KR20220053318A - 레이저 커플링 장치 - Google Patents

레이저 커플링 장치 Download PDF

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KR20220053318A
KR20220053318A KR1020200137629A KR20200137629A KR20220053318A KR 20220053318 A KR20220053318 A KR 20220053318A KR 1020200137629 A KR1020200137629 A KR 1020200137629A KR 20200137629 A KR20200137629 A KR 20200137629A KR 20220053318 A KR20220053318 A KR 20220053318A
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mirror
chamber
laser
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laser beam
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KR1020200137629A
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정세웅
김길석
유재명
장우신
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이노레이 주식회사
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    • 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
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Abstract

본 발명은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하되, 상기 제1 부분은 레이저 광원, 상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔의 경로를 결정하도록 구성되는 제1 내지 제3 미러들, 상기 제2 미러와 인접하게 배치되는 제1 검출기, 및 상기 제3 미러와 인접하게 배치되는 제2 검출기를 포함하고, 상기 제2 부분은 집속 장치, 상기 집속 장치와 이격되며 밀폐된 내부 공간을 갖는 챔버, 상기 챔버와 연결되는 펌프, 상기 챔버의 내부로부터 상기 챔버의 외부로 연장되며, 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하는 광섬유를 포함하고, 상기 제1 및 제2 미러들은 각각 액추에이터를 포함하고, 상기 제1 및 제2 검출기들에서 모니터링된 상기 레이저 빔의 위치에 따라 상기 액추에이터가 동작하도록 구성되고, 상기 집속 장치는 상기 레이저 빔을 상기 광섬유의 상기 코어에 집속시키는 레이저 커플링 장치를 제공한다.

Description

레이저 커플링 장치{Laser coupling apparatus}
본 발명은 레이저 커플링 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광섬유 코어의 오염을 방지하면서 레이저 빔을 광섬유에 자동 정렬시킬 수 있는 레이저 커플링 장치에 관한 것이다.
디스플레이, 반도체, 이차 전지 산업 등에서 미세 가공 및 고에너지 가공에 적합한 레이저 가공의 비중이 점점 늘고 있다. 특히 안정적으로 높은 품질의 빔을 발생시킬 수 있는 고체 레이저가 선호되고 있다. 또한 레이저 빔을 전송하는 방법 중 광섬유 전송 방식은 빔 전송의 자유도가 높고, 장비 내 설치와 운용에 장점이 있어 선호되고 있다. 이러한 광섬유 전송 방식을 산업용 고체 레이저에 적용하고자 하는 연구가 진행 중이다.
본 발명의 일 기술적 과제는 광섬유 코어의 오염을 방지할 수 있는 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 레이저 빔을 광섬유에 집속하는 자동 정렬 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 커플링 장치는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하되, 상기 제1 부분은 레이저 광원, 상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔의 경로를 결정하도록 구성되는 제1 내지 제3 미러들, 상기 제2 미러와 인접하게 배치되는 제1 검출기, 및 상기 제3 미러와 인접하게 배치되는 제2 검출기를 포함하고, 상기 제2 부분은 집속 장치, 상기 집속 장치와 이격되며 밀폐된 내부 공간을 갖는 챔버, 상기 챔버와 연결되는 펌프, 상기 챔버의 내부로부터 상기 챔버의 외부로 연장되며, 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하는 광섬유를 포함하고, 상기 제1 및 제2 미러들은 각각 액추에이터를 포함하고, 상기 제1 및 제2 검출기들에서 모니터링된 상기 레이저 빔의 위치에 따라 상기 액추에이터가 동작하도록 구성되고, 상기 집속 장치는 상기 레이저 빔을 상기 광섬유의 상기 코어에 집속시킬 수 있다.
상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔은 상기 제1 내지 제3 미러들에서 차례로 반사되어 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 미러에서 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제1 검출기로 진행하고, 다른 일부는 상기 제3 미러로 진행하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 검출기로 진행하는 빔의 세기는 상기 제3 미러로 진행하는 빔의 세기보다 작을 수 있다.
상기 제3 미러에서 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제2 검출기로 진행하고, 다른 일부는 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 검출기로 진행하는 빔의 세기는 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하는 빔의 세기보다 작을 수 있다.
상기 액추에이터는 상기 제1 미러 또는 상기 제2 미러를 회전시키도록 구성될 수 있다.
