KR20190137199A - 멀티 펄스 레이저 생성 장치 - Google Patents
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Abstract
멀티 펄스 레이저 생성 장치 및 그 방법을 제공한다. 멀티 펄스 레이저 생성 장치는 i) 제1 레이저빔을 출사하는 제1 펄스 레이저 생성부, ii) 제1 레이저빔이 입사되어 제1 레이저빔의 파장을 변형시키는 파장 제어판, iii) 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 펄스 레이저 생성부, iv) 파장 제어판을 통과한 제1 레이저빔과 제2 레이저빔이 만나서 결합되어 출사되는 합성판, v) 합성판으로부터 출사된 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 반사 굴절시키는 반사판, 및 vi) 반사판에서 반사 굴절된 제1 레이저빔과 제2 레이저빔이 입사되어 증폭되는 증폭부를 포함한다.
Description
본 발명은 멀티 펄스 레이저 생성 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 멀티 펄스의 레이저들을 생성하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
레이저는 직진성을 가지며 단일 파장으로 단시간내에 높은 출력을 낼 수 있다. 레이저는 피부 조직에 흡수되면 발열 작용과 광화학적인 변화를 일으켜 해당 물질을 변화시키는 특성을 가진다. 따라서 레이저는 잡티, 주근깨, 색소 침착, 문신, 혈관 질환, 주름, 여드름 등의 피부 질환 치료에 사용되고 있다.
레이저로 피부를 치료하는 경우, 레이저의 파장과 펄스 듀레이션을 적절히 선택하여 피부내 발색단을 표적화한다. 이 경우, 상이한 발색단들은 상이한 특성의 레이저들에만 치료 효과가 있다. 만약, 적절한 레이저를 사용하지 않는 경우, 표적 주위 피부가 손상된다. 따라서 상이한 발색단들을 한번에 치료하기 위해서는 다양한 레이저 발생 장치들을 구비할 필요가 있다.
동일한 파장 또는 상이한 파장을 가진 레이저들을 손실없이 하나의 레이저로 합친 멀티 펄스 레이저 생성 장치를 제공하고자 한다. 또한, 전술한 멀티 펄스 레이저의 생성 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치는, i) 제1 레이저빔을 출사하는 제1 펄스 레이저 생성부, ii) 제1 레이저빔이 입사되어 제1 레이저빔의 파장을 변형시키는 파장 제어판, iii) 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 펄스 레이저 생성부, iv) 파장 제어판을 통과한 제1 레이저빔과 제2 레이저빔이 만나서 결합되어 출사되는 합성판, v) 합성판으로부터 출사된 제1 레이저빔과 제2 레이저빔을 반사 굴절시키는 반사판, 및 vi) 반사판에서 반사 굴절된 제1 레이저빔과 제2 레이저빔이 입사되어 증폭되는 증폭부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치는, i) 제1 레이저빔을 출사하는 제1 펄스 레이저 생성부, ii) 제1 레이저빔을 반사 굴절시키는 반사판, iii) 반사판으로부터 제1 레이저빔이 입사되어 제1 레이저빔의 파장을 변형시키는 파장 제어판, iv) 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 펄스 레이저 생성부, v) 파장 제어판을 통과한 제1 레이저빔과 제2 레이저빔이 만나서 결합되어 출사되는 합성판, vi) 합성판에서 출사된 제1 레이저빔과 제2 레이저빔이 입사되어 증폭되는 증폭부를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치는, i) 제1 레이저빔을 출사하는 제1 펄스 레이저 생성부, ii) 제1 레이저빔을 반사 굴절시키는 복수의 반사판들, iii) 복수의 반사판들 중 어느 한 반사판에서 출사된 제1 레이저빔이 입사되어 증폭되는 증폭부, iv) 증폭부로부터 제1 레이저빔이 입사되어 제1 레이저빔의 파장을 변형시키는 파장 제어판, v) 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 펄스 레이저 생성부, 및 vi) 파장 제어판을 통과한 제1 레이저빔과 제2 레이저빔이 만나서 결합되어 출사되는 합성판을 포함한다.
