KR20190043021A - 고출력 광원 장치 - Google Patents

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KR20190043021A
KR20190043021A KR1020170134810A KR20170134810A KR20190043021A KR 20190043021 A KR20190043021 A KR 20190043021A KR 1020170134810 A KR1020170134810 A KR 1020170134810A KR 20170134810 A KR20170134810 A KR 20170134810A KR 20190043021 A KR20190043021 A KR 20190043021A
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김수현
김근철
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성규동
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주식회사 이오테크닉스
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Abstract

복수의 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔들을 효율적으로 결합시킨 컴팩트한 구조의 고출력 광원 장치가 개시된다. 개시된 광원 장치는, 서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들; 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들; 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및 빔 결합기;를 포함한다. 여기서, 상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며, 상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련된다.

Description

고출력 광원 장치{Light source apparatus having high output power}
본 발명은 고출력 광원 장치에 관한 것으로, 상세하게는 복수의 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔들을 효율적으로 결합시킴으로써 컴팩트한 구조를 가지는 고출력 광원 장치에 관한 것이다.
레이저 다이오드와 같은 레이저 광원은 광섬유에 결합(coupling)되어 레이저 빔을 원하는 지점까지 용이하고 효율적으로 전송할 수 있다는 장점 때문에 레이저 용접(laser welding), 레이저 솔더링(laser soldering) 또는 레이저 펌핑 소스(laser pumping source) 등과 같은 다양한 응용 분야에 이용되고 있다.
하나의 레이저 다이오드로부터 방출되는 레이저 빔의 출력은 한계가 있기 때문에 일반적으로 복수개의 레이저 다이오드를 결합한 광원 장치가 사용되고 있다. 이 경우, 광섬유와의 결합 효율(coupling efficiency)을 향상시키고 공간적으로는 컴팩트한 구조를 가지는 고출력 광원 장치가 요구된다.
본 발명의 일 실시예는 복수의 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 광들을 효율적으로 결합시킴으로써 컴팩트한 구조를 가지는 고출력 광원 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 빔 결합기(beam combiner);를 포함하고,
상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치가 제공된다.
서로 인접한 한 쌍의 상기 제1열의 레이저 광원과 상기 제2열의 레이저 광원은 동일한 높이의 평면 상에 마련될 수 있다. 서로 인접한 한 쌍의 상기 제1열의 레이저 광원과 상기 제2열의 레이저 광원은 서로 단차를 가지도록 마련될 수 있다.
상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제3열의 반사미러들 사이 및 상기 제2열의 레이저 광원들과 상기 제4열의 반사미러들 사이에는 FAC(Fast Axis Collimating) 렌즈들이 마련될 수 있다.
상기 제3열의 반사미러들과 상기 FAC 렌즈들 사이 및 상기 제4열의 반사미러들과 상기 FAC 렌즈들 사이에는 SAC(Solw Axis Collimating) 렌즈들이 마련될 수 있다.
상기 빔 결합기는 편광 빔 결합기(polarization beam combiner)를 포함하고, 상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 편광 변환기(polarization converter)가 마련될 수 있다.
상기 빔 결합기는 파장 빔 결합기(wavelength beam combiner)를 포함하고, 상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제1 파장 선택 소자가 마련되며, 상기 제4열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제2 파장 선택 소자가 마련될 수 있다.
상기 광원 장치는 상기 빔 결합기에 의해 결합된 레이저 빔들을 광섬유에 커플링시키는 결합 렌즈(coupling lens)를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 편광 빔 결합기;를 포함하고,
상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치가 제공된다.
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 동일한 편광 방향(polarization direction)을 가질 수 있다.
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 다른 편광 방향을 가질 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 파장 빔 결합기;를 포함하고,
상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치가 제공된다.
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 동일한 파장 범위를 가질 수 있다.
상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제1 파장 선택 소자가 마련되고, 상기 제4열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제2 파장 선택 소자가 마련될 수 있다. 상기 제1 및 제2 파장 선택 소자는 VBG(Volume Bragg Grating)을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들의 공간 결합 및 편광 결합을 통해 광 손실을 최소화한 고효율 및 고출력의 광원 장치를 구현할 수 있다. 또한, 레이저 광원들을 서로 엇갈리게 배치하고, 반사미러들을 레이저 광원들의 외측에 마련함으로써 보다 컴팩트한 구조의 광원 장치를 제작할 수 있다. 또한, 서로 다른 파장 범위들을 가지는 레이저 빔들을 결합하여 광 섬유에 커플링시킬 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광원 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 광원 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원을 도시한 사시도이다.
도 4a는 도 3에 도시된 레이저 광원의 평면도이다.
도 4b는 도 3에 도시된 레이저 광원의 정면도이다.
도 4c는 도 3에 도시된 레이저 광원의 측면도이다.
도 5a는 도 1의 A-A' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 5b는 도 1의 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 레이저 광원들 사이의 전기적인 연결방법들을 도시한 것이다.
도 7는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 광원 장치의 측면도이다.
도 10a는 도 8의 A-A' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 10b는 도 8의 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 11a 및 도 11b는 도 8의 A-A' 평면 및 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 변형예를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 광원 장치의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광원 장치(100)는 기판(101) 상에 마련되는 레이저 광원들, 반사미러들 및 빔 결합기(beam combiner)를 포함한다. 레이저 광원들은 2개의 열로 배치될 수 있다. 구체적으로, 레이저 광원들은 서로 이격되어 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들(110)과 제2열의 레이저 광원들(120)을 포함할 수 있다. 제1열의 레이저 광원들(110)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)을 포함할 수 있으며, 제2열의 레이저 광원들(120)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1열의 레이저 광원들(110)과 제2열의 레이저 광원들(120)은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 즉, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)과 엇갈리게 배치될 수 있다.
