑 광에 대한 흡수율이 후술할 제 2광학유닛(330)인 Nd:YAG 보다 약 5배 좋은 펌핑 광 흡수 특성을 가지므로 전체적인 장치를 컴팩트 하게 구성할 수 있다. 그리고, 제 1광학유닛(320)은 제 2광학유닛(330) 대비 보다 넓은 파장 흡수 대역을 가진 장점이 있다. 특히, 제 1광학유닛(320)은 입사된 펌핑 광에 의해 펌핑되어 편광의 레이저 빔을 발생시키는 특징을 가진다. 실질적으로 제 1광학유닛(320)은 광원유닛(310)으로부터 제공된 제 1파장의 펌핑 광(P)에 의해 펌핑되어, 편광된 제 2파장의 레이저 빔(L1)을 발생시킨다.
이렇게 제 1광학유닛(320)은 입사된 펌핑 광에 의해 편광의 레이저 빔으로 발생시킴에 따라 본 발명의 레이저 빔 장치(300)는 편광자(polarizer)와 같은 편광수단 없이 편광된 레이저 빔을 출력시킬 수 있다. 여기서, 제 1광학유닛(320)은 제 1몸체(321), 제 1입사면(323) 및 제 1출력면(325)을 포함한다. 제 1입사면(323)은 광원유닛(310)으로부터 제공된 제 1파장의 펌핑 광(P)에 대해 투과율이 높고, 제 2파장의 레이저 빔(L1)에 대해 반사율이 높도록 마련된다. 즉, 제 1광학유닛(320)의 제 1입사면(323)과 후술할 제 3광학유닛(350)의 제 3입사면(353) 사이에서는 제 2파장의 레이저 빔(L1)이 공진되어 제 3광학유닛(350)을 통해 발진된다.
제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시킨다. 제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)으로부터 발생된 레이저 빔 대비 높은 출력 에너지의 레이저 빔을 발생시킨다. 제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)으로부터 제공된 편광된 레이저 빔의 출력 에너지를 증폭시키기 위해 Nd:YAG를 사용한다. 그러나, 제 2광학유닛(330)은 Nd:YAG 이외에도 유사한 광학특성을 갖는 광학 결정이 사용될 수 있다. 여기서, 제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)의 제 1입사면(323)과 제 3광학유닛(350)의 제 3입사면(353) 사이에서 레이저 빔이 공진될 수 있도록 무반사 코팅 처리된다.
한편, 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)에서 발생되는 레이저 빔의 파장 대역은 유사하다. 즉, 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)에서 발생되는 레이저 빔은 제 2파장의 레이저 빔(L1)으로 생성되며, 일 실시 예로서 제 2파장의 레이저 빔(L1)은 1064nm의 파장 대역을 갖는다. 물론, 제 1광학유닛(320)과 제 2광학유닛(330)에서 발생되는 레이저 빔의 파장은 1064nm의 파장 대역 이외에도 다양한 파장 대역을 가질 수 있다.
다음으로 제 3광학유닛(350)은 제 2광학유닛(330)을 사이에 두고 제 1광학유닛(320)에 대해 대향 배치된다. 제 3광학유닛(350)은 제 1광학유닛(320)과의 사이에서 제 2파장의 레이저 빔(L1)을 공진시킨다. 제 3광학유닛(350)은 제 3몸체(351), 제 3입사면(353) 및 제 3출력면(355)을 포함한다.
제 3입사면(353)은 제 2파장의 레이저 빔(L1)에 대해 일부 반사가 되어 상술한 제 1광학유닛(320)의 제 1입사면(323)과의 사이에서 제 2파장의 레이저 빔(L1)을 공진 시킨다, 그리고, 제 3출력면(355)은 제 2파장의 레이저 빔(L1)에 대해서 무반사 코팅되어 있다.
이러한 구성에 의해 본 발명의 제 3실시 예에 따른 레이저 빔 핸드피스(10)의 작동 과정은 다음과 같다.
광원유닛(310)은 제 1파장의 펌핑 광(P)을 핸드피스(100) 내부로 조사한다. 제 1광학유닛(320)은 광원유닛(310)으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어 편광된 레이저 빔을 발생시키고, 제 2광학유닛(330)은 제 1광학유닛(320)으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시킨다. 즉, 제 1광학유닛(320)으로부터 발생된 편광된 제 2파장의 레이저 빔(L1)은 제 1광학유닛(320)의 제 1입사면(323)과 제 3광학유닛(350)의 제 3입사면(353) 사이에서 공진됨에 따라 출력에너지가 증폭되어 제 3광학유닛(350)의 제 3출력면(355)으로 발진된다.