합성판은, i) 합성판 본체, ii) 합성판 본체 위에 형성되고, 제1 레이저빔과 만나며, 제1 레이저빔과 45°를 이루고, 반사 방지막을 포함하는 제1면, 및 iii) 제1면에서 멀어지는 방향을 향하고, 제2 레이저빔과 만나며, 제2 레이저빔과 45°를 이루고, 편광판을 포함하는 제2면을 포함할 수 있다. 제1 레이저빔의 파장과 제2 레이저빔의 파장이 755nm 및 1064nm로 이루어진 파장들 중에서 각각 어느 한 파장이고, 다른 한 파장인 경우, 제1면에서 제1 레이저빔의 투과율이 90% 이상이고, 제2면에서 제2 레이저빔의 반사율이 98% 이상일 수 있다. 좀더 바람직하게는, 제1 레이저빔의 투과율이 98% 이상일 수 있다.
파장 제어판은 제2 레이저빔의 파장을 1/2 또는 1/4로 변조할 수 있다. 제1 펄스 레이저 생성부 및 제2 펄스 레이저 생성부 중 어느 한 펄스 레이저 생성부는 나노초 레이저 생성부이고, 다른 한 펄스 레이저 생성부는 피코초 레이저 생성부일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 방법은, i) 제1 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계, ii) 제1 레이저빔의 진행 방향과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계, iii) 제1 레이저빔이 파장 제어판을 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광되는 단계, iv) 제2 레이저빔이 합성판으로 45°로 입사되면서 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과하는 단계, v) S파 레이저빔이 합성판에서 45°로 반사되어 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계, vi) P파 레이저빔과 S파 레이저빔이 반사 굴절되는 단계, 및 vii) 반사 굴절된 P파 레이저빔과 S파 레이저빔이 증폭되는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 방법은, i) 제1 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계, ii) 제1 레이저빔이 반사 굴절되는 단계, iii) 반사 굴절된 제1 레이저빔이 파장 제어판을 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광되는 단계, iv) 제1 레이저빔의 진행 방향과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계, v) 제2 레이저빔이 합성판으로 45°로 입사되면서 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과하는 단계, vi) S파 레이저빔이 합성판에서 45°로 반사되어 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계, 및 vii) 출사된 P파 레이저빔과 S파 레이저빔이 증폭되는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 방법은, i) 제1 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계, ii) 제1 레이저빔이 반사 굴절되는 단계, iii) 반사 굴절된 제1 레이저빔이 증폭되는 단계, iv) 증폭된 제1 레이저빔이 파장 제어판을 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광되는 단계, v) 제1 레이저빔의 진행 방향과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계, vi) 제2 레이저빔이 합성판으로 45°로 입사되면서 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과하는 단계, 및 vii) S파 레이저빔이 합성판에서 45°로 반사되어 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계를 포함한다.
S파 레이저빔이 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계에서, S파 레이저빔 및 P파 레이저빔은 피코초 펄스 및 나노초 펄스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 펄스를 포함할 수 있다. 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔 중 어느 한 레이저빔은 나노초 펄스를 가지고, 다른 레이저빔은 피코초 펄스를 가지며, 나노초 펄스는 5ns 내지 10ns의 파장을 가지고, 피코초 펄스는 150ps 내지 1000ps의 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치를 사용하여 손실없이 동일하거나 상이한 파장의 레이저들을 함께 사용할 수 있다. 예를 들면, 피코초 레이저빔과 나노초 레이저빔을 합쳐서 조사할 수 있으므로, 피부 질환을 효율적으로 치료할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 작동 원리를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1의 합성판을 III-III 선을 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 개략적인 도면이다.
도 6은 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치를 통해 출력되는 펄스 듀레이션 그래프이다.
도 7은 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 다양한 사용예의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 작동 원리를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1의 합성판을 III-III 선을 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 개략적인 도면이다.
도 6은 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치를 통해 출력되는 펄스 듀레이션 그래프이다.
도 7은 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 다양한 사용예의 개략적인 도면이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 사용하는 '레이저'라는 용어는 펄스 레이저 또는 연속광 레이저를 의미한다. '레이저'는 임의의 파장 대역을 가질 수 있다. 예를 들면, UV(Ultra violet) 대역, 가시광(Visible light) 대역, 또는 IR(Infra-red) 대역을 들 수 있다. 또한, '발생 광'이라는 용어는 레이저를 신체 조직에 조사시 발생하는 모든 광들을 의미한다. 예를 들면, '발생 광'은 플라즈마 광, 반사광, 산란광, 또는 형광광을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)을 개략적으로 나타낸다. 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 멀티 펄스 레이저 생성 장치의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)는 합성판(10), 반사판(17), 제1 펄스 레이저 생성부(30), 제2 펄스 레이저 생성부(20), 및 증폭부(40)를 포함한다. 이외에 필요에 따라, 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)는 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
제1 펄스 레이저 생성부(30)는 제1 펄스를 가지는 레이저를 생성한다. 제1 펄스 레이저 생성부(30)는 전반사 거울(301), 1/4 파장판(303), Q 스위치(305), 고에너지 편광자(307), 및 플래쉬램프 챔버(309)를 포함한다. 이외에, 제1 펄스 레이저 생성부(30)는 필요에 따라 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
플래쉬램프 챔버(309)는 플래쉬 램프(미도시)와 로드(미도시)를 포함한다. 플래쉬 램프는 전원을 공급받아 레이저빔을 출사한다. 로드(rod)는 플래쉬 램프로부터 입력된 레이저빔을 증폭 발진한다. 로드의 소재로는 예를 들면 Nd:YAG를 사용할 수 있다. 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이, 전반사 거울(301)은 플래쉬램프 챔버(309)로부터 출력되는 레이저빔을 전반사시킨다.