이하의 도면들에서는 제1열의 레이저 광원들(110) 및 제2열의 레이저 광원들(120) 각각이 3개의 레이저 광원을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 다양한 개수의 레이저 광원들이 마련될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 광원 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원을 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 레이저 광원(115)은 도 1에 도시된 제1 내지 제6 레이저 광원(111,112,113,121,122,123)과 동일하다.
도 3을 참조하면, 레이저 광원(115)은 서브 마운트 기판(115a)과 이 서브 마운트 기판(115a)에 본딩된 레이저 다이오드(115b)를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드(115b)는 레이저 빔의 발생원으로서 반도체 칩의 형태로 제작될 수 있다. 이러한 레이저 다이오드(115b)는 솔더(solder, 미도시)에 의해 서브 마운트 기판(115a)의 금속층(미도시) 상에 본딩될 수 있다. 서브 마운트 기판(111a)은 예를 들면 AlN, BeO 등과 같은 열전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있다.
도 4a는 도 3에 도시된 레이저 광원의 평면도이고, 도 4b는 도 3에 도시된 레이저 광원의 정면도이며, 도 4c는 도 3에 도시된 레이저 광원의 측면도이다. 도 4a 및 도 4c에는 레이저 다이오드(115b)로부터 방출된 레이저 빔(L)이 발산되는 모습이 도시되어 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 수평 방향(D1 방향) 및 수직 방향(D2 방향)으로 발산될 수 있다. 여기서, 레이저 빔(L)이 발산되는 각도들은 방향에 따라 달라지게 된다. 구체적으로, 레이저 빔(L)이 수평 방향(D1 방향)으로 발산되는 각도(θ1)와 수직 방향(D2 방향)으로 발산되는 각도(θ2)가 다르다.
레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L) 중 수평 방향(D1 방향)으로 발산되는 빔은 공간적으로 다중 모드(multi-mode)를 가지고 있으며, 그 발산각(θ1)은 대략 8°~12° 정도로 상대적으로 작다. 그리고, 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L) 중 수직 방향(D2 방향)으로 발산되는 빔은 공간적으로 단일 모드(single-mode)를 가지고 있으며, 그 발산각(θ2)은 대략 28°~35° 정도로 상대적으로 크다. 일반적으로, 수직 방향(D2 방향)은 고속축(fast axis) 방향으로 불리고 있으며, 수평 방향(D1 방향)은 저속축(slow axis) 방향으로 불리고 있다. 이와 같이, 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L)의 발산각들이 방향에 따라서 다르기 때문에 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L)을 평행광으로 만들기 위해서는 각 방향에 대한 콜리메이팅 렌즈가 필요하게 된다.
수직 방향(D2 방향), 즉 고속축 방향으로 발산되는 빔을 평행하게 만들기 위해서는 고속축 방향에 따른 초점거리가 상대적으로 짧은 콜리메이팅 렌즈, 즉 FAC(Fast Axis Collimating) 렌즈가 필요하게 되며, 수평 방향(D1 방향), 즉 저속축 방향으로 발산되는 빔을 평행하게 만들기 위해서는 저속축 방향에 따른 초점거리가 상대적으로 긴 콜리메이팅 렌즈, 즉 SAC(Slow Axis Collimating) 렌즈가 필요하게 된다. 이에 따라, 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 FAC 렌즈 및 SAC 렌즈를 통과함에 따라 저속축 방향으로 긴 타원 형태의 단면을 가질 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출하고, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출한다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 모두 동일한 편광 방향(polarization direction), 예를 들면 제1 편광 방향을 가질 수 있다.
제1열의 레이저 광원들(110)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 제2열의 레이저 광원들(120)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)과 엇갈리게 배치되어 있다. 이에 따라, 제1 레이저 빔(L1)은 제4 및 제5 레이저 광원(121,122) 사이를 지나가게 되며, 제2 레이저 빔(L2)은 제5 및 제6 레이저 광원(122,123) 사이를 지나가게 된다. 그리고, 제4 레이저 빔(L4)은 제1 및 제2 레이저 광원(111,112) 사이를 지나가게 되며, 제5 레이저 빔(L5)은 제2 및 제3 레이저 광원(112,113) 사이를 지나가게 된다.
본 실시예에서는 제1열의 레이저 광원들(110)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 간섭되지 않도록 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(120)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 간섭되지 않도록 소정 크기(h)의 단차를 가지고 마련되어 있다. 또한, 인접하는 제1열의 레이저 광원(110)과 제2열의 레이저 광원(120)은 동일한 높이의 평면 상에 마련되어 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 기판(101)은 소정 크기(h)의 단차를 가지고 순차적으로 마련되는 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1면(S1)은 가장 높은 높이를 가지고 있으며, 제3면(S3)은 가장 낮은 높이를 가지고 있다. 제1열의 레이저 광원들(110)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 기판(101)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)에 각각 마련될 수 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(120)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)은 기판(101)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)에 각각 마련될 수 있다. 이에 따라, 서로 인접하는 제1 및 제4 레이저 광원(111,121)은 제1면(S1), 서로 인접하는 제2 및 제5 레이저 광원(112,122)은 제2면(S2), 그리고, 서로 인접하는 제3 및 제6 레이저 광원(113,123)은 제3면(S3)에 마련될 수 있다.
