KR20180049507A - 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치 - Google Patents

레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180049507A
KR20180049507A KR1020160145509A KR20160145509A KR20180049507A KR 20180049507 A KR20180049507 A KR 20180049507A KR 1020160145509 A KR1020160145509 A KR 1020160145509A KR 20160145509 A KR20160145509 A KR 20160145509A KR 20180049507 A KR20180049507 A KR 20180049507A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gain medium
laser
pumping
transmission filter
seed
Prior art date
Application number
KR1020160145509A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102544955B1 (ko
Inventor
허두창
이병학
김광훈
엘레나 살
치조프 세르게이
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020160145509A priority Critical patent/KR102544955B1/ko
Publication of KR20180049507A publication Critical patent/KR20180049507A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102544955B1 publication Critical patent/KR102544955B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1301—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers
    • H01S3/1302—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers by all-optical means, e.g. gain-clamping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0405—Conductive cooling, e.g. by heat sinks or thermo-electric elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06712—Polarising fibre; Polariser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

본 출원은 원통면에서 광축을 따라 컷팅면을 갖는 이득매질; 일면이 상기 하부 하우징의 상부 전체 면과 접하고, 타면이 상기 이득매질의 컷팅면과 접하여 상기 이득매질의 열을 상기 하부 하우징으로 전달하는 박막형 히트 싱크; 상기 이득매질의 외면을 감싸 앉고 상기 하부 하우징 상부에 배치된 상부 하우징; 및 상기 이득매질의 외면과 상기 상부 하우징의 내측면 사이의 공간을 메우며, 상기 이득매질의 열을 상기 상부 하우징으로 전달하는 중간매질을 포함하는 레이저 이득매질 모듈을 제공한다.

Description

레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치 {LASER GAIN MODULE AND LASER APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치에 관한 것이다.
레이저 이득매질 모듈은 펌핑 빔에 의하여 여기되어 입사된 씨드 빔을 증폭시킬 수 있기 때문에 레이저나 광의 증폭에 많이 이용되고 있다.
레이저 이득매질 모듈은 내부에 단결정 광섬유 이득 매질이 원통형상으로 형성되어 있고, 단결정 내 높은 굴절율에 의해서 내부 전반사를 만족하는 경우에는 이득매질 광섬유를 따라서 펌핑광원이 전달되기 때문에 좁은 영역에 높은 펌핑광 밀도를 가지고 있어서 증폭하고자하는 펄스 레이저를 1 회 통과하더라도 높은 광출력을 얻을 수 있는 장점이 있다.
그러나 이러한 단결정 광섬유 이득매질은 좁은 영역에 높은 펌핌광을 흡수하게 됨으로써 높은 열이 발생하게 된다. 이러한 열은 단결정 광섬유 이득매질 내에 써멀 렌즈(thermal lens)를 형성하거나 혹은 단결정 광섬유 이득매질의 부피를 증가시켜 결정의 신뢰성을 떨어뜨리는 역할을 하게 된다.
또한, 단결정 광섬유 이득매질이 원통 모양으로 되어 있어, 열 방출을 위한 히트 싱크는 원통의 곡면을 따라 접촉해야 함으로 히트싱크의 방열구조가 용이하지 않다. 특허, 솔더(solder)의 리플로우(reflow)때 마다 단결정 광섬유 이득매질의 광축(optical axis)이 히트싱크의 기구면과 일치하지 않고, 단결정 광섬유 이득매질을 포함하고 있는 히트싱크 기구의 축을 중심으로 광학 정렬을 하더라도 단결정 광섬유 이득매질의 광축(optical axis)과 일치하지 않아 광정렬이 어려울 뿐만 아니라, 펄스 레이저 빔의 출력이 원하지 않는 방향으로 나오게 되어 광학 시스템의 구성에 어려움이 있다.
또한, 단결정 광섬유 이득매질과 히트싱크간에 솔더링을 위해 히트 싱크의 면을 따라 폴리싱 가공을 하는데, 이때 광축과 기구축이 일치하지 않아 광학적 특성이 달라지는 문제점이 있다.
미국 등록특허: US 8,929,413 (등록일: 2015.01.06)
본 발명의 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치는 펌핑광원에 의해서 광섬유 이득매질로부터 발생하는 열을 효과적으로 방열하고, 이득매질의 얼라인먼트 특성을 향상시키기 위한 것이다.
본 출원의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 원통면에서 광축을 따라 컷팅면을 갖는 이득매질; 일면이 상기 하부 하우징의 상부 전체 면과 접하고, 타면이 상기 이득매질의 컷팅면과 접하여 상기 이득매질의 열을 상기 하부 하우징으로 전달하는 박막형 히트 싱크; 상기 이득매질의 외면을 감싸 앉고 상기 하부 하우징 상부에 배치된 상부 하우징; 및 상기 이득매질의 외면과 상기 상부 하우징의 내측면 사이의 공간을 메우며, 상기 이득매질의 열을 상기 상부 하우징으로 전달하는 중간매질을 포함하는 레이저 이득매질 모듈을 제공한다.
상기 박막형 히트 싱크는 다이아몬드 및 그라파이트 중 적어도 어느 하나에 코팅된 솔더링 층을 포함할 수 있다.
상기 이득매질의 컷팅면은 상기 이득매질의 광축과 평행하게 위치할 수 있다.
상기 이득매질과 상기 박막형 히트싱크는 상기 중간매질과 같은 재질에 의해 솔더링 될 수 있다.
상기 중간매질의 녹는 점은 상기 상, 하부 하우징, 상기 이득매질 및 상기 박막형 히트싱크의 녹는 점보다 낮을 수 있다.
상기 중간매질은 In, Ga, Ge, Ti, Cu, Si, Sn, Au, Ag, Zn 으로부터 구성된 군에서 선택되어 이루어질 수 있다.
상기 상부 및 하부 하우징에 냉각매질이 흐르는 냉각유로가 형성될 수 있다.
상기 상부 및 하부 하우징의 외측면에 냉각핀이 구비될 수 있다.
상기 솔더링 층은 AuSn을 포함할 수 있다.
상기 이득매질의 광축이 미리 설정된 각도를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 씨드 빔(seed beam)을 생성하는 씨드 빔 생성부; 펌핑 빔(pumping beam)을 생성하는 펌핑 빔 생성부; 상기 펌핑 빔의 입사에 따라 여기되어 상기 씨드 빔을 증폭하여 레이저 빔을 생성하는, 본 발명의 일측면에 따른 증폭 장치; 및 상기 레이저 빔을 외부로 출력하는 상기 빔 추출부를 포함하는 레이저 장치가 제공된다.