상기 챔버는 상기 집속 장치와 인접하는 윈도우 및 상기 윈도우를 둘러싸는 하우징을 포함하고, 상기 윈도우는 고 투과율(high transmittance, HR)을 갖도록 코팅되고, 상기 하우징은 상기 챔버의 내부를 외부로부터 밀폐시킬 수 있다.
상기 펌프는 유입구 및 유출구를 포함하고, 상기 펌프는 상기 유입구 및 상기 유출구를 통해 상기 챔버의 내부 공간과 연결될 수 있다.
상기 펌프는 진공 펌프(vacuum pump), 수냉식 냉각기(pure water chiller) 및 공기 발생기(clean air generator) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 코어의 굴절률은 상기 클래드의 굴절률보다 크고, 상기 코어의 직경은 0.2 mm 내지 0.6 mm일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 커플링 장치는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하되, 상기 제1 부분은 레이저 광원, 상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔의 경로를 결정하도록 구성되는 제1 내지 제3 미러들, 상기 제2 미러와 인접하게 배치되는 제1 검출기, 및 상기 제3 미러와 인접하게 배치되는 제2 검출기를 포함하고, 상기 제2 부분은 하우징에 의해 밀폐된 내부 공간을 갖는 챔버, 상기 하우징의 내부 또는 상기 하우징의 일 부분에 제공되는 집속 장치, 상기 챔버와 연결되는 펌프, 상기 챔버의 내부로부터 상기 챔버의 외부로 연장되며, 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하는 광섬유를 포함하고, 상기 제1 및 제2 미러들은 각각 액추에이터를 포함하고, 상기 제1 및 제2 검출기들에서 모니터링된 상기 레이저 빔의 위치에 따라 상기 액추에이터가 동작하도록 구성되고, 상기 집속 장치는 상기 레이저 빔을 상기 광섬유의 상기 코어에 집속시킬 수 있다.
상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔은 상기 제1 내지 제3 미러들에서 차례로 반사되어 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 미러에서 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제1 검출기로 진행하고, 다른 일부는 상기 제3 미러로 진행하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 검출기로 진행하는 빔의 세기는 상기 제3 미러로 진행하는 빔의 세기보다 작을 수 있다.
상기 제3 미러에서 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제2 검출기로 진행하고, 다른 일부는 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하도록 구성될 수 있다.
상기 제2 검출기로 진행하는 빔의 세기는 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하는 빔의 세기보다 작을 수 있다.
상기 액추에이터는 상기 제1 미러 또는 상기 제2 미러를 회전시키도록 구성될 수 있다.
상기 집속 장치는 상기 하우징의 내부에 제공되고, 상기 챔버는 상기 집속 장치와 인접한 상기 하우징의 일 부분에 제공되는 윈도우를 포함하고, 상기 윈도우는 고 투과율(high transmittance, HR)을 갖도록 코팅될 수 있다.
상기 펌프는 유출구를 포함하는 진공 펌프(vacuum pump)이고, 상기 펌프는 상기 유출구를 통해 상기 챔버의 내부 공간과 연결되며, 상기 유출구를 통해 상기 챔버의 내부의 고진공 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 커플링 장치는 광섬유 코어의 오염을 방지하여 광섬유의 손상을 방지 또는 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 커플링 장치는 레이저 빔을 광섬유에 자동 정렬시킴으로써 커플링 효율 및 출력 빔의 품질을 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 커플링 장치를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 4는 미스얼라인(misalign)의 크기에 따른 커플링 효율의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 미스얼라인의 크기에 따른 출력 빔의 프로파일(profile)을 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 설명의 편의를 위하여 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 방향, 형상 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 방향, 형상이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역, 방향 또는 형상을 다른 영역, 방향 또는 형상과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 커플링 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 커플링 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 커플링 장치는 제1 부분(10) 및 제2 부분(20)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 레이저 커플링 장치의 제1 부분(10)은 레이저 광원(110), 제1 미러(111), 제2 미러(112), 제3 미러(113), 제1 검출기(131), 및 제2 검출기(132)를 포함할 수 있다.
레이저 광원(110)은, 예를 들어, 고체 레이저를 포함할 수 있다. 일 예로, 레이저 광원(110)은 반복률이 약 1 kHz이고, 펄스 에너지가 약 1mJ이며, 중심 파장이 약 532 nm인 고체 레이저를 포함할 수 있다.
레이저 광원(110)에서 방출된 레이저 빔(L)은 제1 내지 제3 미러들(111, 112, 113)에서 차례로 반사될 수 있다. 다시 말하면, 제1 내지 제3 미러들(111, 112, 113)은 레이저 빔(L)의 경로를 결정할 수 있다. 구체적으로, 레이저 광원(110)에서 방출된 레이저 빔(L)은 먼저 제1 미러(111)에서 반사되어 제2 미러(112)로 진행할 수 있다.
제2 미러(112)에서 레이저 빔(L)의 일부는 제1 검출기(131)로 진행하고, 다른 일부는 제3 미러(113)로 진행할 수 있다. 제1 검출기(131)는 제2 미러(112)에 인접하게 배치될 수 있다. 제1 검출기(131)로 진행하는 빔의 세기는 제3 미러(113)로 진행하는 빔의 세기보다 작을 수 있다.
제3 미러(113)에서 레이저 빔(L)의 일부는 제2 검출기(132)로 진행하고, 다른 일부는 제2 부분(20)으로 진행할 수 있다. 제2 검출기(132)는 제3 미러(113)에 인접하게 배치될 수 있다. 제2 검출기(132)로 진행하는 빔의 세기는 제2 부분(20)으로 진행하는 빔의 세기보다 작을 수 있다. 구체적으로, 제3 미러(113)에서 반사된 레이저 빔(L)은 후술하는 제2 부분(20)의 집속 장치(210)로 진행할 수 있다.
제1 미러(111) 및 제2 미러(112)는 각각 제1 액추에이터(121) 및 제2 액추에이터(122)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 액추에이터들(121, 122)은 제1 미러(111) 또는 제2 미러(112)의 중심축 상에 제공될 수 있고, 제1 미러(111) 또는 제2 미러(112)를 소정의 각도만큼 회전시킬 수 있다.
제1 검출기(131)는 제2 미러(112)를 통과한 레이저 빔(L)을 감지 및 모니터링할 수 있고, 제2 검출기(132)는 제3 미러(113)를 통과한 레이저 빔(L)을 감지 및 모니터링할 수 있다. 제1 및 제2 검출기들(131, 132)에서 모니터링되는 레이저 빔(L)의 위치에 따라, 제1 액추에이터(121) 및 제2 액추에이터(122)가 동작할 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 시점 또는 서로 다른 위치에서 방출되는 레이저 빔(L)은 제3 미러(113) 상의 실질적으로 동일한 지점에 도달할 수 있다. 도시되지 않았으나, 제1 및 제2 검출기들(131, 132)의 신호를 전달받아 제1 및 제2 액추에이터들(121, 122)에 전달하는 제어부가 제공될 수 있다.
제1 및 제2 액추에이터들(121, 122) 및 제1 및 제2 검출기들(131, 132)에 의해 제1 미러(111) 및 제2 미러(112)가 자동으로 조정될 수 있고, 이에 따라 별도의 미세한 얼라인 조정 없이 레이저 빔(L)을 자동 정렬시킬 수 있다. 레이저 빔(L)의 자동 정렬에 의해 본 발명에 따른 레이저 커플링 장치의 커플링 효율 및 출력 빔의 품질이 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 커플링 장치의 제2 부분(20)은 집속 장치(210), 챔버(220), 펌프(230), 및 광섬유(240)를 포함할 수 있다. 집속 장치(210)는, 예를 들어, 레이저 빔(L)을 집속시키는 렌즈일 수 있다.
챔버(220)는 윈도우(221) 및 윈도우(221)를 둘러싸는 하우징(222)을 포함할 수 있다. 윈도우(221)는 집속 장치(210)와 인접하는 하우징(222)의 일 부분에 제공될 수 있고, 고 투과율(high transmittance, HR)을 갖도록 코팅될 수 있다. 챔버(220) 내부는 윈도우(221) 및 하우징(222)에 의해 외부로부터 밀폐될 수 있다. 일 예로, 집속 장치(210)는 챔버(220)의 외부에 제공될 수 있다. 집속 장치(210) 및 챔버(220)는 레이저 빔(L)의 진행 방향으로 서로 이격될 수 있다.