반사미러들은 2개의 열로 배치될 수 있다. 구체적으로, 반사미러들은 제2열의 레이저 광원들(120)의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들(170)과 제1열의 레이저 광원들(110)의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들(180)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3열의 반사미러들(170)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 반사시키는 제1, 제2 및 제3 반사미러(171,172,173)를 포함할 수 있다. 이러한 제1, 제2 및 제3 반사미러(171,172,173)는 기판(101)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)에 각각 마련될 수 있다. 제4열의 반사미러들(180)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 반사시키는 제4, 제5 및 제6 반사미러(181,182,183)를 포함할 수 있다. 이러한 제4, 제5 및 제6 반사미러(181,182,183)는 기판(101)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)에 각각 마련될 수 있다.
제1 레이저 광원(111)과 제1 반사미러(171) 사이에는 제1 FAC 렌즈(131) 및 제1 SAC 렌즈(151)가 마련되어 있다. 제1 FAC 렌즈(131)는 제1 레이저 광원(111)으로부터 방출된 제1 레이저 빔(L1)을 고속축 방향에 대해 평행하게 만드는 역할을 하며, 제1 SAC 렌즈(151)는 제1 FAC 렌즈(131)를 경유한 제1 레이저 빔(L1)을 저속축 방향에 대해 평행하게 만드는 역할을 한다. 제1 FAC 렌즈(131) 및 제1 SAC 렌즈(151)를 경유한 제1 레이저 빔(L1)은 저속축 방향으로 긴 타원 형태의 단면을 가질 수 있다.
제2 레이저 광원(112)과 제2 반사미러(172) 사이에는 제2 FAC 렌즈(132) 및 제2 SAC 렌즈(152)가 마련되어 있으며, 제3 레이저 광원(113)과 제3 반사미러(173) 사이에는 제3 FAC 렌즈(133) 및 제3 SAC 렌즈(153)가 마련되어 있다. 제4 레이저 광원(131)과 제4 반사미러(181) 사이에는 제4 FAC 렌즈(141) 및 제4 SAC 렌즈(161)가 마련되어 있으며, 제5 레이저 광원(122)과 제5 반사미러(182) 사이에는 제5 FAC 렌즈(142) 및 제5 SAC 렌즈(162)가 마련되어 있다. 그리고, 제6 레이저 광원(123)과 제6 반사미러(183) 사이에는 제6 FAC 렌즈(143) 및 제6 SAC 렌즈(163)가 마련되어 있다. 제2 내지 제6 FAC 렌즈(132,133,141,142,143)는 전술한 제1 FAC 렌즈(131)와 동일한 기능을 수행하며, 제2 내지 제6 SAC 렌즈(152,153,161,162,163)는 전술한 제1 SAC 렌즈(151)와 동일한 기능을 수행할 수 있다.
빔 결합기는 편광 빔 결합기(polarization beam combiner, 193)를 포함할 수 있다. 그리고, 제3열의 반사미러들(170)과 편광 빔 결합기(193) 사이의 경로 상에는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 편광 방향을 변환시키는 편광 변환기(polarization converter, 192)가 마련될 수 있다. 편광 변환기(192)로는 예를 들면 1/2 파장판이 사용될 수 있다. 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 제1 편광 방향을 가지는 경우에 편광 변환기(192)를 경유한 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1 편광 방향과 수직인 제2 편광 방향을 가질 수 있다. 한편, 제3열의 반사미러들(170)과 편광 변환기(192) 사이에는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 편광 변환기(192) 쪽으로 반사시키는 미러(191)가 더 마련될 수 있다.
상기와 같은 구조의 광원 장치(100)에서, 제1 내지 제6 레이저 광원(111,112,113,121,122,123)으로부터 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 방출된다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 제1 편광 방향을 가질 수 있다. 이어서, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)으로부터 방출되는 제1, 제2, 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2, 제3 반사미러(171,172,173)에 의해 반사된다. 여기서, 전술한 바와 같이 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)이 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련됨으로써 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 또한, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)으로부터 방출되는 제4, 제5, 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5, 제6 반사미러(181,182,183)에 의해 반사된다. 여기서, 전술한 바와 같이 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)이 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련됨으로써 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합될 수 있다.
도 5a는 도 1의 A-A' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 소정 단차(h)를 가지도록 마련된 제1열의 레이저 광원들(110)에 의해 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 공간적으로 결합되어 있고, 단차를 가지도록 마련된 제2열의 레이저 광원들(120)에 의해 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합되어 있다. 여기서, 공간적으로 결합된 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3) 사이의 간격(h)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113) 사이의 단차 크기(h)와 동일하며, 공간적으로 결합된 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6) 사이의 간격(h)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123) 사이의 단차 크기(h)와 동일하다. 한편, 제1 및 제4 레이저 빔(L1,L4), 제2 및 제5 레이저 빔(L2,L5), 그리고 제3 및 제6 레이저 빔(L3,L6)는 각각 동일한 높이를 가지고 있다.
다음으로, 공간적으로 결합된 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러에 의해 반사된 다음 편광 변환기(192)에 입사된다. 편광 변환기(192)는 기판(101)의 제3면(S3)에 마련될 수 있다. 여기서, 편광 변환기(192)는 입사되는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 제1 편광 방향을 제2 편광 방향으로 변환시키는 역할을 할 수 있다. 여기서, 제2 편광 방향은 제1 편광 방향에 수직이 될 수 있다. 편광 변환기(192)를 경유함으로써 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 편광 빔 결합기(193)에 입사된다. 또한, 공간적으로 결합된 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)도 편광 빔 결합기(193)에 입사되며, 이 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제1 편광 방향을 가지고 있다.