상기 빔 추출부는, 상기 펌핑 빔을 반사시켜 상기 증폭 장치의 일측에 입사시키고 상기 레이저 빔을 투과시키는 제1 투과 필터와, 상기 씨드 빔을 반사시켜 상기 증폭 장치의 타측에 입사시키는 제2 투과 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 장치는 상기 제2 투과 필터를 투과한 상기 펌핑 빔을 흡수하는 펌핑 빔 덤퍼(pumpjng beam dumper)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 씨드 빔을 생성하는 씨드 빔 생성부; 펌핑 빔(pumping beam)을 생성하는 펌핑 빔 생성부; 상기 펌핑 빔의 입사에 따라 여기되어 상기 씨드 빔을 증폭하여 레이저 빔을 생성하는, 본 발명의 일측면에 따른 증폭 장치; 상기 레이저 빔을 상기 증폭 장치로 다시 입사시키는 경로 형성 광학부; 상기 경로 형성 광학부에 의하여 다시 입사되어 상기 증폭 장치에 의하여 증폭된 재증폭 레이저 빔을 외부로 출력하는 상기 빔 추출부를 포함하는 레이저 장치가 제공된다.
상기 빔 추출부는, 상기 펌핑 빔을 반사시켜 상기 증폭 장치의 일측에 입사시키고 상기 레이저 빔을 제1 방향으로 투과시킨 후 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 투과시키는 제1 투과 필터와, 상기 씨드 빔을 반사시켜 상기 증폭 장치의 타측에 입사시키고, 상기 재증폭 레이저 빔을 투과시키는 제2 투과 필터를 포함할 수 있다.
상기 경로 형성 광학부는 상기 레이저 빔이 상기 제1 방향으로 입사된 후 반사되어 상기 제2 방향으로 진행하는 과정에서 상기 레이저 빔의 편광을 90도 회전시키는 편광변화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따른 레이저 장치는, 상기 제2 투과 필터를 투과한 상기 펌핑 빔을 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사시키고, 상기 재증폭 레이저 빔은 투과시키는 제3 투과 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 이득매질의 종방향과 수직인 상기 이득매질의 일측면과 상기 평면 영역이 만나는 모서리가 형성되고, 상기 이득매질의 종방향 외측면과 상기 평면 영역이 만나는 경계 라인이 형성될 수 있다.
상기 경계 라인의 길이는 상기 이득매질의 길이와 같을 수 있다.
상기 경계 라인의 길이는 상기 이득매질의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 중간매질의 녹는 점은 상기 하우징 및 상기 이득매질의 녹는 점보다 낮을 수 있다.
상기 중간매질은 In, Ga, Ge, Ti, Cu, Si, Sn, Au, Ag, Zn으로부터 구성된 군에서 선택되어 이루어질 수 있다.
상기 하우징에 냉각매질이 흐르는 냉각유로가 형성될 수 있다.
상기 하우징의 외측면에 냉각핀이 구비될 수 있다.
상기 하우징의 내측면에 형성된 홈 또는 홀에 상기 중간매질이 메워질 수 있다.
상기 이득매질의 광학축과, 상기 모서리 또는 상기 경계 라인이 미리 설정된 각도를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 씨드 빔(seed beam)을 생성하는 씨드 빔 생성부; 펌핑 빔(pumping beam)을 생성하는 펌핑 빔 생성부; 상기 펌핑 빔의 입사에 따라 여기되어 상기 씨드 빔을 증폭하여 레이저 빔을 생성하는 레이저 이득매질 모듈; 및 상기 레이저 빔을 외부로 출력하는 상기 빔 추출부를 포함하는 레이저 장치가 제공된다.
상기 빔 추출부는, 상기 펌핑 빔을 반사시켜 상기 레이저 이득매질 모듈의 일측에 입사시키고 상기 레이저 빔을 투과시키는 제1 투과 필터와, 상기 씨드 빔을 반사시켜 상기 레이저 이득매질 모듈의 타측에 입사시키는 제2 투과 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 장치는 상기 제2 투과 필터를 투과한 상기 펌핑 빔을 흡수하는 펌핑 빔 덤퍼(pumpjng beam dumper)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 씨드 빔을 생성하는 씨드 빔 생성부; 펌핑 빔(pumping beam)을 생성하는 펌핑 빔 생성부; 상기 펌핑 빔의 입사에 따라 여기되어 상기 씨드 빔을 증폭하여 레이저 빔을 생성하는 레이저 이득매질 모듈; 상기 레이저 빔을 상기 레이저 이득매질 모듈로 다시 입사시키는 경로 형성 광학부; 상기 경로 형성 광학부에 의하여 다시 입사되어 상기 레이저 이득매질 모듈에 의하여 증폭된 재증폭 레이저 빔을 외부로 출력하는 상기 빔 추출부를 포함하는 레이저 장치가 제공된다.
상기 빔 추출부는, 상기 펌핑 빔을 반사시켜 상기 레이저 이득매질 모듈의 일측에 입사시키고 상기 레이저 빔을 제1 방향으로 투과시킨 후 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 투과시키는 제1 투과 필터와, 상기 씨드 빔을 반사시켜 상기 증폭 장치의 타측에 입사시키고, 상기 재증폭 레이저 빔을 투과시키는 제2 투과 필터를 포함할 수 있다.
상기 경로 형성 광학부는 상기 레이저 빔이 상기 제1 방향으로 입사된 후 반사되어 상기 제2 방향으로 진행하는 과정에서 상기 레이저 빔의 편광을 90도 회전시키는 편광변환부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따른 레이저 장치는, 상기 제2 투과 필터를 투과한 상기 펌핑 빔을 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사시키고, 상기 재증폭 레이저 빔은 투과시키는 제3 투과 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치는 이득매질의 컷팅면과 박막의 히트싱크 면이 접함으로써 효율적인 방열을 가져올 수 있다.
또한, 이득 매질과 히트싱크 간의 구조적인 접촉 및 고정에 의해 이득매질의 얼라인먼트 특성을 향상 시킬 수 있다.