전반사된 광은 1/4 파장판(303)을 통과하면서 변조된다. Q 스위치(305)는 레이저빔을 제1 펄스로 Q 스위치하여 공진 증폭시킨다. Q 스위치(305)는 모드 로킹(mode locking)과 함께 레이저 매질내의 방출 에너지를 한꺼번에 끄집어내기 위하여 사용한다. 예를 들면, Q 스위치(305)는 1064nm 파장의 나노초 펄스를 가지는 레이저빔을 출력할 수 있다. Q 스위치(305)는 레이저빔의 Q를 순간적으로 변화시킴으로써 레이저빔을 비발진 상태에서 발진 상태로 갑자기 이행시켜 펄스의 피크 출력을 크게 만든다. 레이저빔은 출력 거울(311)을 통하여 제1 펄스 레이저 생성부(30)의 외부로 출사된다.
파장 제어판(19)은 제1 펄스 레이저 생성부(30)에서 출력된 제1 펄스 레이저빔의 파장을 변형한다. 즉, 제1 펄스 레이저 생성부(30)에서 출사된 레이저빔의 파장을 1/2 또는 1/4로 변조하여 S파 레이저빔으로 변조한다. 파장 제어판은 빠른 축에 대해 느린 축으로 가는 편광 방향의 레이저광을 반파장 또는 1/4 파장만큼 차이가 나도록 만든다. 따라서 파장 제어판을 돌리면 빠른 축 방향이 돌려지고, 이로써 빠른 축에 대한 편광 성분을 조절할 수 있다. 그 결과, 편광 방향이 전체적으로 돌아간다. 예를 들면, 빠른 축과 편광 방향의 일치를 0도로 정의하는 경우, 45도를 돌리면 편광은 90도가 돌아간다. 즉, 돌리고 싶은 편광의 절반에 해당하는 각도가 되도록 파장 제어판을 돌려서 조절할 수 있다.
제2 펄스 레이저 생성부(20)는 합성판(10)을 향해 제2 펄스 레이저빔을 출사한다. 제2 펄스 레이저빔의 진행 방향은 제1 펄스 레이저빔의 진행 방향과 직교한다. 즉, 제2 펄스 레이저빔은 -x축 방향을 따라 진행하고, 제1 펄스 레이저빔은 +y축 방향을 따라 진행한다.
합성판(10)에서는 제1 펄스 레이저빔과 제2 펄스 레이저빔이 결합한다. 합성판(10)은 이들 두 레이저빔들을 합성하여 멀티 펄스 레이저빔을 출사한다. 합성판(10)의 상세한 구조는 추후에 도 3을 통하여 좀더 상세하게 설명한다.
다음으로, 멀티 펄스 레이저빔, 즉 제1 펄스 레이저빔과 제2 펄스 레이저빔은 반사판(17)에 의해 증폭부(40)측으로 반사 굴절된다. 즉, 멀티 펄스 레이저빔은 -x축 방향으로 진행하다가 90도 반사되어 -y축 방향으로 진행한다. 반사판(17)을 이용하여 멀티 펄스 레이저빔의 진행 방향을 변경시켜서 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)의 부피를 최소화할 수 있다.