편광 빔 결합기(193)는 제1 편광 방향을 가지는 빔은 투과시키고, 제2 편광 방향을 가지는 빔은 반사시킬 수 있다. 편광 빔 결합기(193)는 기판(101)의 제3면(S3)에 마련될 수 있다. 이에 따라, 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 편광 빔 결합기(193)에 의해 반사되며, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 편광 빔 결합기를 투과함으로써 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합하게 된다.
도 5b는 도 1의 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면을 도시한 것이다.
도 5b를 참조하면, 편광 빔 결합기에 의해 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합되어 있다. 결합된 레이저 빔들(L1+L4, L2+L5, L3+L6) 사이의 간격(h)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113) 사이의 단차 크기(h) (또는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123) 사이의 단차 크기(h)와 동일하다.
이상과 같이, 편광 빔 결합기(193)로부터 출사되는 결합된 레이저 빔들(L1~L6)은 결합 렌즈(coupling lens, 194)를 통해 광섬유(199)에 커플링될 수 있다.
본 실시예에서는 제1열의 레이저 광원들(110)과 제2열의 레이저 광원들(120)이 서로 엇갈리게 배치되고, 제3열의 반사미러들(170)이 제2열의 레이저 광원들(120)의 외측에 배치되며, 제4열의 반사미러들(180)이 제1열의 레이저 광원들(110)의 외측에 배치되어 있다. 또한, 제1열의 레이저 광원들(110)은 도체(미도시)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 제2열의 레이저 광원들(120)은 도체(미도시)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있다. 여기서, 제1열의 레이저 광원들(110)로부터 방출되는 레이저 빔들(L1,L2,L3)이 제2열의 레이저 광원들(120)을 연결하는 도체에 의해 방해됨이 없이 제2열의 레이저 광원들(120) 사이를 지나갈 필요가 있다. 또한, 제2열의 레이저 광원들(120)로부터 방출되는 레이저 빔들(L4,L5,L6)이 제1열의 레이저 광원들(110)을 연결하는 도체에 의해 방해됨이 없이 제1열의 레이저 광원들(110) 사이를 지나갈 필요가 있다.
도 6a 내지 도 6c는 레이저 광원들 사이의 전기적인 연결방법들을 도시한 것이다. 도 6a 및 도 6c에는 제4 레이저 광원(121)으로부터 방출되는 제4 레이저 빔(L4)이 제1 및 제2 레이저 광원(111,112) 사이를 지나가는 경우에 제1 및 제2 레이저 광원(111,112)를 전기적으로 연결하는 방법들이 예시적으로 도시되어 있다.
도 6a를 참조하면, 제1 및 제2 레이저 광원(111,112)은 금속 와이어(105)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 금속 와이어(105)는 예를 들면, Au, Al 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 금속 와이어(105)의 형상을 조절함으로써 제4 레이저 빔(L4)이 금속 와이어(105)의 하부를 지나갈 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제1 및 제2 레이저 광원(111,112)은 도전성 구조물(106)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 도전성 구조물(106)은 예를 들면 도전성 에폭시 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 도전성 구조물(106)의 형상을 조절함으로써 제4 레이저 빔(L4)이 도전성 구조물(106)의 하부를 지나갈 수 있다.
도 6c를 참조하면, 제1 및 제2 레이저 광원(111,112)은 연결 패드(107)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 이 경우, 연결 패드(107)의 높이를 조절함으로써 제4 레이저 빔(L4)이 연결 패드(1107)의 상부 또는 하부를 지나갈 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 레이저 광원들(111,112,113,121,122,123)로부터 방출되는 레이저 빔들(L1~L6)의 공간 결합 및 편광 결합을 통해 효율적으로 고출력의 광원 장치(100)을 구현할 수 있다. 일반적으로 고출력을 구현하기 위해서는 레이저 광원들의 개수를 증가시켜야 할 필요가 있다. 그러나, 단차를 이용한 공간적인 결합에 의해서만 레이저 광원들의 개수를 증가시키는 경우에는 레이저 광원들의 높이 변화가 커짐에 따라 광 손실이 증가하게 되므로 레이저 광원들의 개수를 증가시키는데 한계가 있다. 그러나, 본 실시예서와 같이 레이저 빔들(L1~L6)의 공간 결합 및 편광 결합을 통해 광 손실을 최소화하면서 레이저 광원들(111,112,113,121,122,123)의 개수를 효과적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1열의 레이저 광원들(110)과 제2열의 레이저 광원들(120)을 서로 엇갈리게 배치하고, 제3열 및 제4열의 반사미러들(170,180)은 제1열 및 제2열의 레이저 광원들(110,120) 외측에 마련함으로써 보다 컴팩트한 구조를 가지는 광원 장치(100)를 구현할 수 있다. 그리고, 레이저 광원과 반사미러 사이에 마련되는 SAC 렌즈는 초점 거리에 따라 레이저 광원과 반사미러 사이의 경로 상에서 다양한 위치에 마련될 수 있으며, 또한 렌즈의 수차 영향을 줄이기 위한 목적으로 복수 개로 마련될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다. 도 7에 도시된 광원 장치(200)는 제1열의 레이저 광원들(210)로부터 방출되는 레이저 빔들(L1,L2,L3)의 편광 방향과 제2열의 레이저 광원들(220)로부터 방출되는 레이저 빔들(L4,L5,L6)의 편광 방향이 다르다는 점과, 편광 변환기가 마련되어 있지 않다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 광원 장치(100)와 동일하다.