본 출원의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 히트싱크와 이득매질간의 결합구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈을 나타낸 도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈의 제조공정을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 종래 실린더 형상의 이득매질을 포함하는 레이저 이득매질 모듈과 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈의 열분포를 비교한 도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 레이저 장치를 나타낸다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 레이저 장치의 변형예를 나타낸다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 히트싱크와 이득매질간의 결합구조를 나타낸 도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이득매질(130)은 지름이 대략 1mm인 원통형 기둥 형상으로 광축(OA; Optical Axis)을 따라 컷팅된 면(CS: Cutting Surface)을 갖고, 시드빔(Seed beam)을 증폭한다. 이득매질(130)의 컷팅 부위는 대략 원통의 중심에서 0.3mm ~ 0.4mm가 될 수 있지만, 이득매질(130)의 종류나 히트싱크(150)와의 물리적인 결합 혹은 기구적인 결합 구조 등에 따라 달라질 수 있다.
이득매질(130)의 컷팅 면(CS)은 히트싱크(150)와의 면 접촉을 위한 형태면 어느 것이든 가능하다. 예를 들어, 이득매질의 컷팅면이 이득매질(130)의 광축을 기준으로 할 때, 기울기를 갖는 것과 같이, 이득매질(130)의 광축에서 이득매질(130)의 컷팅 면에 이르는 거리가 증가하거나 감소할 수 있다.
다만, 이득매질(130)의 열적 제어 및 광축 정렬 특성을 보다 안정하게 하기 위해 이득매질(130)의 컷팅면은 이득매질(130)의 광축과 평행한 위치에 놓이도록 형성될 수 있다. 즉, 이득매질(130)의 컷팅면은 이득매질(130)의 광축을 기준으로 모든 위치에서 동일한 거리를 갖도록 형성될 수 있다.
이득매질(130)은 란탄족 이온이 첨가된 비 정질매질 또는 결정질 매질일 수 있다. 이득매질(130)은 비정질 매질 또는 결정질 매질을 포함할 수 있고, 결정 매질을 사용하는 경우에는 등방성 결정 (isotropic crystal)또는 비등방성 결정 (anisotropic crystal)을 포함할 수 있다. 비등방성 결정을 사용하는 경우에는 단축 결정(uniaxial crystal) 또는 이축 결정 (biaxial crystal)을 포함할 수 있다.
단축 결정을 이득매질(130)로 사용할 경우에는 결정의 광학축과 펌핑 빔의 진행방향 또는 편광 특성, 그리고 파장에 따라서 흡수 단면적(absorption cross-section)이 다를 수 있다.
이축 결정을 이득매질(130)로 사용할 경우에도 결정의 광학축과 펌핑 빔의 진행 방향 또는 편광 특성, 그리고 파장에 따라서 흡수 단면적(absorption cross-section)이 다를 수 있으며, 씨드 빔의 진행 방향 또는 편광 특성, 그리고 파장과 방사 단면적(emission cross-section)에 따라서 증폭 신호의 특성이 결정될 수 있다.
히트싱크(150)는 박막형으로 일면이 이득매질(130)의 컷팅면(CS)과 접하여 배치된다. 히트싱크와 이득매질 간의 솔더링은 후술할 중간매질과 동일하거나 유사한 매질을 이용할 수 있다.
히트싱크(150)는 복수의 층이나 단일층으로 이루어질 수 있고, 열전도도가 높은 다이아몬드(Diamond) 혹은 그라파이트(Graphite) 중 적어도 하나의 박막을 포함할 수 있다. 이러한 히트 싱크(150)는 높은 광출력 펌핑을 통해 발생하는 이득매질(130) 내의 열을 일차적으로 다이아몬드 혹은 그라파이트 층에서 열이 분산되고, 이차적으로 히트싱크를 구성하는 전체 층을 통해 열 방출을 할 수 있어 보다 효과적인 열적 제어가 가능해 진다.
또한, 이득매질(130)이 단결정일 경우, 열전도도가 결정 방향에 따라 달라지는데, 히트싱크(150)와 이득매질(130)간의 컷팅 면 접촉에 따른 이득매질의 결정 방향이 명확해져 이에 따른 열적 제어뿐만 아니라 광축 정렬이 용이해질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈을 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈은 상부 하우징(110a), 하부 하우징(110b), 이득매질(130), 히트 싱크(150), 중간 매질(170)을 포함한다.
하부 하우징(110b)은 이득매질(130)로부터 발생한 열을 원활히 방출될 수 있는 열전도도가 높은 재질 예를 들어, 무산소 구리(Cu)와 같은 재질로 이루어질 수 있다.
히트 싱크(150)는 박막 레이어 형상으로, 일면이 하부 하우징(110b)의 상부 면에 접하고, 타면은 이득매질(130)과 접하여 이득매질(130)에서 발생한 열을 하부 하우징(110b)으로 원활히 전달한다.
이득 매질(130)은 상부 및 하부 하우징(110a, 110b) 내부에 구비되어 펌핑 빔에 의하여 여기되어 씨드 빔(seed beam)을 증폭한다. 이득매질(130)은 앞서 설명한 바와 같이, 이득매질(130)의 원통면에서 광축을 따라 컷팅면을 갖고, 이득매질(130)의 컷팅면은 히트싱크(150)의 일면과 솔더링에 의해 접한다.
상부 하우징(110a)은 하부 하우징(110b)과 마찬가지로 이득매질(130)로부터 발생한 열을 원활히 방출될 수 있는 열전도도가 높은 재질 예를 들어, 무산소 구리(Cu)와 같은 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 내측에 이득매질(130)을 수용할 수 있는 수용공간(S)이 이득매질(130)의 형상과 대응되게 형성된다. 중간매질(170)은 히트싱크(150)와 접촉한 컷팅면 부분을 제외한 이득매질(130)의 외면과 상부 하우징(110a)의 수용공간 내측면 사이의 공간을 메워 고정하고, 이득매질(130)에서 발생한 열을 상부 하우징(110a) 및 히트 싱크(150)로 전달한다.
이 때 중간매질(170)의 녹는 점은 상, 하부 하우징(110a, 110b),이득매질(130) 및 히트싱크(150)의 녹는 점보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 중간매질(170)은 인듐을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 중간매질(170)은 In, Ga, Ge, Ti, Cu, Si, Sn, Au, Ag, Zn으로부터 구성된 군에서 선택되어 이루어질 수 있다. 인듐의 경우 녹는 점이 낮아서 낮은 열로 제작이 용이하고 낮은 가격에 비하여 열전도율이 높다.
중간매질(170)이 2 개 이상의 물질로 이루어질 경우, 구성 물질의 조성비는 레이저 이득매질 모듈의 다양한 설계 조건에 따라 달라질 수 있다.