펌프(230)는 유입구(inlet, 231) 및 유출구(outlet, 232)를 포함할 수 있고, 유입구(231) 및 유출구(232)를 통해 챔버(220) 내부의 공간과 연결될 수 있다. 펌프(230)는, 예를 들어, 진공 펌프(vacuum pump), 수냉식 냉각기(pure water chiller), 또는 공기 발생기(clean air generator)일 수 있다. 펌프(230)가 진공 펌프인 경우, 유입구(231)는 생략될 수 있다. 펌프(230)가 진공 펌프인 경우, 펌프(230)는 유출구(232)를 통해 챔버(220) 내부의 고진공 상태를 유지할 수 있다. 펌프(230)가 수냉식 냉각기 또는 공기 발생기인 경우, 펌프(230)는 유입구(231)를 통해 순수한 물(pure water)이나 청정 공기(clean air)를 챔버(220) 내부에 유입시키고, 오염된 물 또는 공기를 유출구(232)를 통해 챔버(220) 외부로 유출시킬 수 있다. 즉, 펌프(230)는 챔버(220) 내부의 오염을 방지 또는 최소화하고, 이를 통해 레이저 빔(L)이 집속되는 광섬유(240)의 오염을 방지 또는 최소화할 수 있다.
광섬유(240)는 코어(241) 및 코어(241)를 둘러싸는 클래드(242)를 포함할 수 있다. 광섬유(240)는 챔버(220) 내부로부터 제2 부분(20) 외부로 연장될 수 있고, 챔버(220)의 하우징(222)에 의해 일 부분이 둘러싸일 수 있다. 코어(241)의 굴절률은 클래드(242)의 굴절률보다 클 수 있다. 예를 들어, 코어(241)의 직경은 약 0.2 mm 내지 1 mm일 수 있다. 보다 바람직하게는, 코어(241)의 직경은 약 0.2 mm 내지 0.6 mm일 수 있다.
제1 부분(10)의 제3 미러(113)에서 반사된 레이저 빔(L)의 일부는 집속 장치(210)를 통과할 수 있다. 집속 장치(210)를 통과하는 레이저 빔(L)은 챔버(220)의 윈도우(221)를 통과하여 광섬유(240)의 코어(241)로 집속될 수 있다. 집속 장치(210)를 통과하기 전의 레이저 빔(L)은 코어(241)의 직경보다 큰 직경을 가지나, 집속 장치(210)에 의해 레이저 빔(L)의 직경은 광섬유(240)의 단부에서 코어(241)의 직경보다 작거나 같아질 수 있다.
펌프(230)의 동작에 의해, 레이저 빔(L)이 집속되는 광섬유(240)의 단부의 오염 및 손상이 방지 또는 최소화될 수 있다. 보다 구체적으로, 레이저 빔(L)에 의해 코어(241)의 단부에 존재하는 오염 물질이 연소되어 발생하는 손상이 방지 또는 최소화될 수 있고, 이에 따라 본 발명에 따른 레이저 커플링 장치의 커플링 효율 및 출력 빔의 품질이 개선될 수 있다.
(실험례)
하기 [표 1] 및 [표 2]를 참조하여 5개의 샘플들(n=5)의 조건(스크래치 유무 및 오염 물질의 종류)에 따른 커플링 효율과 광섬유의 온도 상승 발생 여부, 단부 손상 유무, 퓨즈 발생 여부 등을 설명한다. 커플링 효율은 접속 손실(connection loss)의 정도로 판단할 수 있다. 접속 손실이 높을수록 커플링 효율이 낮고, 접속 손실이 낮을수록 커플링 효율이 높을 수 있다.
조건(스크래치 유무) 접속 손실(dB) 결과
스크래치 없음 0.12 변화 없음(n=5)
폴리싱 스크래치 0.18 변화 없음(n=5)
5 ㎛ 스크래치 0.78 온도 상승 발생(n=5)
조건(오염 물질의 종류) 접속 손실(dB) 결과
에탄올(Ethanol) 0.14 변화 없음(n=5)
오일(Oil from hand) 0.21 변화 없음(n=5)
굴절률 매칭 오일(Index matching oil) 0.64 변화 없음(n=2)
온도 상승 발생(n=3)
에폭시 수지(Epoxy resin with carbon) 0.67 변화 없음(n=1)
온도 상승 발생(n=2)
단부 손상(n=2)
니켈 도금막(Ni plating) 1.39 온도 상승 발생(n=2)
단부 손상(n=3)
흑색 잉크(Oil-based black ink) 0.24 단부 손상(n=4)
퓨즈 발생(n=1)
인청동(Phosphor bronze) 1.12 변화 없음(n=1)
단부 손상(n=3)
퓨즈 발생(n=1)
상기 [표 1] 및 [표 2]를 참조하면, 스크래치는 그 자체만으로 단부 손상을 가져오지는 않을 수 있다. 다만, 스크래치로 인해 다른 오염 물질이 쉽게 증착될 수 있다. 또한, 흑색 잉크의 경우처럼 접속 손실은 적으나 단부가 손상되거나 퓨즈가 발생할 수 있다. 본 발명의 레이저 커플링 장치에 따르면 광섬유(240)의 단부의 오염 및 손상이 방지 또는 최소화될 수 있다. 결과적으로, 코어(241)의 단부에 존재하는 오염 물질이 연소되어 발생하는 손상이 방지 또는 최소화될 수 있고, 이에 따라 본 발명에 따른 레이저 커플링 장치의 커플링 효율 및 출력 빔의 품질이 개선될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 레이저 커플링 장치를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1을 참조하여 설명한 것과 동일한 사항에 대한 설명은 생략하고 차이점에 대하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 일 예로, 집속 장치(210)는 챔버(220)의 내부에 제공될 수 있다. 제1 부분(10)의 제3 미러(113)에서 반사된 레이저 빔(L)의 일부는 챔버(220)의 윈도우(221)를 통과할 수 있다. 챔버(220)의 윈도우(221)를 통과한 레이저 빔(L)은 집속 장치(210)에 도달할 수 있고, 집속 장치(210)에 의해 광섬유(240)의 코어(241)로 집속될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 레이저 커플링 장치를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1 또는 도 2를 참조하여 설명한 것과 동일한 사항에 대한 설명은 생략하고 차이점에 대하여 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 일 예로, 집속 장치(210)는 하우징(222)의 일 부분에 제공될 수 있다. 챔버(220) 내부는 집속 장치(210) 및 하우징(222)에 의해 외부로부터 밀폐될 수 있다. 집속 장치(210)가 하우징(222)의 일 부분에 제공되는 경우 도 1 및 도 2와 같은 별도의 윈도우(221, 도 1, 도 2 참조)는 제공되지 않을 수 있다. 집속 장치(210)의 레이저 빔(L)의 진행 방향으로의 두께는 하우징(222)의 레이저 빔(L)의 진행 방향으로의 두께보다 큰 것으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 4는 미스얼라인의 크기에 따른 커플링 효율의 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 가로축은 미스얼라인의 크기를 나타내고, 단위는 mm이다. 세로축은 상대적인 커플링 효율을 나타내고, 단위는 없다. 미스얼라인의 크기는 횡방향(lateral direction)으로 측정될 수 있다.
도 4를 참조하면, 횡방향으로 측정된 미스얼라인의 크기가 약 0.3 mm보다 작을 경우 커플링 효율은 1로 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 다만, 미스얼라인의 크기가 약 0.3 mm에서 약 0.7 mm으로 증가함에 따라 커플링 효율은 급격히 감소할 수 있고, 미스얼라인의 크기가 약 0.7 mm 이상이 되면 커플링 효율은 0에 가까울 수 있다.
도 5 및 도 6은 미스얼라인의 크기에 따른 출력 빔의 프로파일을 설명하기 위한 도면들이다. 미스얼라인의 크기는 횡방향으로 측정될 수 있고, d로 표현되며, 단위는 mm이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 미스얼라인의 크기가 증가할수록 출력 빔의 중심부의 밀도가 작아질 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 제1 부분 및 제2 부분을 포함하되,
    상기 제1 부분은:
    레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔의 경로를 결정하도록 구성되는 제1 내지 제3 미러들;
    상기 제2 미러와 인접하게 배치되는 제1 검출기; 및
    상기 제3 미러와 인접하게 배치되는 제2 검출기를 포함하고,
    상기 제2 부분은:
    집속 장치;
    상기 집속 장치와 이격되며 밀폐된 내부 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버와 연결되는 펌프;
    상기 챔버의 내부로부터 상기 챔버의 외부로 연장되며, 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하는 광섬유를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 미러들은 각각 액추에이터를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 검출기들에서 모니터링된 상기 레이저 빔의 위치에 따라 상기 액추에이터가 동작하도록 구성되고,
    상기 집속 장치는 상기 레이저 빔을 상기 광섬유의 상기 코어에 집속시키는 레이저 커플링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔은 상기 제1 내지 제3 미러들에서 차례로 반사되어 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하도록 구성되는 레이저 커플링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 미러에서 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제1 검출기로 진행하고, 다른 일부는 상기 제3 미러로 진행하도록 구성되는 레이저 커플링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 검출기로 진행하는 빔의 세기는 상기 제3 미러로 진행하는 빔의 세기보다 작은 레이저 커플링 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제3 미러에서 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제2 검출기로 진행하고, 다른 일부는 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하도록 구성되는 레이저 커플링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 검출기로 진행하는 빔의 세기는 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하는 빔의 세기보다 작은 레이저 커플링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 제1 미러 또는 상기 제2 미러를 회전시키도록 구성되는 레이저 커플링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 집속 장치와 인접하는 윈도우 및 상기 윈도우를 둘러싸는 하우징을 포함하고,
    상기 윈도우는 고 투과율(high transmittance, HR)을 갖도록 코팅되고,
    상기 하우징은 상기 챔버의 내부를 외부로부터 밀폐시키는 레이저 커플링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는 유입구 및 유출구를 포함하고,
    상기 펌프는 상기 유입구 및 상기 유출구를 통해 상기 챔버의 내부 공간과 연결되는 레이저 커플링 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는 진공 펌프(vacuum pump), 수냉식 냉각기(pure water chiller) 및 공기 발생기(clean air generator) 중 어느 하나인 레이저 커플링 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어의 굴절률은 상기 클래드의 굴절률보다 크고,
    상기 코어의 직경은 0.2 mm 내지 0.6 mm인 레이저 커플링 장치.
  12. 제1 부분 및 제2 부분을 포함하되,
    상기 제1 부분은:
    레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 레이저 빔의 경로를 결정하도록 구성되는 제1 내지 제3 미러들;
    상기 제2 미러와 인접하게 배치되는 제1 검출기; 및
    상기 제3 미러와 인접하게 배치되는 제2 검출기를 포함하고,
    상기 제2 부분은:
    하우징에 의해 밀폐된 내부 공간을 갖는 챔버;
    상기 하우징의 내부 또는 상기 하우징의 일 부분에 제공되는 집속 장치;
    상기 챔버와 연결되는 펌프;
    상기 챔버의 내부로부터 상기 챔버의 외부로 연장되며, 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하는 광섬유를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 미러들은 각각 액추에이터를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 검출기들에서 모니터링된 상기 레이저 빔의 위치에 따라 상기 액추에이터가 동작하도록 구성되고,
    상기 집속 장치는 상기 레이저 빔을 상기 광섬유의 상기 코어에 집속시키는 레이저 커플링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔은 상기 제1 내지 제3 미러들에서 차례로 반사되어 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하도록 구성되는 레이저 커플링 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 미러에서 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제1 검출기로 진행하고, 다른 일부는 상기 제3 미러로 진행하도록 구성되는 레이저 커플링 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 검출기로 진행하는 빔의 세기는 상기 제3 미러로 진행하는 빔의 세기보다 작은 레이저 커플링 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제3 미러에서 상기 레이저 빔의 일부는 상기 제2 검출기로 진행하고, 다른 일부는 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하도록 구성되는 레이저 커플링 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제2 검출기로 진행하는 빔의 세기는 상기 제2 부분의 상기 집속 장치로 진행하는 빔의 세기보다 작은 레이저 커플링 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 제1 미러 또는 상기 제2 미러를 회전시키도록 구성되는 레이저 커플링 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 집속 장치는 상기 하우징의 내부에 제공되고,
    상기 챔버는 상기 집속 장치와 인접한 상기 하우징의 일 부분에 제공되는 윈도우를 포함하고,
    상기 윈도우는 고 투과율(high transmittance, HR)을 갖도록 코팅되는 레이저 커플링 장치.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 펌프는 유출구를 포함하는 진공 펌프(vacuum pump)이고,
    상기 펌프는 상기 유출구를 통해 상기 챔버의 내부 공간과 연결되며, 상기 유출구를 통해 상기 챔버의 내부의 고진공 상태를 유지하도록 구성되는 레이저 커플링 장치.
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