도 7을 참조하면, 제1열의 레이저 광원들(210)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(211,212,213)은 제1 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(211,212,213)은 소정 크기의 단차를 가지고 기판(201)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(220)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(221,222,223)은 제1 편광 방향과 수직인 제2 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출할 수 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(221,222,223)은 소정 크기의 단차를 가지고 기판(201)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2 및 제3 FAC 렌즈(231,232,233)와 제1, 제2 및 제3 SAC 렌즈(251,252,253)를 경유한 다음, 제3열의 반사미러들(270, 즉, 제1, 제2 및 제3 반사미러(271,272,273))에 의해 반사된다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 그리고, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5 및 제6 FAC 렌즈(241,242,343)와 제4, 제5 및 제6 SAC 렌즈(261,262,263)을 경유한 다음, 제4열의 반사미러들(280, 즉, 제4, 제5 및 제6 반사미러(281,282,283))에 의해 반사된다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 공간적으로 결합될 수 있다.
이어서, 제1 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러(291)에 의해 반사된 후 편광 빔 결합기(293)에 입사되고, 제2 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)도 편광 빔 결합기(293)에 입사된다. 편광 빔 결합기(293)는 제1 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 반사시키고, 제2 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 투과시킴으로써 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합될 수 있다.
이렇게 결합된 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 결합 렌즈(293)를 통해 광섬유(299)에 커플링될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 9는 도 8에 도시된 광원 장치의 측면도이다. 도 8 및 도 9에 도시된 광원 장치(300)는 인접하는 제1열의 레이저 광원(310)과 제2열의 레이저 광원(320) 사이에 단차가 존재한다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 광원 장치(100)와 동일하다.
도 8을 참조하면, 광원 장치(300)는 기판(301) 상에 마련되는 레이저 광원들, 반사미러들 및 빔 결합기를 포함한다. 레이저 광원들은 서로 이격되어 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들(310)과 제2열의 레이저 광원들(320)을 포함할 수 있다. 제1열의 레이저 광원들(310)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)을 포함할 수 있다. 제2열의 레이저 광원들(320)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1열의 레이저 광원들(310)과 제2열의 레이저 광원들(320)은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 레이저 빔(L1)은 제4 및 제5 레이저 광원(321,322) 사이를 지나가게 되며, 제2 레이저 빔(L2)은 제5 및 제6 레이저 광원(322,323) 사이를 지나가게 된다. 또한, 제4 레이저 빔(L4)은 제1 및 제2 레이저 광원(311,312) 사이를 지나가게 되며, 제5 레이저 빔(L5)은 제2 및 제3 레이저 광원(312,313) 사이를 지나가게 된다.
제1열의 레이저 광원들(310)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출하고, 제2열의 레이저 광원들(320)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출한다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 동일한 편광 방향, 예를 들면 제1 편광 방향을 가질 수 있다.
제1열의 레이저 광원들(310)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 간섭되지 않도록 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(320)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 간섭되지 않도록 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 또한, 인접하는 제1열의 레이저 광원(310)과 제2열의 레이저 광원(320)도 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 기판(301)은 소정 크기(h)의 단차를 가지고 순차적으로 마련되는 제1면 내지 제6면(S1~S6)을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1면(S1)은 가장 높은 높이를 가지고, 제6면(S6)은 가장 낮은 높이를 가지고 있다. 제1열의 레이저 광원들(310)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)은 기판(301)의 제1면(S1), 제3면(S3) 및 제5면(S5)에 각각 마련될 수 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(320)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)은 기판(301)의 제2면(S2), 제4면(S4) 및 제6면(S6)에 각각 마련될 수 있다.
반사미러들은 제2열의 레이저 광원들(320)의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들(370)과 제1열의 레이저 광원들(310)의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들(380)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3열의 반사미러들(370)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 반사시키는 제1, 제2 및 제3 반사미러(371,372,373)를 포함할 수 있으며, 제4열의 반사미러들(380)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 반사시키는 제4, 제5 및 제6 반사미러(381,382,383)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 반사미러(371,372,373)는 기판(301)의 제1면(S1), 제3면(S3) 및 제5면(S5)에 각각 마련될 수 있으며, 제4, 제5 및 제6 반사미러(381,382,383)는 기판(301)의 제2면(S2), 제4면(S4) 및 제6면(S6)에 각각 마련될 수 있다.
제1 레이저 광원(311)과 제1 반사미러(371) 사이에는 제1 FAC 렌즈(331) 및 제1 SAC 렌즈(351)가 마련될 수 있으며, 제2 레이저 광원(312)과 제2 반사미러(372) 사이에는 제2 FAC 렌즈(332) 및 제2 SAC 렌즈(352)가 마련될 수 있고, 제3 레이저 광원(313)과 제3 반사미러(373) 사이에는 제3 FAC 렌즈(333) 및 제3 SAC 렌즈(353)가 마련될 수 있다. 그리고, 제4 레이저 광원(321)과 제4 반사미러(381) 사이에는 제4 FAC 렌즈(341) 및 제4 SAC 렌즈(361)가 마련될 수 있으며, 제5 레이저 광원(322)과 제5 반사미러(382) 사이에는 제5 FAC 렌즈(342) 및 제5 SAC 렌즈(362)가 마련될 수 있고, 제6 레이저 광원(323)과 제6 반사미러(383) 사이에는 제6 FAC 렌즈(343) 및 제6 SAC 렌즈(363)가 마련될 수 있다.