이에, 컴팩트한 구조를 가지며 출력 에너지가 증폭되고 편광된 레이저 빔을 출력할 수 있으므로 레이저 빔 장치 및 이를 갖는 레이저 빔 핸드피스의 크기 및 제작비용을 절감할 수 있다.
또한, 추가적으로 제 4광학유닛을 배치하여 출력 에너지가 증폭되고 편광된 레이저 빔의 펄스폭을 스위칭할 수 있으므로, 상대적으로 짧은 펄스폭을 갖는 레이저 빔을 출력함에 따라 제품의 사용성을 증대시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 레이저 빔 핸드피스 100: 핸드피스
300: 레이저 빔 장치 310: 광원유닛
320: 제 1광학유닛 333: 제 2입사면
330: 제 2광학유닛 350: 제 3광학유닛
353: 제 3입사면 360: 제 4광학유닛

Claims (18)

  1. 펌핑 광을 조사하는 광원유닛과;
    상기 광원유닛으로부터 제공된 펌핑 광에 의해 펌핑되어, 편광된 레이저 빔을 발생시키는 제 1광학유닛과;
    상기 제 1광학유닛으로부터 제공된 편광된 레이저 빔을 증폭시키는 제 2광학유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2광학유닛은 상기 광원유닛과 상기 제 1광학유닛 사이에 배치되며,
    상기 광원유닛으로부터 조사되는 펌핑 광의 초점은 상기 제 1광학유닛 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광원유닛으로부터 조사되는 펌핑 광은 상기 초점의 위치에 따라 상기 제 2광학유닛에서 부분적으로 흡수되고 상기 제 1광학유닛에 집속되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 광원유닛으로부터 조사되는 펌핑 광은 상기 제 2광학유닛 대비 상대적으로 상기 제 1광학유닛에서 보다 많이 흡수되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 광원유닛으로부터 조사되는 제 1파장의 펌핑 광은 상기 제 1광학유닛 및 상기 제 2광학유닛에서 제 2파장의 레이저 빔으로 생성되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    제 1파장의 펌핑 광이 입사되는 상기 제 2광학유닛의 입사면은 제 1파장의 펌핑 광에 대해 투과율이 높고, 제 2파장의 레이저 빔에 대해 반사율이 높은 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 레이저 빔 장치는,
    상기 제 1광학유닛을 사이에 두고 상기 제 2광학유닛에 대해 대향 배치되어, 레이저 빔이 상기 레이저 빔 장치로부터 발진되도록 레이저 빔을 공진시키는 제 3광학유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 레이저 빔 장치는,
    상기 제 1광학유닛과 상기 제 3광학유닛 사이에 배치되어, 상기 제 2광학유닛과 상기 제 3광학유닛 사이에서 공진되는 레이저 빔의 펄스폭을 상대적으로 짧은 펄스폭으로 스위칭 시키는 제 4광학유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1광학유닛과 상기 제 4광학유닛은 무반사 코팅되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1광학유닛 및 상기 제 2광학유닛은 Nd:YV04 및 Nd:YAG를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 4광학유닛은 큐스위칭 소자(Q-switcher)로 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1광학유닛과 상기 제2광학유닛에서 발생되는 레이저 빔의 파장 대역은 유사한 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1광학유닛은 상기 제 2광학유닛 대비 펌핑 광에 대해 흡수율이 높은 펌핑 광 흡수 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1광학유닛은 상기 광원유닛과 상기 제 2광학유닛 사이에 배치되며, 상기 광원유닛으로부터 제공된 폄핑 광에 의해 펌핑되어 편광되고 증폭된 레이저 빔이 발진되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1광학유닛은 상기 제 2광학유닛 대비 펌핑 광에 대해 흡수율이 높은 펌핑 광 흡수 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1광학유닛과 상기 제 2광학유닛에서 발생되는 레이저 빔의 파장 대역은 유사한 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1광학유닛 및 상기 제 2광학유닛은 Nd:YV04 및 Nd:YAG를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 장치.
  18. 핸드피스와;
    상기 핸드피스에 배치되어, 상기 핸드피스의 외부로 편광된 레이저 빔을 출력시키는 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항의 레이저 빔 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 핸드피스.
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