증폭부(40)는 플래쉬램프 챔버(309), KTP(KTiOPO4, Potassium Titanyl Phosphate)(401), 출력 반사 거울(403)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 증폭부(40)는 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
멀티 펄스 레이저빔, 즉 제1 펄스 레이저빔과 제2 펄스 레이저빔은 증폭부(40)에 입시되어 증폭된다. 좀더 구체적으로, 플래쉬램프 챔버(309)는 멀티 펄스 레이저빔을 재증폭시킨다. 그 결과, 고출력의 멀티 펄스 레이저빔을 얻을 수 있다. KTP(401)를 적용하는 경우, 멀티 펄스 레이저빔의 파장을 특정 파장으로 변환시킬 수 있다. 예를 들면, 1064nm 파장의 멀티 펄스 레이저빔이 입사되는 경우, 이 중 일부를 532nm 파장의 레이저빔으로 변환시켜 출력 반사 거울(403)을 통해 외부로 출사할 수 있다. KTP(401)는 정방형 결정으로서, 허용되는 온도의 폭이 크고, 허용되는 위상 정합의 각도도 여유가 있으며, 고출력의 입사광에 대해서도 좋은 내구성을 가진다. 또한, KTP(401)는 투명하므로, 자외선부터 근적외선까지 걸쳐서 광대역 파장의 투과가 용이하다.
도 1에서 제1 펄스 레이저빔과 제2 펄스 레이저빔은 각각 피코초 펄스 레이저빔과 나노초 펄스 레이저빔이 될 수 있다. 즉, 제1 펄스 레이저빔이 피코초 펄스 레이저빔인 경우, 제2 펄스 레이저빔은 나노초 펄스 레이저빔이다. 반대로, 제1 펄스 레이저빔이 나노초 펄스 레이저빔인 경우, 제2 펄스 레이저빔은 피코초 펄스 레이저빔이다. 이는 추후에 설명하는 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에도 동일하게 적용된다.
도 2는 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)의 작동 원리를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)의 작동 원리는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 이를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 레이저 소스부(L1) 및 제2 레이저 소스부(L2)에서 각각 제1 레이저빔 및 제2 레이저빔이 제공된다. 제1 레이저 소스부(L1)로부터 출사된 제1 레이저빔은 제2 레이저빔과 직각 교차하도록 +y축 방향을 향한다. 제1 레이저빔은 파장 제어판(19)를 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광된다. S파 레이저빔은 합성판(10)으로 입사해 -x축 방향으로 반사된다. 이를 위해 합성판(10)은 제1 레이저빔의 진행 방향 및 제2 레이저빔의 진행 방향과 각각 45°를 이룬다. 그 결과, 합성판(10)에서 반사된 S파 레이저빔과 P파 레이저빔을 함께 가지는 멀티 펄스 레이저빔으로 출사될 수 있다. 이 레이저빔은 피코초 펄스 및 나노초 펄스를 포함한다.
한편, 제2 레이저 소스부(L2)로부터 조사되어 -x축 방향을 향해 직진하는 제2 레이저빔은 조사되어 합성판(10)으로 입사된다. 제2 레이저빔은 비편향되거나 P파 레이저빔일 수 있다. 합성판(10)으로 입사된 제2 레이저빔은 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과한다.
여기서, 제1 레이저빔과 제2 레이저빔은 모두 755nm의 파장 또는 1064nm의 파장을 가질 수 있다. 또한, 제1 레이저빔과 제2 레이저빔은 755nm의 파장과 1064nm의 파장을 교번하여 가질 수 있다. 이 경우, 제1 레이저빔의 투과율은 90% 이상일 수 있다. 또한, 제2 레이저빔의 반사율은 98% 이상일 수 있다.
종래에는 동일한 파장을 가지는 2개의 레이저빔들을 하나로 결합하는 경우, 투과율 50% 및 반사율 50%에 불과하여 에너지 효율이 낮았다. 이와는 대조적으로 본 발명의 일 실시예에서는 투과율과 반사율 손실이 거의 없는 레이저빔을 생성할 수 있다. 즉, 90% 이상의 투과율과 98% 이상의 반사율을 가진 레이저빔을 생성할 수 있다. 좀더 바람직하게는, 2개의 레이저빔들의 파장이 서로 다른 경우, 98% 이상의 투과율과 98% 이상의 반사율을 가진 레이저빔을 얻을 수 있다.
그 결과, 다양한 치료 목적에 부합하는 레이저 소스들을 임의로 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 손발톱진균증을 치료하는 경우 1064nm 파장의 레이저빔이 적합하므로, 제1 레이저 소스부 및 제2 레이저 소스부에 Nd:YAG를 사용할 수 있다. 1064nm 파장의 레이저빔을 5ps의 펄스폭과 10kHz의 펄스반복율을 가지는 피코초 레이저로 사용할 수 있다. 또는, 나노초 레이저로도 사용할 수 있다.