빔 결합기는 편광 빔 결합기(393)를 포함할 수 있다. 그리고, 제3열의 반사미러들(370)과 편광 빔 결합기(393) 사이에는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 편광 방향을 변환시키는 편광 변환기(392)가 마련될 수 있다. 이 편광 변환기(392)로는 예를 들면 1/2 파장판이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 제1 편광 방향을 가지는 경우에 편광 변환기(392)를 경유한 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1 편광 방향과 수직인 제2 편광 방향을 가질 수 있다. 한편, 제3열의 반사미러들(370)과 편광 변환기(392) 사이에는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 편광 변환기(392) 쪽으로 반사시키는 미러(391)가 더 마련될 수 있다.
상기와 같은 구조의 광원 장치(300)에서, 제1 내지 제6 레이저 광원(311,312,313,321,322,323)으로부터 제1 편광 방향을 가지는 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 방출된다. 이어서, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2 및 제3 반사미러(371,372,373)에 의해 반사되며, 여기서 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 또한, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5 및 제6 반사미러(381,382,383)에 의해 반사되며, 여기서 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합될 수 있다.
도 10a는 도 8의 A-A' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 10a를 참조하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 공간적으로 결합되어 있으며, 여기서 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3) 사이의 간격(2h)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313) 사이의 단차 크기(2h)와 동일하다. 또한, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합되어 있으며, 여기서 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6) 사이의 간격(2h)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323) 사이의 단차 크기(2h)와 동일하다.
다음으로, 공간적으로 결합된 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러(391)에 의해 반사된 다음 편광 변환기(392)에 입사된다. 여기서, 편광 변환기(392)는 입사되는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 제1 편광 방향을 제2 변환 방향으로 변환시킨다. 제2 편광 방향은 제1 편광 방향에 수직이 될 수 있다. 편광 변환기(392)에 의해 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 편광 빔 결합기(393)에 입사된다. 그리고, 공간적으로 결합된 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)도 편광 빔 결합기(393)에 입사된다.
편광 빔 결합기(393)는 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 반사시키고, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 투과시킴으로써 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합된다.
도 10b는 도 1의 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면을 도시한 것이다.
도 10b를 참조하면, 편광 빔 결합기(393)에 의해 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합되어 있다. 여기서, 인접하는 제1열의 레이저 광원들(310)과 제2 레이저 광원들(320) 사이의 단차로 인해, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 상하로 교대로 마련되어 있다. 이러한 레이저 빔들 사이의 간격(h)은 인접한 제1열의 레이저 광원(310)과 제2 레이저 광원(320) 사이의 단차 크기(h)가 될 수 있다. 그리고, 이렇게 결합된 레이저 빔들(L1~L6)은 결합 렌즈(394)를 통해 광섬유(399)에 커플링될 수 있다.
한편, 이상에서는 제1, 제4, 제2, 제5, 제3 및 제6 레이저 광원(311,321,312,322,313,323)이 소정 크기(h)의 단차를 가지고 순차적으로 배치되는 경우가 설명되었다. 그러나, 이에 한정되지 않고 제1열의 레이저 광원들(310)과 제2 레이저 광원들(320)은 단차를 가지고 다양하게 배치될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 도 8의 A-A' 평면 및 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 변형예를 도시한 것이다. 도 11a에는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원이 소정 크기의 단차를 가지고 마련되어 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 공간적으로 결합되고, 제4, 제5 및 제5 레이저 광원이 소정 크기의 단차를 가지고 마련되어 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합된 모습이 도시되어 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3) 보다 낮은 위치에 형성될 수 있다. 그리고, 도 11b에는 도 11a에 도시된 상태에서 편광 빔 결합기에 의해 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합된 모습이 도시되어 있다.
한편, 도 8에 도시된 광원 장치(300)에서는 레이저 광원들(311,312,313,321,322,323)이 모두 동일한 편광방향, 예를 들면. 제1 편광 방향을 가지는 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)을 방출하는 경우가 설명되었다. 그러나, 도 7에 도시된 구성과 유사하게, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)은 제1 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출하고, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)은 제2 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출하는 것도 가능하다. 이 경우에는 도 8에 도시된 편광 변환기(392)가 마련되지 않는다.
도 12는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 12를 참조하면, 광원 장치(400)는 기판(401) 상에 마련되는 레이저 광원들, 반사미러들 및 빔 결합기를 포함한다. 레이저 광원들은 서로 이격되어 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들(410)과 제2열의 레이저 광원들(420)을 포함할 수 있다. 제1열의 레이저 광원들(410)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(411,412,413)을 포함할 수 있다. 제2열의 레이저 광원들(420)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(421,422,423)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1열의 레이저 광원들(410)과 제2열의 레이저 광원들(420)은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.
제1열의 레이저 광원들(410)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(411,412,413)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출하고, 제2열의 레이저 광원들(420)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(421,422,423)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출한다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 동일한 파장 범위를 가질 수 있다.
도 12에 도시된 광원 장치(400)에서 레이저 광원들(411,412,413,421,422,423)의 구성은 도 1과 동일하다. 구체적으로, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(411,412,413)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 간섭되지 않도록 소정 크기의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(411,412,413)은 기판(401)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다. 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(421,422,423)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 간섭되지 않도록 소정 크기의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(421,422,423)은 기판(401)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다. 서로 인접하는 제1열의 레이저 광원(410)과 제2열의 레이저 광원(420)은 동일한 높이의 평면 상에 마련되어 있다.
반사미러들은 제2열의 레이저 광원들(420)의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들(470)과 제1열의 레이저 광원들(410)의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들(480)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3열의 반사미러들(470)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 반사시키는 제1, 제2 및 제3 반사미러(471,472,473)를 포함할 수 있으며, 제4열의 반사미러들(480)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 반사시키는 제4, 제5 및 제6 반사미러(481,482,483)를 포함할 수 있다.