이와 같은 중간매질(170)은 단일 혹은 복합 재질로 구성될 수 있으며 단층 혹은 복합층으로 구성될 수 있다. 이 때 중간매질(170)은 이득매질(130)의 광축방향으로 2개 이상의 층으로 이루어진 복합층으로 구성될 수도 있고, 이득매질(130)의 광축과 수직한 방향으로 2개 이상으로 이루어진 복합층으로 구성될 수도 있다. 또한 복합층을 구성하는 각각의 층은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예와 다르게 레이저 이득매질 모듈이 중간매질(170)을 포함하지 않을 경우, 이득매질(130)과 상, 하부 하우징(110a, 110b) 사이에 갭(gap)이 존재하게 되며, 이와 같은 갭은 이득매질(130)로부터 상, 하부 하우징(110a, 110b)으로 열이 전달되는 것을 방해할 수 있다.
중간매질(170)은 이득매질(130)과 상, 하부 하우징(110a, 110b) 사이의 갭을 메움으로써 이득매질(130)의 열이 상, 하부 하우징(110a, 110b)으로 원활하게 전달할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈의 제조공정을 설명하기 위한 도이다.
도시된 바와 같이, 레이저 이득매질 모듈 제조공정은 하부 하우징, 히트싱크 및 이득매질이 서로 패키징되는 전공정과 패키징 공정 후의 결과물을 상부 하우징이 패키징하는 후공정으로 구성될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 상면이 니켈(Ni) 코팅된 하부 하우징(110b)의 상면에 솔더링 재질인 AuSn층(10)을 증착하여 하부 하우징(110b)을 구비한다. 하부 하우징(110b)은 무산소 구리(Cu)의 재질을 사용할 수 있고, 이때, 증착은 E-beam 증착기 혹은 Thermal 증착기를 이용하여 진행될 수 있다. 솔더링 재질은 AuSn 이외에 하우징과 히트싱크간에 솔더링이 잘 될 수 있는 재질이면 어느 것이든 가능하다.
동시 혹은 후에 Ti, Pt, AuSn 순으로 형성된 층(21)이 양면에 코팅되어 히트싱크 필름(20)이 구비된다. 히트싱크 필름(20)은 다이아몬드 필름(Diamond Film)이나 그라파이트 필름(Graphite Film)이 사용될 수 있다. 이러한 히트싱크 필름(20)은 다이몬드 혹은 그라파이트 뿐만 아니라 열전도도가 높은 재질이면 어느 것이든 이용가능하고, 이로 인해 이득매질의 열을 효율적으로 분산시킬 수 있다.
이후, 도 3b와 같이 구비된 AuSn층(10)이 결합된 하부 하우징(110b)과 Ti, Pt, AuSn 순으로 형성된 층(21)이 결합된 히트싱크 필름(20)을 적층하여 솔더링 하고, 원통 형상에 컷팅면을 갖는 이득매질(130)의 컷팅면(CS)에 Ti, Pt, Au 순으로 이루어진 층(30)을 증착하여 이득매질을 구비한다. 이후, 도 3c와 같이, 하부 하우징(110b)에 솔더링된 히트싱크 필름(20)과 구비된 이득매질(130)과 솔더링한다. 이에 따라 레이저 이득매질 모듈의 전공정이 완료된다.
이후, 도 3d와 같이, 중간매질 및 이득매질이 배치될 수 있는 수용홈(S)이 구비된 상부 하우징(110a)을 구비하고, 전 공정에서 완료된 히트 싱크 필름이 솔더링된 이득매질(130)과 상부 하우징(110a)을 결합한다. 이때, 이득 매질(130)은 상부 하우징(110a)의 수용홈(S)의 중앙에 위치되도록 배치됨이 바람직하다.
마직막으로, 도 3e와 같이, 상부 하우징(110a)의 수용홈(S)에 파우더를 채운 후, 상부 하우징(110a), 이득매질(130) 및 히트싱크 필름(20) 간에 솔더링 될 수 있도록 파우더에 열을 가하여 용융시켜 냉각 시킨다. 이때, 파우더가 용융되는 과정에서 상, 하부 하우징(110a, 110b), 이득매질(130) 및 히트싱크 필름(20)의 용융됨을 방지하기 위하여 파우더(중간매질)의 녹는점은 상, 하부 하우징(110a, 110b), 이득매질(130) 및 히트싱크 필름(20)의 녹는점보다 낮음이 바람직하다. 이에 따라 레이저 이득매질 모듈이 형성되게 된다.
본 발명의 실시예에 다르게 이득매질(130)이 평면 영역이 없는 곡면으로만 이루어진 실린더 형상을 지닐 경우, 하우징 내의 수용홈에 이득매질 배치시 얼라인먼트 특성이 좋지 않아 광 정렬특성에 나쁜 영향을 주게 된다.
이에 반해, 본 발명의 실시예와 같이, 이득매질(130)이 히트싱크(150)와의 컷팅면 접촉에 따라 이득매질의 얼라인먼트 특성이 향상되고, 이에 따른 광 증폭시 광 정렬 특성 역시 향상될 수 있다.
도 4는 종래 실린더 형상의 이득매질을 포함하는 레이저 이득매질 모듈과 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈의 열분포를 비교한 도이다.
도 4에서, 이득매질 모듈은 다음 표 1과 같은 동일 조건하에 이득매질의 광축에 수직한 방향(Y position)을 기준으로 하여 비교하였다.
Material Thermal conductivity[W/Mk] Density
[Kg/m3]		 Heat capacity
[J/kg·K]
솔더(AuSn) 57 14.7x103 170
히트싱크(Diamond) 2000 3.5x103 630
중간매질(Indium) 86 7.3x103 233
상, 하부 하우징(Copper) 400 8.3x103 390
이득매질(Yb:YAG) 11.2 4.56x103 590
상기 표 1의 조건하에 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈(Diamond)에서 이득매질(Yb:YAG) 결정의 최고 온도가 경계조건 0도 대비 종래 이득매질 모듈(Conventional)에서의 22 캘빈 온도(K)보다 낮은 20도로 향상됨을 알수 있다.
즉, 컷팅면을 갖는 이득매질과 다이아몬드 히트 싱크간의 컷팅면 접촉에 따른 정렬로 종래보다 효과적으로 열방출이 일어남을 확인할 수 있다.
한편, 이득매질(130)에 펌핑 빔과 씨드 빔이 입사되어 증폭된 레이저 빔이 출력되며 이 과정에서 열이 발생한다. 이와 같은 열을 제거하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 상, 하부 하우징(110a, 110b) 내부에 냉각 유로(117)가 형성될 수도 있다. 냉각 유로(117)를 통하여 물과 같은 냉각매질이 흐를 수 있다.