또한, 흑색 선조를 치료하는 경우, 755nm 파장의 레이저빔이 적합하다. 755nm 파장의 레이저빔을 피코초 레이저나 나노초 레이저로 사용할 수 있다. 이 경우, 제1 레이저 소스부 및 제2 레이저 소스부에 알렉산드라이트를 사용한다. 나아가, 이들을 혼합하여 각각 제1 레이저 소스부 및 제2 레이저 소스부에 사용할 수도 있다. 이외에도, 파장에 있어서 193nm의 엑시머, 488-514nm의 아르곤, 532nm의 KTP, 585-595nm의 Dye, 694nm의 루비, 808-980nm의 다이오드, 1320nm의 Nd:YAG, 2940nm의 Er:YAG, 10,600nm의 CO2 등을 사용할 수도 있다. 이러한 다양한 파장의 레이저들을 혼합하는 경우, 치료 효과를 높일 수 있다. 따라서 P파 레이저빔과 S파 레이저빔으로 편광한 후 합성하는 방법을 통하여 다양한 파장의 레이저들을 혼합한다. 그 결과, 서로 다른 파장의 레이저들을 혼합하거나 같은 파장의 레이저들을 용이하게 혼합할 수 있다.
도 3은 도 1의 합성판(10)의 단면 구조를 확대하여 나타낸다. 즉, 도 3은 III-III선을 따라 자른 합성판(10)의 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 합성판(10)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 합성판(10)의 단면 구조를 다른 형태도로 변형할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 합성판(10)은 합성판 본체(101), 제1면(103) 및 제2면(105)을 포함한다. 이외에 필요에 따라 합성판(10)은 다른 요소들을 더 포함할 수 있다. 제1면(103) 및 제2면(105)은 합성판 본체(101)를 가공하여 형성되거나 가공된 후 합성판 본체(101)에 부착될 수 있다. 또한, 제1면(103) 및 제2면(105)은 합성판 본체(101)와 동일한 소재를 사용하여 제조할 수 있다.
합성판 본체(101)는 프리즘으로 사용되는 유리, 좀더 구체적으로 BK7 광학 유리로 제조된다. 이외에, 수정, 사파이어 또는 용융 실리카(fused silica)로 제조될 수도 있다. 합성판 본체(101)는 수 mm 단위 두께의 원판 형태를 가진다. 렌즈의 유효경(clear aperture)은 합성판 본체(101) 직경의 85% 정도일 수 있다. 평탄도는 633nm 파장빔에서 λ/8이다.
제1면(103)은 합성판 본체(101) 위에 형성된다. 제1면(103)은 합성판 본체(101) 위에 일체로 형성될 수 있고, 합성판 본체(101)와 별도로 코팅 등에 의해 형성될 수도 있다. 제1면(103)은 V형 반사 방지막(anti-reflection, AR)을 포함한다. 반사 방지막은 투과하는 광의 양을 극대화하고 원하지 않는 광의 반사를 최소화한다. 반사 방지막의 표면 반사율은 1% 이하이고, 그 투과율은 95% 이상이다. 반사 방지막은 나노 크기의 광학 돌기들로 이루어질 수 있다. 여기서, 광학 돌기들은 1nm 내지 100nm의 높이로 형성된다. 광학 돌기들은 유리를 산 용액으로 습식 식각하여 형성할 수 있다.
이러한 제1면(103)을 이용하는 경우, 제2 레이저빔에 대한 P파 반사율은 0.25% 이하로 조절된다. 특히, 제2 레이저빔이 1064nm 파장을 가지는 경우, P파 반사율을 최소화할 수 있다. 따라서 제2 레이저빔의 P파 성분만 손실되지 않고 합성판(10)을 통과한다.
제1면(103)에서 멀어지는 방향을 향하는 제2면(105)도 합성판 본체(101) 위에 형성된다. 제2면(105)은 합성판 본체(101) 위에 일체로 형성될 수 있고, 합성판 본체(101)와 코팅 등에 의해 별도로 형성될 수도 있다. 제2면(105)은 고출력 편광판(high power plate polarizer, HPPB)으로 되어 있다. 고출력 편광판은 입사광, 비편광빔, 단색빔을 각각 S 성분 및 P 성분으로 분리시킬 수 있다. 고출력 편광판은 BK7 광학 유리로 제조될 수 있다.
제2면(105)을 이용하는 경우, S파 레이저빔의 반사율은 98% 이상이며, P파 레이저빔의 투과율은 90% 이상이다. 그 결과, 합성판(10)은 제1 레이저빔의 성분 중 S파 레이저빔만 반사시켜서 출사하고, P파 레이저빔은 그대로 통과시킨다. 따라서 합성판(10)에 의해 S파 레이저빔 성분만을 좀더 잘 추출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 멀티 펄스 레이저 생성 장치(200)는 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 펄스 레이저 생성부(30)에서 생성된 제1 펄스 레이저빔은 반사판(17)에 의해 반사되어 파장 제어판(19)에서 그 파장이 변형된다. 즉, S파 성분만 포함하는 제1 펄스 레이저빔으로 변형된다. 제1 펄스 레이저빔은 -x축 방향으로 진행하다가 90도로 반사되어 -y축 방향으로 진행한다. 제1 펄스 레이저빔과 제2 펄스 레이저빔은 합성판(10)에서 결합된다. 제1 펄스 레이저빔과 제2 펄스 레이저빔은 증폭부(40)에서 증폭된 후 외부로 출사된다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티 펄스 레이저 생성 장치(300)를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 멀티 펄스 레이저 생성 장치(300)는 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1 펄스 레이저 생성부(30)에서 생성된 제1 펄스 레이저빔은 2개의 이웃한 반사판들(17)에 의해 두차례 90도로 꺾이면서 반사되어 증폭부(40)로 입사된다. 그 결과, 멀티 펄스 레이저 생성 장치(300)의 부피를 최소화할 수 있다. 증폭부(40)에서 증폭된 제1 펄스 레이저빔은 파장 제어판(19)에서 그 파장이 변형된다. 즉, S파 성분만 포함하는 제1 펄스 레이저빔으로 변형된다. 제2 펄스 레이저 생성부(20)는 제1 펄스 레이저빔과 교차하는 방향, 즉 -x축 방향으로 제2 펄스 레이저빔을 -x축 방향으로 투과하여 출사한다. 제1 펄스 레이저빔과 제2 펄스 레이저빔은 합성판(10)에서 멀티 펄스 레이저빔으로 결합된다. 제2 펄스 레이저빔은 합성판(10)을 투과하여 -x축 방향으로 진행한다. 멀티 펄스 레이저빔, 즉 제1 펄스 레이저빔과 제2 펄스 레이저빔은 외부로 출사된다.
도 6은 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)로부터 출력되는 결합된 레이저빔 펄스의 그래프를 나타낸다. 도 6의 레이저빔 펄스는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 레이저빔 펄스의 형태를 다르게 변형할 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 레이저빔 펄스는 피코초 펄스 및 나노초 펄스가 혼합된 형태를 가진다. 도 6의 상부에는 피코초 펄스를 나타내고, 도 6의 하부에는 나노초 펄스를 편의상 설명을 위해 각각 별개로 분리하여 나타내었지만 실제로 이들은 혼합된 형태로 나타난다. 도 6의 상부에 나타낸 1000ps 및 150ps의 피코초 펄스는 실제로 150ps 내지 1000ps의 파장을 가질 수 있다. 한편, 도 6의 하부에 나타낸 10ns 및 5ns의 나노초 펄스는 실제로 5ns 내지 10ns의 파장을 가질 수 있다. 레이저빔 펄스에는 이러한 피코초 펄스 및 나노초 펄스가 함께 결합되어 있다.
이와 같이 결합된 레이저빔이 주기적으로 조사되므로, 레이저가 적어도 하나의 펄스 단위로 조사되어 끊기기 전까지의 펄스 인가 기간은 매 주기가 될 수 있다. 그 결과, 레이저빔을 피부 등에 조사하는 경우, 치료 대상 부위의 치료 효과를 극대화할 수 있다. 즉, 멀티 펄스 레이저빔들이 교번하여 반복적으로 조사되므로, 실질적인 레이저 치료 시간을 단축하고 치료 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 도 1의 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)의 다양한 사용예들을 개략적으로 나타낸다. 이러한 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)의 사용예들은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)의 사용예들을 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 7에 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 멀티 펄스 레이저 생성 장치(100)에 후단에 7 관절암(미도시) 또는 유리섬유 케이블(미도시)을 연결하고 다양한 핸드피스들(300, 400, 500)을 결합하여 사용할 수 있다. 즉, 치료 용도에 맞게 맞춤형으로 각 핸드피스들(300, 400, 500)을 적용한다.
예를 들면, 핸드피스(300)는 렌즈, 좀더 구체적으로 마이크로 렌즈 어레이(3001)를 포함한다. 마이크로 렌즈 어레이(3001)는 하나의 레이저빔을 다수의 레이저빔들로 분할할 수 있다. 각 개구의 상은 S파 레이저빔과 P파 레이저빔을 축소시켜 포커싱하는 방법으로 치료 부위에 집중되어 그 치료 효과를 높일 수 있다.
한편, 핸드피스(400)는 초점 렌즈(4001)와 회절광학소자(diffractive optical elements, DOE)(4003)를 포함한다. 초점 렌즈(4001)와 회절광학소자(4003)를 함께 사용하여 멀티 펄스 레이저빔을 치료할 대상에 조사함으로써 치료 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 핸드피스(500)는 줌인 및 줌아웃이 가능하므로, 이를 통해 치료 부위에 집중되는 레이저의 강도를 조절할 수 있다. 그 결과, 치료 대상물의 효율적인 치료가 가능하다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10. 합성판
17. 반사판
18. 반사 출사판
19. 파장 제어판
20. 제2 펄스 레이저 생성부
30. 제1 펄스 레이저 생성부
40. 증폭부
100, 200, 300. 멀티 펄스 레이저 생성 장치
101. 합성판 본체
103, 105. 면
300, 400, 500. 핸드피스
301. 전반사 거울
303. 1/4 파장판
305. Q 스위치
307. 고에너지 편광자
309. 플래쉬램프 챔버
311. 출력 거울
401. KTP
403. 출력 반사 거울
3001. 마이크로 렌즈 어레이
4001. 초점 렌즈
4003. 회절광학소자
17. 반사판
18. 반사 출사판
19. 파장 제어판
20. 제2 펄스 레이저 생성부
30. 제1 펄스 레이저 생성부
40. 증폭부
100, 200, 300. 멀티 펄스 레이저 생성 장치
101. 합성판 본체
103, 105. 면
300, 400, 500. 핸드피스
301. 전반사 거울
303. 1/4 파장판
305. Q 스위치
307. 고에너지 편광자
309. 플래쉬램프 챔버
311. 출력 거울
401. KTP
403. 출력 반사 거울
3001. 마이크로 렌즈 어레이
4001. 초점 렌즈
4003. 회절광학소자
Claims (13)
- 제1 레이저빔을 출사하는 제1 펄스 레이저 생성부,
상기 제1 레이저빔이 입사되어 상기 제1 레이저빔의 파장을 변형시키는 파장 제어판,
상기 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 펄스 레이저 생성부,
상기 파장 제어판을 통과한 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔이 만나서 결합되어 출사되는 합성판,
상기 합성판으로부터 출사된 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔을 반사 굴절시키는 반사판, 및
상기 반사판에서 반사 굴절된 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔이 입사되어 증폭되는 증폭부
를 포함하는 멀티 펄스 레이저 생성 장치. - 제1 레이저빔을 출사하는 제1 펄스 레이저 생성부,
상기 제1 레이저빔을 반사 굴절시키는 반사판,
상기 반사판으로부터 상기 제1 레이저빔이 입사되어 상기 제1 레이저빔의 파장을 변형시키는 파장 제어판,
상기 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 펄스 레이저 생성부,
상기 파장 제어판을 통과한 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔이 만나서 결합되어 출사되는 합성판,
상기 합성판에서 출사된 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔이 입사되어 증폭되는 증폭부
를 포함하는 멀티 펄스 레이저 생성 장치. - 제1 레이저빔을 출사하는 제1 펄스 레이저 생성부,
상기 제1 레이저빔을 반사 굴절시키는 복수의 반사판들,
상기 복수의 반사판들 중 어느 한 반사판에서 출사된 상기 제1 레이저빔이 입사되어 증폭되는 증폭부,
상기 증폭부로부터 상기 제1 레이저빔이 입사되어 상기 제1 레이저빔의 파장을 변형시키는 파장 제어판,
상기 제1 레이저빔과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 출사하는 제2 펄스 레이저 생성부, 및
상기 파장 제어판을 통과한 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔이 만나서 결합되어 출사되는 합성판
을 포함하는 멀티 펄스 레이저 생성 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
상기 합성판은,
합성판 본체,
상기 합성판 본체 위에 형성되고, 상기 제1 레이저빔과 만나며, 상기 제1 레이저빔과 45°를 이루고, 반사 방지막을 포함하는 제1면, 및
상기 제1면에서 멀어지는 방향을 향하고, 상기 제2 레이저빔과 만나며, 상기 제2 레이저빔과 45°를 이루고, 편광판을 포함하는 제2면
을 포함하는 멀티 펄스 레이저 생성 장치. - 제4항에서,
상기 제1 레이저빔의 파장과 상기 제2 레이저빔의 파장이 755nm 및 1064nm로 이루어진 파장들 중에서 각각 어느 한 파장이고, 다른 한 파장인 경우, 상기 제1면에서 상기 제1 레이저빔의 투과율이 90% 이상이고, 상기 제2면에서 상기 제2 레이저빔의 반사율이 98% 이상인 멀티 펄스 레이저 생성 장치. - 제5항에서,
상기 제1 레이저빔의 투과율이 98% 이상인 멀티 펄스 레이저 생성 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
상기 파장 제어판은 상기 제2 레이저빔의 파장을 1/2 또는 1/4로 변조하는 멀티 펄스 레이저 생성 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
상기 제1 펄스 레이저 생성부 및 상기 제2 펄스 레이저 생성부 중 어느 한 펄스 레이저 생성부는 나노초 레이저 생성부이고, 다른 한 펄스 레이저 생성부는 피코초 레이저 생성부인 멀티 펄스 레이저 생성 장치. - 제1 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계,
상기 제1 레이저빔의 진행 방향과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계,
상기 제1 레이저빔이 파장 제어판을 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광되는 단계,
상기 제2 레이저빔이 합성판으로 45°로 입사되면서 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과하는 단계,
상기 S파 레이저빔이 상기 합성판에서 45°로 반사되어 상기 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계,
상기 P파 레이저빔과 상기 S파 레이저빔이 반사 굴절되는 단계, 및
상기 반사 굴절된 상기 P파 레이저빔과 상기 S파 레이저빔이 증폭되는 단계
를 포함하는 멀티 펄스 레이저 생성 방법. - 제1 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계,
상기 제1 레이저빔이 반사 굴절되는 단계,
상기 반사 굴절된 상기 제1 레이저빔이 파장 제어판을 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광되는 단계,
상기 제1 레이저빔의 진행 방향과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계,
상기 제2 레이저빔이 합성판으로 45°로 입사되면서 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과하는 단계,
상기 S파 레이저빔이 상기 합성판에서 45°로 반사되어 상기 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계, 및
상기 출사된 상기 P파 레이저빔과 상기 S파 레이저빔이 증폭되는 단계
를 포함하는 멀티 펄스 레이저 생성 방법. - 제1 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계,
상기 제1 레이저빔이 반사 굴절되는 단계,
상기 반사 굴절된 상기 제1 레이저빔이 증폭되는 단계,
상기 증폭된 상기 제1 레이저빔이 파장 제어판을 통과하면서 S파 레이저빔으로 편광되는 단계,
상기 제1 레이저빔의 진행 방향과 교차하는 방향으로 제2 레이저빔을 생성하여 출사하는 단계,
상기 제2 레이저빔이 합성판으로 45°로 입사되면서 P파 레이저빔으로 편광되어 직진 통과하는 단계, 및
상기 S파 레이저빔이 상기 합성판에서 45°로 반사되어 상기 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계
를 포함하는 멀티 펄스 레이저 생성 방법. - 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
상기 S파 레이저빔이 상기 P파 레이저빔과 함께 출사되는 단계에서, 상기 상기 S파 레이저빔 및 상기 P파 레이저빔은 피코초 펄스 및 나노초 펄스로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 펄스를 포함하는 멀티 펄스 레이저 생성 방법. - 제12항에서,
상기 제1 레이저빔 및 상기 제2 레이저빔 중 어느 한 레이저빔은 나노초 펄스를 가지고, 다른 레이저빔은 피코초 펄스를 가지며,
상기 나노초 펄스는 5ns 내지 10ns의 파장을 가지고,
상기 피코초 펄스는 150ps 내지 1000ps의 파장을 가지는 멀티 펄스 레이저 생성 방법.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013546172A (ja) * | 2010-10-18 | 2013-12-26 | サイマー インコーポレイテッド | Ｅｕｖ光源のためのシード保護を備える発振器−増幅器駆動レーザー |
| CN104503098A (zh) * | 2014-11-26 | 2015-04-08 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 激光合束系统 |
| JP2017194686A (ja) * | 2016-04-19 | 2017-10-26 | リモ パテントフェルヴァルトゥング ゲーエムベーハー ウント コー．カーゲーＬＩＭＯ Ｐａｔｅｎｔｖｅｒｗａｌｔｕｎｇ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ | レーザ装置 |
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