제1 레이저 광원(411)과 제1 반사미러(471) 사이에는 제1 FAC 렌즈(431) 및 제1 SAC 렌즈(451)가 마련될 수 있으며, 제2 레이저 광원(412)과 제2 반사미러(472) 사이에는 제2 FAC 렌즈(432) 및 제2 SAC 렌즈(452)가 마련될 수 있고, 제3 레이저 광원(413)과 제3 반사미러(473) 사이에는 제3 FAC 렌즈(433) 및 제3 SAC 렌즈(453)가 마련될 수 있다. 그리고, 제4 레이저 광원(421)과 제4 반사미러(481) 사이에는 제4 FAC 렌즈(441) 및 제4 SAC 렌즈(461)가 마련될 수 있으며, 제5 레이저 광원(422)과 제5 반사미러(482) 사이에는 제5 FAC 렌즈(442) 및 제5 SAC 렌즈(462)가 마련될 수 있고, 제6 레이저 광원(423)과 제6 반사미러(483) 사이에는 제6 FAC 렌즈(443) 및 제6 SAC 렌즈(463)가 마련될 수 있다. .
빔 결합기는 서로 다른 파장의 빔들을 결합시키는 파장 빔 결합기(493)를 포함할 수 있다. 이러한 파장 빔 결합기(493)로는 예를 들면 다이크로익 미러(dichroic mirror)가 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 제3열의 반사미러들(470)과 파장 빔 결합기(493) 사이에는 제1 파장 선택 소자(495)가 마련될 수 있으며, 제4열의 반사미러들(480)과 파장 빔 결합기(493) 사이에는 제2 파장 선택 소자(496)가 마련될 수 있다.
제1 파장 선택 소자(495)는 입사되는 빔의 파장 범위 중에서 제1 파장 범위 만을 선택적으로 투과시킬 수 있으며, 제2 파장 선택 소자(496)는 입사되는 빔의 파장 범위 중에서 제1 파장 범위 만을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 이러한 제1 및 제2 파장 선택 소자(495,496)로는 예를 들면, VBG(Volume Bragg Grating)이 사용될 수 있다.
상기와 같은 구조의 광원 장치(400)에서, 제1 내지 제6 레이저 광원(411,412,413,421,422,423)으로부터 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 방출된다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 동일한 파장 범위를 가질 수 있다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이어서, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2 및 제3 반사미러(471,472,473)에 의해 반사되며, 여기서 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 또한, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5 및 제6 반사미러(481,482,483)에 의해 반사되며, 여기서 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합될 수 있다.
다음으로, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1 파장 선택 소자(495)에 입사된다. 제1 파장 선택 소자(495)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 파장 범위 중 제1 파장 범위만을 선택적으로 투과시킨다. 이와 같이, 제1 파장 선택 소자(495)를 경유함으로써 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러(491)에 의해 반사된 후 파장 빔 결합기(493)에 입사된다. 그리고, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제2 파장 선택 소자(496)에 입사된다. 제2 파장 선택 소자(496)는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)의 파장 범위 중 제2 파장 범위만을 선택적으로 투과시킨다. 이러한 제2 파장 선택 소자를 경유함으로써 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 파장 빔 결합기(494)에 입사된다.
파장 빔 결합기(494)는 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 반사시키고, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 투과시킴으로써 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합될 수 있다. 그리고, 이렇게 결합된 레이저 빔들(L1~L6)은 결합 렌즈(494)를 통해 광섬유(499)에 커플링될 수 있다.
본 실시예에 따른 광원 장치(400)에서는 2개열의 레이저 광원들(411,412,413,421,422,423)을 서로 엇갈리게 배치하고, 반사미러들(471,472,473,481,482,483)을 레이저 광원들(411,412,413,421,422,423)의 외측에 마련함으로써 보다 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다. 또한, 서로 다른 파장 범위를 가지는 레이저 빔들(L1~L6)을 결합하여 광 섬유에 입사시킬 수도 있다.
도 12에 도시된 광원 장치에서는 서로 인접하는 제1열의 레이저 광원(410)과 제2열의 레이저 광원(420)이 동일한 높이의 평면 상에 마련되어 있는 경우가 설명되었다. 그러나 도 8 및 도 9에 도시된 구성과 유사하게 서로 인접하는 제1열의 레이저 광원(410)과 제2열의 레이저 광원(420)이 단차를 가지도룩 마련되는 것도 가능하며, 이외에도 레이저 광원들(411,412,413,421,422,423)은 다양한 형태로 마련될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다. 도 13에 도시된 광원 장치(500)는 제1열의 레이저 광원들(510)로부터 방출되는 레이저 빔들(L1,L2,L3)의 파장 범위와 제2열의 레이저 광원들(520)로부터 방출되는 레이저 빔들(L4,L5,L6)의 파장 범위가 다르다는 점과, 제1 및 제2 파장 선택 소자가 마련되어 있지 않다는 점을 제외하면 도 12에 도시된 광원 장치(400)와 동일하다.
도 13을 참조하면, 제1열의 레이저 광원들(510)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(511,512,513)은 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(511,512,513)은 기판(501)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(520)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(521,522,523)은 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출할 수 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(521,522,523)은 기판(501)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2 및 제3 FAC 렌즈(531,532,533)와 제1, 제2 및 제3 SAC 렌즈(551,552,553)를 경유한 다음, 제3열의 반사미러들(570,즉, 제1, 제2 및 제3 반사미러(571,572,573)에 의해 반사된다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 그리고, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5 및 제6 FAC 렌즈(541,542,543)와 제4, 제5 및 제6 SAC 렌즈(561,562,563)를 경유한 다음, 제4열의 반사미러들(580, 즉, 제4, 제5 및 제6 반사미러(581,582,583))에 의해 반사된다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 공간적으로 결합될 수 있다.