도 2에는 도시되어 있지 않으나 냉각 매질과 냉각 유로(117) 없이 상, 하부 하우징(110a, 110b)의 외측면에 구비된 냉각핀을 통하여 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 물론 상, 후부 하우징(110a, 110b)에 냉각유로(117)와 냉각핀이 동시에 구비되어 보다 효과적으로 열을 레이저 이득매질 모듈의 외부로 방출시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈에서 펌핑 빔과 씨드 빔의 광학적 특성을 이용하여 증폭된 빔의 특성을 조절할 수 있다.
예를 들어 Yb:KGW 이득매질(130)의 경우, Nm, Np, Ng의 광학축(optical axes)를 가지고 파장이 1015 ~ 1050nm 영역에서 펌핑 빔 및 씨드 빔의 편광 방향이 이득매질(130)의 Nm 광학축과 평행할 때 흡수 단면적 및 방사 단면적이 가장 크다. 다음으로 Np 광학축과 평행할 때 크며, 마지막으로 Ng 광학축과 평행할 때 Nm 광학축과 비교하여 10배정도 작은 흡수 및 방사 단면적을 갖는다.
본 발명의 실시예와 다르면 이득매질(130)의 측면이 곡면으로만 이루어진 회전 대칭형 이득매질(130)의 경우, 이득매질 모듈 제작시 작업자나 작업장치는 광학축을 인식하기 어렵기 때문에 이득매질 모듈 제작 후 추가적인 광학축 확인 작업이 필요하거나 광학축을 맞추기 위한 별도의 설비가 필요할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이득매질(130)은 앞서 설명된 바와 같은 평면 영역을 지니므로 이득매질(130)의 광학축이 미리 설정된 각도를 형성하도록 이득매질(130)이 위치될 수 있다. 이에 따라 광학축의 미리 설정된 각도만큼 이득매질(130)을 위치시킴으로써 용이하게 펌핑 빔과 씨드 빔의 광학적 특성을 이용하여 증폭된 빔의 특성을 조절할 수 있다.
한편, 굴절률이 다른 매질의 경계면에서의 반사율은 입사파의 입사각과 편광 특성에 의해 영향을 받는다. 입사각이 클수록 반사율은 높아지며 입사파의 진행방향으로 경계면의 평행한 선편광 성분을 가지는 입사파가 다른 편광 성분에 비해 입사각에 무관하게 더 높은 반사율을 가진다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 이득매질 모듈과 같이 평면 영역을 가지는 이득매질(130)의 경우, 이득매질(130) 내부에서 펌핑 빔의 반사가 이루어질 때, 컷팅면 또는 컷팅면과 곡면영역이 만나는 경계라인에서 입사각이 바뀌며 부분적으로 반사율이 변할 수 있다. 이에 따라 펌핑 빔의 편광 방향을 컷팅면 또는 경계라인을 기준으로 조절함으로써 펌핑 빔의 흡수율을 조절할 수 있다.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 장치에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 장치를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 장치는 씨드 빔 생성부(710), 펌핑 빔 생성부(720), 이득매질 모듈(730) 및 빔 추출부(740)를 포함한다.
씨드 빔 생성부(710)는 씨드 빔(seed beam)을 생성한다.씨드 빔 생성부(710)는 씨드 레이저 빔을 생성할 수 있는어떠한 레이저 생성장치여도 가능하다. 예를 들어, 씨드 빔 생성부(710)는 연속파(continuous wave)나, 나노초(nano second) 또는 펨토초 펄스 레이저(femto second pulse laser)와 같은 펄스 레이저를 출력하는 고체 레이저 장치나 광섬유 레이저 장치일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
펌핑 빔 생성부(720)는 펌핑 빔(pumping beam)을 생성한다. 펌핑 빔 생성부(720)는 씨드 빔의 증폭을 위한 에너지를 제공하기 위한 것으로 다양한 광원에 의하여 펌핑 빔이 생성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이득매질 모듈(730)은 펌핑 빔의 입사에 따라 여기되어 씨드 빔을 증폭하여 레이저 빔을 생성한다. 이득매질 모듈(730)에 대해서는 앞서 상세히 설명하였으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
빔 추출부(740)는 레이저 빔을 외부로 출력한다. 이 때, 빔 추출부(740)는 제1 투과 필터(741)와 제2 투과 필터(743)를 포함할 수 있다. 제1 투과 필터(741)는 펌핑 빔을 반사시켜 이득매질 모듈(730)의 일측에 입사시키고 레이저 빔을 투과시킬 수 있다. 제2 투과 필터(743)는 씨드 빔을 반사시켜 이득매질 모듈(730)의 타측에 입사시킬 수 있다.
펌핑 빔 생성부(720)가 출력한 펌핑 빔은 콜리메이팅 렌즈(721)(collimating lens)에 의하여 평행광으로 변환된 후 초점렌즈(FL)에 의하여 집속될 수 있다. 콜리메이팅 렌즈(721)와 초점렌즈(FL)는 펌핑 빔이 가이딩 이득매질(130) 내부로 입사하는 개구수를 낮춤으로써 이득매질(130) 계면에서 펌핑 빔의 반사율이 높아져 이득매질(130) 내부에서의 광 흡수량을 높일 수 있다.
제1 투과 필터(741)는 특정 파장 대역의 빛만을 투과시키는 장파장 투과 필터일 수 있다.
이득매질 모듈(730)에 의하여 증폭된 레이저 빔의 파장이 펌핑 빔의 파장에 비하여 크므로 제1 투과 필터(741)는 증폭된 레이저 빔은 투과시키고 집속된 펌핑 빔을 이득매질 모듈(730)의 일측을 향하여 반사시킬 수 있다.
씨드 빔 생성부(710)로부터 출력된 씨드 빔은 초점렌즈(FL)에 의하여 이득매질 내부에 집속되며 미러(mirror)(MR)에 의하여 반사됨으로써 제2 투과 필터(743)로 진행할 수 있다. 제2 투과 필터(743)는 특정 파장 대역의 빛만을 투과시키는 단파장 투과 필터일 수 있다.
씨드 빔의 파장이 펌핑 빔의 파장에 비하여 크므로 제2 투과 필터(743)는 씨드 빔은 이득매질 모듈(730)의 타측을 향하여 반사시키고, 여기에 사용되지 않은 펌핑 빔의 일부는 투과시킬 수 있다.