이어서, 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러(591)에 의해 반사된 후 파장 빔 결합기(593)에 입사되고, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)도 파장 빔 결합기(593)에 입사된다. 파장 빔 결합기(593)는 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 반사시키고, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 투과시킴으로써 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합될 수 있다. 이렇게 결합된 제1 내지 제1 내지 제6 레이저 빔은 결합 렌즈(594)를 통해 광섬유(599)에 커플링될 수 있다.
이상의 실시예들에 의하면, 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 공간적 및 편광적으로 결합함으로써 고효율 및 고출력의 광원 장치를 구현할 수 있다. 또한, 레이저 광원들을 서로 엇갈리게 배치하고, 반사미러들을 레이저 광원들의 외측에 마련함으로써 보다 컴팩트한 구조의 광원 장치를 제작할 수 있다. 또한, 서로 다른 파장 범위를 가지는 레이저 빔들을 결합하여 광 섬유에 입사시킬 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100,200,300,400,500.. 광원 장치
101,201,301,401,501.. 기판
101a,301a.. 제1면
101b,301b.. 제2면
101c,301c.. 제3면
301d.. 제4면
301e.. 제5면
301f.. 제6면
110,210,310,410,510.. 제1열의 레이저 광원들
111,211,311,411,511.. 제1 레이저 광원
112,212,312,412,512.. 제2 레이저 광원
113,213,313,413,513.. 제3 레이저 광원
120,220,320,420,520.. 제2열의 레이저 광원들
121,221,321,421,521.. 제4 레이저 광원
122,222,322,422,522.. 제5 레이저 광원
123,223,323,423,523.. 제6 레이저 광원
131,231,331,431,531.. 제1 FAC 렌즈
132,232,332,432,532.. 제2 FAC 렌즈
133,233,333,433,533.. 제3 FAC 렌즈
141,241,341,441,541.. 제4 FAC 렌즈
142,242,342,442,542.. 제5 FAC 렌즈
143,243,343,443,543.. 제6 FAC 렌즈
151,251,351,451,551.. 제1 SAC 렌즈
152,252,352,452,552.. 제2 SAC 렌즈
153,253,353,453,553.. 제3 SAC 렌즈
161,261,361,461,561.. 제4 SAC 렌즈
162,262,362,462,562.. 제5 SAC 렌즈
163,263,363,463,563.. 제6 SAC 렌즈
170,270,370,470,570.. 제3열의 반사미러들
171,271,371,471,571.. 제1 반사미러
172,272,372,472,572.. 제2 반사미러
173,273,373,473,573.. 제3 반사미러
180,280,380,480,580.. 제4열의 반사미러들
181,281,381,481,581.. 제4 반사미러
182,282,382,482,582.. 제5 반사미러
183,283,383,483,583.. 제6 반사미러
191,291,391,491,591.. 미러
192,392.. 편광 변환기(polarization converter)
193,293,393.. 편광 빔 결합기(polarization beam combiner)
194,294,394,494,594.. 결합 렌즈(coupling lens)
199,299,399,499,599.. 광섬유
493,593.. 파장 빔 결합기(wavelength beam combiner)
495.. 제1 파장 선택 소자
496.. 제2 파장 선택 소자

Claims (16)

  1. 서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
    상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
    상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 빔 결합기(beam combiner);를 포함하고,
    상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
    상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접한 한 쌍의 상기 제1열의 레이저 광원과 상기 제2열의 레이저 광원은 동일한 높이의 평면 상에 마련되는 광원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접한 한 쌍의 상기 제1열의 레이저 광원과 상기 제2열의 레이저 광원은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제3열의 반사미러들 사이 및 상기 제2열의 레이저 광원들과 상기 제4열의 반사미러들 사이에는 FAC(Fast Axis Collimating) 렌즈들이 마련되는 광원 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3열의 반사미러들과 상기 FAC 렌즈들 사이 및 상기 제4열의 반사미러들과 상기 FAC 렌즈들 사이에는 SAC(Solw Axis Collimating) 렌즈들이 마련되는 광원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 결합기는 편광 빔 결합기(polarization beam combiner)를 포함하고, 상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 편광 변환기(polarization converter)가 마련되는 광원 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 결합기는 파장 빔 결합기(wavelength beam combiner)를 포함하고, 상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제1 파장 선택 소자가 마련되고, 상기 제4열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제2 파장 선택 소자가 마련되는 광원 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 결합기에 의해 결합된 레이저 빔들을 광섬유에 커플링시키는 결합 렌즈(coupling lens)를 더 포함하는 광원 장치.
  9. 서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
    상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
    상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 편광 빔 결합기;를 포함하고,
    상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
    상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 동일한 편광 방향(polarization direction)을 가지는 광원 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 편광 변환기가 마련되는 광원 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 다른 편광 방향을 가지는 광원 장치.
  13. 서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
    상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
    상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 파장 빔 결합기;를 포함하고,
    상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
    상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 동일한 파장 범위를 가지는 광원 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제1 파장 선택 소자가 마련되고, 상기 제4열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제2 파장 선택 소자가 마련되는 광원 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파장 선택 소자는 VBG(Volume Bragg Grating)을 포함하는 광원 장치.
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