이와 같은 제1 투과 필터(741) 및 제2 투과 필터(743)에 따라 씨드 빔 및 펌핑 빔에 의하여 이득매질 모듈(730)로부터 출력된 레이저 빔이 제1 투과 필터(741)를 투과하여 출력될 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 장치는 제2 투과 필터(743)를 투과한 펌핑 빔을 흡수하는 펌핑 빔 덤퍼(pumpjng beam dumper)(PBD)를 더 포함할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 씨드 빔의 증폭에 사용되지 않은 펌핑 빔의 일부가 제2 투과 필터(743)를 통과할 수 있는데, 이와 같은 펌핑 빔의 일부는 레이저 장치를 보호하는 바디 케이스(미도시)에 흡수되어 바디 케이스의 온도를 높일 수 있다. 이에 따라 레이저 장치를 조작하는 운전자의 화상이나 레이저 장치의 고장 또는 화재 등을 유발할 수 있다.
펌핑 빔 덤퍼(PBD)는 제2 투과 필터(743)를 통과한 펌핑 빔의 일부를 흡수함으로써 이와 같은 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 장치는 씨드 빔이 이득매질 모듈(730)를 1회 통과하는 단일 패스 방식으로 단일 패스 방식의 경우 증폭 이득이 낮으며 이득매질(130)에 의해 빔 모양이 타원형으로 왜곡현상이 발생할 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 장치는 씨드 빔이 이득매질 모듈(730)를 2회 통과하는 더블 패스 방식이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 장치는 씨드 빔 생성부(710), 펌핑 빔 생성부(720), 이득매질 모듈(730), 경로 형성 광학부(850) 및 빔 추출부(840)를 포함할 수 있다.
이득매질 모듈(730)는 앞서 도 1 내지 도 6을 통하여 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다. 씨드 빔 생성부(710) 및 펌핑 빔 생성부(720)에 대해서는 앞서 도 7을 통하여 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
펌핑 빔이 통과하는 콜리메이팅 렌즈(721) 및 초점렌즈(FL) 역시 앞서 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
경로 형성 광학부(850)는 이득매질 모듈(730)를 통과한 레이저 빔을 증폭 장치(730)로 다시 입사시킬 수 있다.
빔 추출부(840)는 경로 형성 광학부(850)에 의하여 다시 입사되어 이득매질 모듈(730)에 의하여 증폭된 재증폭 레이저 빔을 외부로 출력한다.
이 때 빔 추출부(840)는 제1 투과 필터(841)와 제2 투과 필터(843)를 포함할 수 있다. 제1 투과 필터(841)는 펌핑 빔을 반사시켜 이득매질 모듈(730)의 일측에 입사시키고, 레이저 빔을 제1 방향으로 투과시킨 후 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 투과시킬 수 있다.
제1 투과 필터(841)는 특정 파장 대역을 투과시키는 장파장 투과 필터일 수 있으며, 증폭된 레이저 빔의 파장이 펌핑 빔의 파장에 비하여 크므로 이득매질 모듈(730)로부터 출력되어 제1 방향으로 진행하는 레이저 빔을 통과시킬 수 있다.
이 때 경로 형성 광학부(850)에 의하여 레이저 빔이 반사되어 제2 방향으로 진행하여 제1 투과 필터(841)를 통과하게 된다.
제2 투과 필터(843)는 씨드 빔을 반사시켜 이득매질 모듈(730)의 타측에 입사시키고, 재증폭 레이저 빔을 투과시킬 수 있다. 즉, 제2 투과 필터(843)는 제2 방향으로 이득매질 모듈(730)에 재입사되어 다시 증폭된 레이저 빔을 투과시킬 수 있다.
이와 같이 제2 방향으로 진행하는 레이저 빔은 장파장 투과 필터인 제1 투과 필터(841)과 단파장 투과 필터인 제2 투과 필터(843)을 통과할 수 있다.
단파장 투과필터의 경우에도 입사파의 편광에 따라서 투과되는 파장이 달라질 수 있다. 예를 들어, s-pol 편광에서 1030nm는 투과가 되고 p-pol 편광에서는 1030nm는 반사될 수 있다.
도 6에서와 같이 제1 방향 및 제2 방향의 이중 경로(double path)를 구성하는 레이저 장치에서 경로 형성 광학부(850)의 편광변환부(WP)를 이용하여 이득매질 모듈(730)로 재입사되는 빔의 편광을 90도 바꿈으로써 편광 변환 전에는 레이저 빔을 반사하였던 단파장 투과 필터인 제2 투과 필터(843)에서 재증폭된 레이저 빔이 투과될 수 있다.
경로 형성 광학부(850)는 레이저 빔이 제1 방향으로 입사된 후 반사되어 제2 방향으로 진행하는 과정에서 레이저 빔의 편광을 90도 회전시키는 편광변환부(WP)를 포함할 수 있다.
이와 같은 편광변환부(WP)는 파장판, 포켈셀(Pockels cell), 또는 패러데이 로테이터(faraday rotator)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
경로 형성 광학부(850)는 제1 방향의 레이저 빔을 이득매질 모듈(730)로 되돌려 보내면서 동시에 이득매질(130) 내부에 초점이 맺히도록 하기 위하여 전반사 미러(FRMR) 및 초점렌즈(FL)를 포함하거나 오목 거울을 포함할 수 있다.
이득매질 모듈(730)의 이득매질(130)은 펌핑 빔의 파워가 높고 증폭된 레이저 빔의 출력이 높아질수록 열적 영향이 커져 열적 렌즈(thermal lens)와 같은 열적 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라 이득매질(130)을 투과한 레이저 빔은 열적 렌즈에 의해서 왜곡현상이 발생할 수 있다.
이와 같은 왜곡현상을 보완하면서 이득매질(130) 내부에 초점이 맺히도록 하기 위해서 레이저 빔의 진행방향으로 이동이 가능한 이동 스테이지(stage)(미도시) 위에 경로 형성 광학부(850)가 있을 수 있다.
이에 따라 경로 형성 광학부(850)와 이득매질 모듈(730)과의 거리가 조절될 수 있으므로 경로 형성 광학부(850)는 이득매질 모듈(730)로부터 멀어지거나 가까워질 수 있다.
경로 형성 광학부(850)는 출력에 따른 열적 렌즈 효과에 따라서 발생하는 왜곡을 보상하기 위해 이동 스테이지를 레이저 빔의 진행방향으로 이동하며 초점 위치를 이득매질(130) 내부에 위치시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 장치는 제2 투과 필터(843)를 투과한 펌핑 빔을 제1 방향 및 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사시키고, 재증폭 레이저 빔은 투과시키는 제3 투과 필터(845)를 더 포함할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 펌핑 빔의 일부는 씨드 빔의 증폭에 사용되지 않고 이득매질 모듈(730)을 통과하며 씨드 빔에 비하여 파장이 짧으므로 제2 투과 필터(843)를 투과할 수 있다. 제3 투과 필터(845)를 이와 같은 펌핑 빔의 일부를 반사시켜 펌핑 빔 덤퍼(PBD)로 진행시킬 수 있다.
일반적으로 더블 패스 방식의 레이저 장치에서 빔의 추출은 편광 큐브를 이용하는데, 편광 큐브는 일반적인 광학부품 중에서 고가의 부품이며 광학 두께가 두껍기 때문에 씨드 빔이 편광 큐브를 투과 또는 반사할 때 분산이 발생하여 신호 빔을 왜곡하게 하는 원인이 된다. 본 발명의 제2 실시예의 경우, 편광 큐브 대신에 투과 필터를 이용함으로써 재증폭 래이저 빔을 추출할 수 있다.
앞서 설명된 파장판(WP)에 의해 선편광 방향이 90도 회전하여 이득매질(130)로 되돌아와 두 번째 증폭되고, 재증폭 레이저 빔의 선편광이 90도 회전되므로 제2 투과 필터(843)를 통하여 추출될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 장치는 재증폭 레이저 빔이 씨드 빔 생성부(710)로 입사되는 것을 차단하기 위한 차단부(860)를 더 포함할 수 잇다. 차단부(860)는 1/2 파장판(HWP)와 파라데이 아이솔레이터(Faraday isolator)(FI)를 포함할 수 있다.
1/2 파장판(HWP)은 제2 투과 필터(843)로 입사하는 씨드 빔의 편광 방향을 맞추기 위한 것이고, 파라데이 아이솔레이터(FI)는 재증폭 레이저 빔을 다른 방향으로 반사시켜 씨드 빔 생성부(710)의 파손을 방지할 수 있다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 레이저 장치의 변형예를 나타낸다.
도 7의 변형예가 도 5의 레이저 장치와 다른 점은 펌핑 빔 생성부(720)의 위치가 변경됨으로써 도 9의 제1 투과 필터(751) 및 제2 투과 필터(753)는 모두 단파장 투과 필터라는 것이다.
즉, 도 5의 펌핑 빔은 제1 투과 필터(741)를 통한 반사 과정을 거쳐 이득매질 모듈(730)에 입사되지만, 도 9의 펌핑 빔은 반사 과정 없이 제2 투과 필터(753)를 통과하여 이득매질 모듈(730)에 입사될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 투과 필터(751) 및 제2 투과 필터(753) 모두 펌핑 빔은 투과시키고, 씨드 빔 및 씨드 빔으로부터 증폭된 레이저 빔은 투과시키므로 같은 종류의 투과 필터의 사용이 가능함을 알 수 있다.
이외의 다른 구성요소에 대해서는 도 5을 참조하여 설명하였으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 도 8의 레이저 장치가 도 6의 레이저 장치와 다른 점은 핌핑 빔이 제3 투과 필터(845)에 반사되어 이득매질 모듈(730)에 입사된다는 점이다. 이 때 도 8의 제1 투과 필터(841) 및 제2 투과 필터(843)은 도 6의 레이저 장치와 마찬가지로 서로 다른 종류의 투과 필터일 수 있다.
도 8에서 출력 조절부(890)은 편광을 조절함으로써 씨드 빔의 파워를 조절할 수 있으며, 경우에 따라 도 6에서와 같이 포함되지 않을 수도 있다.
또한, 도 6에서 씨드 빔은 제2 투과 필터(843)에 반사되어 이득매질 모듈(730)로 입사되나 도 8의 씨드 빔은 제3 투과 필터(845) 및 제2 투과 필터(843)을 통과하여 이득매질 모듈(730)에 입사될 수 있으며, 최종적으로 출력되는 레이저 빔은 제2 투과 필터(843)에 반사되어 출력될 수 있다.
이외의 구성요소에 대해서는 앞서 도 6을 통하여 상세히 설명하였으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
110a: 상부 하우징 110b: 하부 하우징
130: 이득매질 150: 히트싱크
170: 중간매질 710: 씨드 빔 생성부
720: 펌핑 빔 생성부 721: 콜리메이팅 렌즈
730: 이득매질 모듈 740, 840: 빔 추출부
850: 경로 형성 광학부 741,751,841: 제1 투과 필터
743, 753, 843: 제2 투과 필터 845: 제3 투과 필터
860: 차단부 890: 출력 조절부

Claims (17)

  1. 하부 하우징;
    원통면에서 광축을 따라 컷팅면을 갖는 이득매질;
    일면이 상기 하부 하우징의 상부 전체 면과 접하고, 타면이 상기 이득매질의 컷팅면과 접하여 상기 이득매질의 열을 상기 하부 하우징으로 전달하는 박막형 히트 싱크;
    상기 이득매질의 외면을 감싸 앉고 상기 하부 하우징 상부에 배치된 상부 하우징; 및
    상기 이득매질의 외면과 상기 상부 하우징의 내측면 사이의 공간을 메우며, 상기 이득매질의 열을 상기 상부 하우징으로 전달하는 중간매질을 포함하는 레이저 이득매질 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막형 히트 싱크는 다이아몬드 및 그라파이트 중 적어도 어느 하나에 코팅된 솔더링 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 이득매질 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이득매질의 컷팅면은 상기 이득매질의 광축과 평행하게 위치하는 것을 특징으로 하는 레이저 이득매질 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이득매질과 상기 박막형 히트싱크는 상기 중간매질과 같은 재질에 의해 솔더링 되는 것을 특징으로 하는 레이저 이득매질 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중간매질의 녹는 점은 상기 상, 하부 하우징, 상기 이득매질 및 상기 박막형 히트싱크의 녹는 점보다 낮은 것을 특징으로 하는 레이저 이득매질 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중간매질은 In, Ga, Ge, Ti, Cu, Si, Sn, Au, Ag, Zn 으로부터 구성된 군에서 선택되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 이득매질 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 하우징에 냉각매질이 흐르는 냉각유로가 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 이득매질 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 하우징의 외측면에 냉각핀이 구비된 것을 특징으로 하는 레이저 이득매질 모듈.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 솔더링 층은 AuSn을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 이득매질 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이득매질의 광축이 미리 설정된 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 이득매질 모듈.
  11. 씨드 빔(seed beam)을 생성하는 씨드 빔 생성부;
    펌핑 빔(pumping beam)을 생성하는 펌핑 빔 생성부;
    상기 펌핑 빔의 입사에 따라 여기되어 상기 씨드 빔을 증폭하여 레이저 빔을 생성하는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 레이저 이득매질 모듈; 및
    상기 레이저 빔을 외부로 출력하는 상기 빔 추출부
    를 포함하는 레이저 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 빔 추출부는,
    상기 펌핑 빔을 반사시켜 상기 레이저 이득매질 모듈의 일측에 입사시키고 상기 레이저 빔을 투과시키는 제1 투과 필터와,
    상기 씨드 빔을 반사시켜 상기 레이저 이득매질 모듈의 타측에 입사시키는 제2 투과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 투과 필터를 투과한 상기 펌핑 빔을 흡수하는 펌핑 빔 덤퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  14. 씨드 빔을 생성하는 씨드 빔 생성부;
    펌핑 빔(pumping beam)을 생성하는 펌핑 빔 생성부;
    상기 펌핑 빔의 입사에 따라 여기되어 상기 씨드 빔을 증폭하여 레이저 빔을 생성하는, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 레이저 이득매질 모듈;
    상기 레이저 빔을 상기 레이저 이득매질 모듈로 다시 입사시키는 경로 형성 광학부;
    상기 경로 형성 광학부에 의하여 다시 입사되어 상기 레이저 이득매질 모듈에 의하여 증폭된 재증폭 레이저 빔을 외부로 출력하는 상기 빔 추출부
    를 포함하는 레이저 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 빔 추출부는,
    상기 펌핑 빔을 반사시켜 상기 레이저 이득매질 모듈의 일측에 입사시키고 상기 레이저 빔을 제1 방향으로 투과시킨 후 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 투과시키는 제1 투과 필터와,
    상기 씨드 빔을 반사시켜 상기 레이저 이득매질 모듈의 타측에 입사시키고, 상기 재증폭 레이저 빔을 투과시키는 제2 투과 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 경로 형성 광학부는
    상기 레이저 빔이 상기 제1 방향으로 입사된 후 반사되어 상기 제2 방향으로 진행하는 과정에서 상기 레이저 빔의 편광을 90도 회전시키는 편광변환부을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제2 투과 필터를 투과한 상기 펌핑 빔을 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 다른 제3 방향으로 반사시키고, 상기 재증폭 레이저 빔은 투과시키는 제3 투과 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.

KR1020160145509A 2016-11-03 2016-11-03 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치 KR102544955B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160145509A KR102544955B1 (ko) 2016-11-03 2016-11-03 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160145509A KR102544955B1 (ko) 2016-11-03 2016-11-03 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180049507A true KR20180049507A (ko) 2018-05-11
KR102544955B1 KR102544955B1 (ko) 2023-06-20

Family

ID=62185832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160145509A KR102544955B1 (ko) 2016-11-03 2016-11-03 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102544955B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020101889A1 (en) * 2000-02-01 2002-08-01 Nettleton John E. Monolithic solid state laser assembly and method of manufacture
WO2005091446A1 (ja) * 2004-03-24 2005-09-29 Japan Science And Technology Agency 固体レーザー装置
JP2013168435A (ja) * 2012-02-14 2013-08-29 Mitsubishi Electric Corp ロッド型ファイバレーザ増幅器およびロッド型ファイバレーザ発振器
KR20140025290A (ko) * 2012-08-22 2014-03-04 리 레이저 인코포레이티드 광학 증폭기 및 그 프로세스
US8929413B2 (en) 2010-12-17 2015-01-06 Fibercryst Laser gain module and method for producing such a module
CN205377006U (zh) * 2015-12-05 2016-07-06 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种采用高效换热构型的激光器及其聚光腔

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020101889A1 (en) * 2000-02-01 2002-08-01 Nettleton John E. Monolithic solid state laser assembly and method of manufacture
WO2005091446A1 (ja) * 2004-03-24 2005-09-29 Japan Science And Technology Agency 固体レーザー装置
US8929413B2 (en) 2010-12-17 2015-01-06 Fibercryst Laser gain module and method for producing such a module
JP2013168435A (ja) * 2012-02-14 2013-08-29 Mitsubishi Electric Corp ロッド型ファイバレーザ増幅器およびロッド型ファイバレーザ発振器
KR20140025290A (ko) * 2012-08-22 2014-03-04 리 레이저 인코포레이티드 광학 증폭기 및 그 프로세스
CN205377006U (zh) * 2015-12-05 2016-07-06 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种采用高效换热构型的激光器及其聚光腔

Also Published As

Publication number Publication date
KR102544955B1 (ko) 2023-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5330801B2 (ja) レーザ利得媒質、レーザ発振器及びレーザ増幅器
US7852886B2 (en) Reduction of surface heating effects in nonlinear crystals for high power frequency conversion of laser light
EP1231683A2 (en) High-average power active mirror solid-state laser with multiple subapertures
US20170358898A1 (en) Laser apparatus and manufacturing method thereof
JP5281922B2 (ja) パルスレーザ装置
EP2475054A1 (en) Collinearly pumped multiple thin disk active medium and its pumping scheme
TWI231075B (en) Laser beam generator and manufacturing method thereof
US10148057B2 (en) Microchip laser
US9490604B2 (en) Solid-state laser with multi-pass beam delivery optics
WO2015074246A1 (zh) 径向偏振薄片激光器
WO2018036129A1 (zh) 多边形的激光增益结构、激光振荡器以及激光放大器
US20160285225A1 (en) Radial polarization thin-disk laser
KR102544955B1 (ko) 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치
KR20180046035A (ko) 증폭장치 및 이를 포함하는 레이저 장치
JP4101838B2 (ja) 固体レーザ励起モジュール及びレーザ発振器
JP7511902B2 (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2009010066A (ja) パルスレーザ発振器
JP2000077750A (ja) 固体レーザ装置
JP2000101175A (ja) 固体受動ｑスイッチブロック、固体ｑスイッチレーザ発振器及び固体レーザ装置
US8223813B2 (en) Semiconductor laser pumped solid-state laser device
US20220416494A1 (en) Side-pumped solid-state disk laser for high gain
EP4156423A1 (en) High-power compact solid-state slab laser amplifier
JP6362026B2 (ja) レーザ装置、レーザ加工機及び表示装置
WO2007129074A1 (en) Side-pumped laser or amplifier device
JP2023536007A (ja) バックポンピング半導体膜レーザ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant