KR20220089097A - Laser package module - Google Patents

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KR20220089097A
KR20220089097A KR1020200179411A KR20200179411A KR20220089097A KR 20220089097 A KR20220089097 A KR 20220089097A KR 1020200179411 A KR1020200179411 A KR 1020200179411A KR 20200179411 A KR20200179411 A KR 20200179411A KR 20220089097 A KR20220089097 A KR 20220089097A
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KR
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laser
emitted
package module
collimator lens
optical element
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Application number
KR1020200179411A
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Inventor
이준호
최선작
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한국전자기술연구원
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    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
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    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈은 레이저를 출사하는 광원의 레이저 소자; 레이저 소자에서 출사된 레이저의 품질을 변경하는 광학 소자; 및 광학 소자에서 출사된 레이저의 경로를 변경하여 표면발광을 구현하는 거울;을 포함하며, 상기 레이저 소자, 상기 광학 소자 및 상기 거울이 하나의 레이저 광원 장치로 패키징된다.A laser package module according to an embodiment of the present invention comprises: a laser element of a light source emitting a laser; an optical element for changing the quality of the laser emitted from the laser element; and a mirror for realizing surface light emission by changing the path of the laser emitted from the optical element, wherein the laser element, the optical element, and the mirror are packaged as a single laser light source device.

Description

레이저 패키지 모듈{LASER PACKAGE MODULE}Laser Package Module {LASER PACKAGE MODULE}

본 발명은 레이저 패키지 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 소자의 성능 향상을 위한 구조, 특히 고출력 레이저 다이오드의 동작 파장 안정성 및 좁은 레이저빔 선폭 확보를 동시에 구현할 수 있는 구조를 가진 레이저 패키지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a laser package module, and more particularly, to a laser package module having a structure for improving the performance of a laser device, in particular, a structure capable of simultaneously implementing stability of the operating wavelength of a high-power laser diode and securing a narrow laser beam line width. will be.

레이저 다이오드(Laser Diode; LD)는 레이저 광원으로 동작하는 레이저 소자로서, 반도체, 디스플레이, 자동차, 국방, 의료기기 등 다양한 산업 분야에 적용된다.A laser diode (LD) is a laser device that operates as a laser light source, and is applied to various industrial fields such as semiconductors, displays, automobiles, national defense, and medical devices.

하지만, LD는 고출력 동작 시 다양한 문제점이 발생한다. 즉, 고출력 LD는 직선 정렬되지 않은 레이저를 출사한다(이하, “제1 문제점”이라 지칭함). 또한, 고출력 LD는 반도체 p-n 접합(p-n junction)에서 발생하는 열문제로 인하여 동작 파장이 고정되지 않고 심하게 흔들린다(이하, “제2 문제점”이라 지칭함). 뿐만 아니라, 고출력 LD는 파장의 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)이 수 nm 대역으로 넓은 편이며, 출사 레이저의 파장이 일정하지 않은 모드 호핑(mode hopping) 현상 등이 발생한다(이하, “제3 문제점”이라 지칭함).However, various problems occur in the LD operation at high output. That is, the high-power LD emits a laser that is not aligned in a straight line (hereinafter referred to as a “first problem”). In addition, in the high-power LD, the operating wavelength is not fixed and fluctuates severely (hereinafter referred to as a “second problem”) due to a thermal problem occurring in a semiconductor p-n junction. In addition, the high-power LD has a wide wavelength at half maximum (FWHM) of several nm, and mode hopping occurs in which the wavelength of the emitted laser is not constant (hereinafter, ““ referred to as “the third problem”).

이러한 문제점들로 인해, LD를 적용한 응용제품(예를 들어, 광학 센서, 라이다, 3D 레이저 센서 등)에서는 그 동작 시 다양한 문제가 발생할 수밖에 없다. 이에 따라, 고출력 LD의 동작 시 발생하는 문제를 해결하고 그 동작 및 성능을 향상시킬 수 있는 광학 부품을 활용한 기술이 필요한 실정이다.Due to these problems, various problems inevitably occur during operation of LD applied products (eg, optical sensors, lidars, 3D laser sensors, etc.). Accordingly, there is a need for a technology utilizing an optical component capable of solving a problem occurring during the operation of a high-output LD and improving its operation and performance.

하지만, 종래의 경우, 레이저 다이오드 외에 별도로 광학 경로 상에 다양한 광학 부품을 수작업으로 일일이 각 부품을 배치하는 방식을 적용하므로, 그 효율성과 안정도가 떨어진다.However, in the conventional case, since a method of manually arranging various optical components on an optical path other than a laser diode is applied, the efficiency and stability thereof are deteriorated.

KR10- 2015-0071056 AKR10- 2015-0071056 A

상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 레이저 소자의 성능 향상을 위한 구조를 가진 레이저 패키지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a laser package module having a structure for improving the performance of a laser device.

또한, 본 발명은 고출력 레이저 소자가 가지는 동작 파장 가변성에 대해 파장 잠금(wavelength locking)의 동작 안정성을 구현한 레이저 패키지 모듈을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a laser package module that realizes the operation stability of wavelength locking with respect to the variability of the operation wavelength of the high-power laser device.

또한, 본 발명은 고출력에도 매우 좁은 선폭의 레이저를 출사할 수 있는 레이저 패키지 모듈을 제공하는데 그 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a laser package module capable of emitting a laser of a very narrow line width even at high power.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. There will be.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈은, 레이저를 출사하는 광원의 레이저 소자; 레이저 소자에서 출사된 레이저의 품질을 변경하는 광학 소자; 및 광학 소자에서 출사된 레이저의 경로를 변경하여 표면발광을 구현하는 거울;을 포함하며, 상기 레이저 소자, 상기 광학 소자 및 상기 거울이 하나의 레이저 광원 장치로 패키징된다.A laser package module according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, a laser element of a light source for emitting a laser; an optical element for changing the quality of the laser emitted from the laser element; and a mirror for realizing surface light emission by changing the path of the laser emitted from the optical element, wherein the laser element, the optical element, and the mirror are packaged as a single laser light source device.

상기 광학 소자는 상기 레이저 소자에서 출사된 레이저를 직선 정렬(collimation)하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)일 수 있다.The optical element may be a collimator lens for linearly collimating the laser emitted from the laser element.

상기 광학 소자는 상기 레이저 소자에서 출사된 레이저에 대해 외부 공진을 형성함으로써, 상기 레이저 소자에 비해 높은 파장 잠금성(wavelength locking) 및 좁은 선폭의 레이저를 출사하는 볼륨 브레그 그레이팅(Volume Bragg Grating)일 수 있다.The optical element forms an external resonance with respect to the laser emitted from the laser element, thereby emitting a laser having a higher wavelength locking property and a narrower line width than the laser element. can

상기 광학 소자는, 상기 레이저 소자에서 출사된 레이저를 직선 정렬(collimation)하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens); 및 상기 콜리메이터 렌즈에서 출사된 레이저에 대해 외부 공진을 형성함으로써, 상기 레이저 소자에 비해 높은 파장 잠금성(wavelength locking) 및 좁은 선폭의 레이저를 출사하는 볼륨 브레그 그레이팅(Volume Bragg Grating);을 포함할 수 있다.The optical element may include a collimator lens for linearly aligning the laser emitted from the laser element; And by forming an external resonance with respect to the laser emitted from the collimator lens, a volume Bragg grating (Volume Bragg Grating) for emitting a laser of higher wavelength locking and narrow line width compared to the laser device; can

상기 광학 소자는 오목 렌즈 및 볼륨 브레그 그레이팅(Volume Bragg Grating)이 결합된 소자로서, 상기 레이저 소자에서 출사된 레이저를 직선 정렬(collimation)하여 출사하되, 상기 콜리메이터 렌즈에서 출사된 레이저에 대해 외부 공진을 형성함으로써, 상기 레이저 소자에 비해 높은 파장 잠금성(wavelength locking) 및 좁은 선폭의 레이저를 출사할 수 있다.The optical element is a device in which a concave lens and a volume Bragg grating are combined, and the laser emitted from the laser element is linearly aligned and emitted, but external resonance with respect to the laser emitted from the collimator lens. By forming the laser device, it is possible to emit a laser having higher wavelength locking properties and a narrower line width than the laser device.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈은, 레이저를 출사하는 광원의 레이저 소자; 레이저 소자에서 출사된 레이저의 품질을 변경하는 광학 소자; 레이저 소자에서 출사된 레이저를 직선 정렬(collimation)하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens); 및 콜리메이터 렌즈에서 출사된 레이저에 대해 외부 공진을 형성함으로써, 상기 레이저 소자에 비해 높은 파장 잠금성(wavelength locking) 및 좁은 선폭의 레이저를 출사하며, 레이저 경로를 변경하여 표면발광을 구현하는 회절 격자;를 포함하며, 상기 레이저 소자, 상기 콜리메이터 렌즈 및 상기 회절 격자가 하나의 레이저 광원 장치로 패키징된다.A laser package module according to another embodiment of the present invention includes: a laser element of a light source emitting a laser; an optical element for changing the quality of the laser emitted from the laser element; A collimator lens (collimator lens) for linear alignment (collimation) of the laser emitted from the laser element; and a diffraction grating that forms external resonance with respect to the laser emitted from the collimator lens, and emits a laser having a higher wavelength locking property and a narrower line width than the laser device, and implementing surface light emission by changing the laser path; Including, the laser element, the collimator lens, and the diffraction grating are packaged into one laser light source device.

본 발명의 실시예들에 따른 레이저 패키지 모듈은 응용제품에서 하나의 레이저 광원 장치로 적용될 수 있다.The laser package module according to embodiments of the present invention may be applied as one laser light source device in an application product.

상기 응용제품은 광학 센서, 라이다 또는 3D 레이저 센서를 포함할 수 있다.The applications may include optical sensors, lidar or 3D laser sensors.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 레이저 소자의 성능 향상을 위한 구조를 가진 레이저 패키지 모듈을 제공할 수 있는 이점이 있다.The present invention configured as described above has an advantage in that it is possible to provide a laser package module having a structure for improving the performance of a laser device.

즉, 본 발명은 고출력 레이저 소자에서 출사된 레이저를 이용하여 직선 정렬(collimation)된 표면발광을 구현할 수 있는 이점이 있다.That is, the present invention has an advantage in that it is possible to implement a surface light emission in a straight line alignment (collimation) using a laser emitted from a high-power laser device.

또한, 본 발명은 고출력 레이저 소자가 가지는 동작 파장 가변성에 대해 파장 잠금(wavelength locking)의 동작 안정성을 구현할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of realizing the operation stability of the wavelength locking (wavelength locking) with respect to the operating wavelength tunability of the high-power laser device.

또한, 본 발명은 고출력에도 매우 좁은 선폭의 레이저를 출사할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention has the advantage of emitting a laser of a very narrow line width even at high power.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈(100)의 블록 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈(100a)의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈(100b)의 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈(100c)의 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈(100d)의 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈(100e)의 구성을 나타낸다.1 shows a block diagram of a laser package module 100 according to an embodiment of the present invention.
2 shows the configuration of the laser package module 100a according to the first embodiment of the present invention.
3 shows the configuration of the laser package module 100b according to the second embodiment of the present invention.
4 shows the configuration of the laser package module 100c according to the third embodiment of the present invention.
5 shows the configuration of the laser package module 100d according to the fourth embodiment of the present invention.
6 shows the configuration of the laser package module 100e according to the fifth embodiment of the present invention.

본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The above object and means of the present invention and its effects will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily understand the technical idea of the present invention. will be able to carry out In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments, and is not intended to limit the present invention. In the present specification, the singular form also includes the plural form as the case may be, unless otherwise specified in the phrase. In this specification, terms such as “include”, “provide”, “provide” or “have” do not exclude the presence or addition of one or more other components other than the mentioned components.

본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “A 또는 B”, “A 및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.In this specification, terms such as “or” and “at least one” may indicate one of the words listed together, or a combination of two or more. For example, “A or B” and “at least one of A and B” may include only one of A or B, or both A and B.

본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.In the present specification, descriptions according to “for example” and the like may not exactly match the information presented, such as recited properties, variables, or values, tolerances, measurement errors, limits of measurement accuracy, and other commonly known factors The embodiments of the present invention according to various embodiments of the present invention should not be limited by effects such as modifications including .

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘연결되어’ 있다거나 ‘접속되어’ 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 ‘직접 연결되어’ 있다거나 ‘직접 접속되어’ 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.In this specification, when it is described that a certain element is 'connected' or 'connected' to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. It should be understood that there may be On the other hand, when it is said that a certain element is 'directly connected' or 'directly connected' to another element, it should be understood that there is no other element in the middle.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.In this specification, when it is described that a certain element is 'on' or 'in contact with' another element, it may be directly in contact with or connected to the other element, but another element may exist in the middle. It should be understood that On the other hand, when it is described that a certain element is 'directly on' or 'directly' of another element, it may be understood that another element does not exist in the middle. Other expressions describing the relationship between the elements, for example, 'between' and 'directly between', etc. may be interpreted similarly.

본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.In this specification, terms such as 'first' and 'second' may be used to describe various components, but the components should not be limited by the above terms. In addition, the above terms should not be construed as limiting the order of each component, and may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a 'first component' may be referred to as a 'second component', and similarly, a 'second component' may also be referred to as a 'first component'.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein may be used with meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈(100)의 블록 구성도를 나타낸다.1 shows a block diagram of a laser package module 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈(100)은 레이저 소자(110)와, 광학 소자(120)와, 이들 레이저 소자(110) 및 광학 소자(120)를 하나의 레이저 광원 장치로 패키징하는 하우징(housing)(130)을 각각 포함한다.Referring to FIG. 1 , a laser package module 100 according to an embodiment of the present invention includes a laser device 110 , an optical device 120 , and the laser device 110 and the optical device 120 into one. Each of the housings 130 for packaging into the laser light source device is included.

즉, 레이저 패키지 모듈(100)은 레이저 소자(110)가 가지는 제1 내지 제3 문제점 등의 다양한 문제를 해결하기 위해, 레이저 소자(110) 외에도 레이저 품질 향상을 위한 광학 소자(120)가 하나의 패키지 모듈로 구현된 장치이다. 이에 따라, 레이저 패키지 모듈(100)은 광학 센서, 라이다, 3D 레이저 센서 등의 응용제품에서 하나의 레이저 광원 장치로 적용될 수 있다.That is, the laser package module 100 includes an optical element 120 for improving laser quality in addition to the laser element 110 in order to solve various problems such as the first to third problems of the laser element 110 . It is a device implemented as a package module. Accordingly, the laser package module 100 may be applied as one laser light source device in application products such as an optical sensor, lidar, and 3D laser sensor.

레이저 소자(110)는 레이저의 광원으로 동작하는 소자이다. 즉, 레이저 소자(110)는 소스 레이저(Li)를 출사한다. 예를 들어, 레이저 소자(110)는 레이저 다이오드(LD) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The laser device 110 is a device that operates as a light source of a laser. That is, the laser device 110 emits the source laser Li. For example, the laser device 110 may be a laser diode (LD), but is not limited thereto.

도 2 내지 도 6은 각각 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 레이저 패키지 모듈(100a~100e)의 구성을 나타낸다.2 to 6 show the configuration of the laser package modules 100a to 100e according to the first to fifth embodiments of the present invention, respectively.

광학 소자(120)는 레이저 소자(110)에서 출사된 소스 레이저(Li)에 대한 다양한 전기적/광학적 작용을 통해 그 품질을 향상시키는 소자로서, 품질이 향상된 레이저(Lo)를 출사한다. 예를 들어, 광학 소자(120)는 광학 렌즈(121), 거울(122), 볼륨 브레그 그레이팅(Volume Bragg Grating; VBG)(123), 결합 VBG(124), 회절 격자(125) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The optical element 120 is an element that improves the quality of the source laser Li emitted from the laser element 110 through various electrical/optical actions, and emits the improved quality laser Lo. For example, the optical element 120 may include at least one of an optical lens 121 , a mirror 122 , a volume Bragg grating (VBG) 123 , a combined VBG 124 , and a diffraction grating 125 . may include, but is not limited thereto.

이때, 광학 소자(120)에 의한 품질 향상 작용은, 소스 레이저(Li)를 직선 정렬(collimation)하는 작용(이하, “제1 작용”이라 지칭함)과, 소스 레이저(Li)에 대한 파장 잠금(wavelength locking) 작용(이하, “제2 작용”이라 지칭함)과, 소스 레이저(Li)에 비해 좁은 선폭의 레이저(Lo)를 출사하는 작용(이하, “제3 작용”이라 지칭함) 등을 포함할 수 있다. 특히, 제2 작용은 품질 향상 레이저(Lo)가 소스 레이저(Li)에 비해 동작 파장이 고정되고 덜 흔들리는 것으로서, “소스 레이저(Li)에 비해 높은 파장 잠금성을 가진다”라고도 표현될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 작용은 제1 내지 제3 문제점을 각각 해결할 수 있다.In this case, the quality improvement action by the optical element 120 includes an action of linearly collimating the source laser Li (hereinafter referred to as a “first action”) and a wavelength locking ( wavelength locking) action (hereinafter referred to as “the second action”) and the action of emitting a laser (Lo) with a narrower line width compared to the source laser (Li) (hereinafter referred to as the “third action”), etc. can In particular, the second action is that the quality-improving laser Lo has a fixed operating wavelength and is less shaken than the source laser Li, and may also be expressed as “having higher wavelength lockability compared to the source laser Li”. That is, the first to third actions may solve the first to third problems, respectively.

특히, VBG(123)은 주기적으로 결이 같은 패턴이 배열된 경사면을 가진 3차원 격자 회절 소자로서, 표면에서 빛의 회절이 일어나거나 빛이 소자를 통과하는 동안에 흡수 섭동이 발생한다. VBG(123)는 높은 회절 효율과 중심 파장을 선택할 수 있어 다양하게 적용 가능한 특징을 갖는다. VBG(123)는 투과형 또는 반사형일 수 있으며, 중심 파장을 선택할 수 있어 파장 잠금의 구현이 가능하다. 또한, VBG(123)는 온도 변화에 대한 중심 파장의 변화를 줄일 수 있고, 스펙트럼을 좁게 할 수 있으며, 그 외 파장 변화 요인에 대하여 영향을 줄일 수 있다. 또한, VBG(123)는 허용 스펙트럼(가령, 0.1nm 이하)을 좁게 하거나 각도의 허용 범위(가령, 0.1도 이하)를 작게 만들 수 있다.In particular, the VBG 123 is a three-dimensional grating diffraction element having an inclined surface on which a grain-like pattern is periodically arranged, and diffraction of light occurs on the surface or absorption perturbation occurs while light passes through the element. The VBG 123 has high diffraction efficiency and a variety of applicable features because a center wavelength can be selected. The VBG 123 may be a transmissive type or a reflective type, and it is possible to select a central wavelength to implement wavelength locking. In addition, the VBG 123 may reduce the change of the central wavelength with respect to the temperature change, may narrow the spectrum, and may reduce the influence of other wavelength change factors. In addition, the VBG 123 may narrow the tolerance spectrum (eg, 0.1 nm or less) or make the tolerance range of the angle smaller (eg, 0.1 degrees or less).

투과형 VBG는 특정 파장만을 투과시키는 방식으로 특정 파장만 출력 시킴으로 파장 잠금을 가능하게 한다. 이 경우, 원하는 파장 외엔 제거하는 방법으로 설치가 쉽다는 장점이 있지만 효율이 낮다는 단점이 있다. 반면, 반사형 VBG를 사용하여 외부 확장 공진을 형성하면 투과형 VBG보다 효율이 증가한다. 즉, 반사형 VBG는 레이저 광원의 파장이 강력한 외부 확장 공진에 영향을 받아 특정 파장에 모이게 된다. 이에 따라, 주변 파장을 제거하는 투과형 VBG와 달리 주변 파장을 모으는 반사형 VBG가 효율이 더 좋게 된다. 즉, VBG(123)는 반사형 VBG인 것이 바람직할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 투과형 VBG일 수도 있다.Transmissive VBG enables wavelength locking by outputting only a specific wavelength in a way that only transmits a specific wavelength. In this case, it has the advantage of being easy to install by removing other than the desired wavelength, but has the disadvantage of low efficiency. On the other hand, when the reflective VBG is used to form an external expansion resonance, the efficiency is increased compared to the transmissive VBG. That is, in the reflective VBG, the wavelength of the laser light source is affected by strong external expansion resonance and is concentrated at a specific wavelength. Accordingly, unlike the transmissive VBG that removes the peripheral wavelength, the reflective VBG that collects the peripheral wavelength has better efficiency. That is, the VBG 123 may be preferably a reflective VBG, but is not limited thereto and may be a transmissive VBG.

한편, 광학 소자(120)에 의해 품질이 향상된 레이저(Lo)는 표면발광 방식으로 하우징(130)의 윈도우(window)를 통해 최종 출사될 수 있다. 특히, 이러한 광학 소자(120)의 종류에 따라, 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 다양한 레이저 패키지 모듈(100a~100e)이 구현될 수 있다.Meanwhile, the laser Lo whose quality is improved by the optical element 120 may be finally emitted through a window of the housing 130 in a surface light emitting method. In particular, according to the type of the optical element 120 , various laser package modules 100a to 100e may be implemented as shown in FIGS. 2 to 6 .

<제1 레이저 패키지 모듈(100a)><First laser package module 100a>

도 2를 참조하면, 제1 레이저 패키지 모듈(100a)은 레이저 소자(110), 광학 렌즈(121) 및 거울(122)를 포함한다. 이때, 광학 렌즈(121)는 제1 작용을 하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)이다.Referring to FIG. 2 , the first laser package module 100a includes a laser device 110 , an optical lens 121 , and a mirror 122 . In this case, the optical lens 121 is a collimator lens that performs the first action.

구체적으로, 레이저 소자(110)에서 출사된 소스 레이저(Li)가 광학 렌즈(121)를 통해 시준(collinmating)되고, 시준된 레이저(L1)가 거울(122)에 의해 반사되면서 그 경로가 변경된다. 즉, L1의 진행 경로에 대해 거울(122)이 약 45도 기울어지게 배치됨에 따라, L1의 진행 경로가 수직(90도) 방향으로 변경되어 최종 레이저(Lo)가 출사되면서 표면발광이 구현될 수 있다.Specifically, the source laser Li emitted from the laser device 110 is collimated through the optical lens 121 , and the path is changed while the collimated laser L1 is reflected by the mirror 122 . . That is, as the mirror 122 is inclined at an angle of about 45 degrees with respect to the path of L1, the path of L1 is changed to the vertical (90 degrees) direction so that the final laser Lo is emitted and surface light emission can be realized. have.

<제2 레이저 패키지 모듈(100b)><Second laser package module 100b>

도 3을 참조하면, 제2 레이저 패키지 모듈(100b)은 레이저 소자(110), VBG(123) 및 거울(122)을 포함한다. 이때, VBG(123)는 소스 레이저(Li)에 대해 발진 파장을 선택적으로 반사함으로써, 소스 레이저(Li)에 대한 외부 공진을 형성할 수 있다. 즉, VBG(123)는 내부 공진되어 출사된 소스 레이저(Li)에 대한 외부 공진을 형성하는 외부 공진기로서, 제2 및 제3 작용을 동시에 구현할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the second laser package module 100b includes a laser device 110 , a VBG 123 , and a mirror 122 . In this case, the VBG 123 may form an external resonance with respect to the source laser Li by selectively reflecting the oscillation wavelength with respect to the source laser Li. That is, the VBG 123 is an external resonator that internally resonates and forms external resonance for the emitted source laser Li, and may simultaneously implement the second and third actions.

구체적으로, 레이저 소자(110)에서 출사된 소스 레이저(Li)가 VBG(123)를 통해 반도체 레이저(110)와 VBG(123)의 사이에서 외부 공진되며, 외부 공진 후 VBG(123)를 통과하여 출사된 레이저(L2)가 거울(122)에 의해 반사되면서 그 경로가 변경된다. 즉, L2의 진행 경로에 대해 거울(122)이 약 45도 기울어지게 배치됨에 따라, L2의 진행 경로가 수직(90도) 방향으로 변경되어 최종 레이저(Lo)가 출사되면서 표면발광이 구현될 수 있다.Specifically, the source laser (Li) emitted from the laser device 110 is externally resonated between the semiconductor laser 110 and the VBG 123 through the VBG 123, and passes through the VBG 123 after the external resonance. As the emitted laser L2 is reflected by the mirror 122, the path is changed. That is, as the mirror 122 is inclined at about 45 degrees with respect to the traveling path of L2, the traveling path of L2 is changed in the vertical (90 degree) direction, so that the final laser Lo is emitted and surface light emission can be realized. have.

<제3 레이저 패키지 모듈(100c)><Third laser package module 100c>

도 4를 참조하면, 제3 레이저 패키지 모듈(100c)은 레이저 소자(110), 광학 렌즈(121), VBG(123) 및 거울(122)을 포함한다. 이때, 광학 렌즈(121)는 제1 작용을 하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)이다. 또한, VBG(123)는 광학 렌즈(121)를 통과한 레이저(L3)에 대해 발진 파장을 선택적으로 반사함으로써, 소스 레이저(Li)에 대한 외부 공진을 형성할 수 있다. 즉, VBG(123)는 내부 공진되어 출사된 후 광학 렌즈(121)를 통과한 레이저(L3)에 대한 외부 공진을 형성하는 외부 공진기로서, 제2 및 제3 작용을 동시에 구현할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the third laser package module 100c includes a laser device 110 , an optical lens 121 , a VBG 123 , and a mirror 122 . In this case, the optical lens 121 is a collimator lens that performs the first action. In addition, the VBG 123 may form an external resonance with respect to the source laser Li by selectively reflecting the oscillation wavelength with respect to the laser L3 passing through the optical lens 121 . That is, the VBG 123 is an external resonator that generates external resonance for the laser L3 that has passed through the optical lens 121 after internal resonance is emitted, and can simultaneously implement the second and third actions.

구체적으로, 레이저 소자(110)에서 출사된 소스 레이저(Li)가 광학 렌즈(121)를 통해 시준(collinmating)되고, 시준된 레이저(L3)가 VBG(123)를 통해 반도체 레이저(110)와 VBG(123)의 사이에서 외부 공진되며, 외부 공진 후 VBG(123)를 통과하여 출사된 레이저(L4)가 거울(122)에 의해 반사되면서 그 경로가 변경된다. 즉, L4의 진행 경로에 대해 거울(122)이 약 45도 기울어지게 배치됨에 따라, L4의 진행 경로가 수직(90도) 방향으로 변경되어 최종 레이저(Lo)가 출사되면서 표면발광이 구현될 수 있다.Specifically, the source laser Li emitted from the laser device 110 is collimated through the optical lens 121 , and the collimated laser L3 is the semiconductor laser 110 and VBG through the VBG 123 . (123) is externally resonated, and after the external resonance, the laser L4 emitted through the VBG 123 is reflected by the mirror 122 and its path is changed. That is, as the mirror 122 is inclined at an angle of about 45 degrees with respect to the path of L4, the path of L4 is changed to the vertical (90 degrees) direction so that the final laser Lo is emitted and surface light emission can be realized. have.

<제4 레이저 패키지 모듈(100d)><Fourth laser package module (100d)>

도 5를 참조하면, 제4 레이저 패키지 모듈(100d)은 레이저 소자(110), 결합 VBG(124) 및 거울(122)을 포함한다. 이때, 결합 VBG(124)는 오목 렌즈와 VBG가 결합된 광학 부품이다. 즉, 결합 VBG(124)에서, 오목 렌즈는 소스 레이저(Li)에 대해 제1 작용을 한다. 또한, 결합 VBG(124)에서, VBG는 오목 렌즈를 통과한 소스 레이저(Li)에 대해 발진 파장을 선택적으로 반사함으로써, 소스 레이저(Li)에 대한 외부 공진을 형성할 수 있다. 즉, VBG는 내부 공진되어 출사된 후 오목 렌즈를 통과한 레이저(Li)에 대한 외부 공진을 형성하는 외부 공진기이다. 이에 따라, 결합 VBG(124)는 제1 내지 제3 작용을 동시에 구현할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the fourth laser package module 100d includes a laser device 110 , a coupled VBG 124 , and a mirror 122 . At this time, the combined VBG 124 is an optical component in which the concave lens and the VBG are combined. That is, in the coupled VBG 124 , the concave lens acts first on the source laser Li. Also, in the coupled VBG 124 , the VBG may form an external resonance with respect to the source laser Li by selectively reflecting the oscillation wavelength with respect to the source laser Li passing through the concave lens. That is, the VBG is an external resonator that forms external resonance with respect to the laser Li that has passed through the concave lens after being radiated through internal resonance. Accordingly, the combined VBG 124 may simultaneously implement the first to third actions.

구체적으로, 레이저 소자(110)에서 출사된 소스 레이저(Li)가 결합 VBG(124)의 오목 렌즈를 통해 시준(collinmating)되고, 시준된 레이저가 결합 VBG(124)의 VBG를 통해 반도체 레이저(110)와 결합 VBG(124)의 사이에서 외부 공진되며, 외부 공진 후 VBG 통과하여 출사된 레이저(L5)가 거울(122)에 의해 반사되면서 그 경로가 변경된다. 즉, L5의 진행 경로에 대해 거울(122)이 약 45도 기울어지게 배치됨에 따라, L5의 진행 경로가 수직(90도) 방향으로 변경되어 최종 레이저(Lo)가 출사되면서 표면발광이 구현될 수 있다.Specifically, the source laser (Li) emitted from the laser device 110 is collimated through the concave lens of the coupled VBG 124, and the collimated laser is the semiconductor laser 110 through the VBG of the coupled VBG 124. ) and the coupling VBG 124 externally resonates, and after the external resonance, the laser L5 emitted through the VBG is reflected by the mirror 122 and its path is changed. That is, as the mirror 122 is inclined at about 45 degrees with respect to the progress path of L5, the progress path of L5 is changed to the vertical (90 degrees) direction, so that the final laser Lo is emitted and surface light emission can be realized. have.

<제5 레이저 패키지 모듈(100e)><Fifth laser package module (100e)>

도 6을 참조하면, 제5 레이저 패키지 모듈(100e)은 레이저 소자(110), 광학 렌즈(121) 및 회절 격자(125)를 포함한다. 이때, 광학 렌즈(121)는 제1 작용을 하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)이다. 또한, 회절 결자(125)는 광학 렌즈(121)를 통과한 레이저(L6)에 대한 외부 공진을 형성하면서 L6를 반사할 수 있다. 즉, 회절 격자(125)는 내부 공진되어 출사된 후 광학 렌즈(121)를 통과한 레이저(L6)에 대한 외부 공진을 형성하는 외부 공진기로 동작(즉, VBG(123)와 유사 기능 동작)하면서 반사기로도 동작하여, 제2 및 제3 작용을 동시에 구현할 수 있다. 이때, 회절 격자(125)는 각도에 따라 파장 가변이 가능하다.Referring to FIG. 6 , the fifth laser package module 100e includes a laser device 110 , an optical lens 121 , and a diffraction grating 125 . In this case, the optical lens 121 is a collimator lens that performs the first action. In addition, the diffractive lens 125 may reflect L6 while forming an external resonance with respect to the laser L6 that has passed through the optical lens 121 . That is, the diffraction grating 125 operates as an external resonator that forms an external resonance for the laser L6 that has passed through the optical lens 121 after internal resonance is emitted (that is, a function similar to that of the VBG 123 ). Acting as a reflector, it is possible to simultaneously implement the second and third actions. In this case, the wavelength of the diffraction grating 125 may be varied according to an angle.

구체적으로, 레이저 소자(110)에서 출사된 소스 레이저(Li)가 광학 렌즈(121)를 통해 시준(collinmating)되고, 시준된 레이저(L6)가 회절 격자(125)를 통해 반도체 레이저(110)와 회절 격자(125)의 사이에서 외부 공진되며, 외부 공진 후 회절 격자(125)에서 반사되어 최종 레이저(Lo)가 출사되면서 표면발광이 구현될 수 있다.Specifically, the source laser Li emitted from the laser element 110 is collimated through the optical lens 121 , and the collimated laser L6 is collimated with the semiconductor laser 110 through the diffraction grating 125 . It resonates externally between the diffraction gratings 125 , and after external resonance is reflected from the diffraction grating 125 , surface light emission may be realized while the final laser Lo is emitted.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 레이저 소자의 성능 향상을 위한 구조를 가진 레이저 패키지 모듈을 제공할 수 있는 이점이 있다. 즉, 본 발명은 고출력 레이저 소자에서 출사된 레이저를 이용하여 직선 정렬(collimation)된 표면발광을 구현할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 고출력 레이저 소자가 가지는 동작 파장 가변성에 대해 파장 잠금(wavelength locking)의 동작 안정성을 구현할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 고출력에도 매우 좁은 선폭의 레이저를 출사할 수 있는 이점이 있다.The present invention configured as described above has an advantage in that it is possible to provide a laser package module having a structure for improving the performance of a laser device. That is, the present invention has an advantage in that it is possible to implement a surface light emission in a straight line alignment (collimation) using a laser emitted from a high-power laser device. In addition, the present invention has the advantage of realizing the operation stability of the wavelength locking (wavelength locking) with respect to the operating wavelength tunability of the high-power laser device. In addition, the present invention has the advantage of emitting a laser of a very narrow line width even at high power.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.In the detailed description of the present invention, although specific embodiments have been described, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and should be defined by the following claims and their equivalents.

100: 레이저 패키지 모듈 110: 레이저 소자
120: 광학 소자 121: 광학 렌즈
122: 거울 123: VBG
124: 결합 VBG 125: 회절 격자100: laser package module 110: laser element
120: optical element 121: optical lens
122: mirror 123: VBG
124: coupled VBG 125: diffraction grating

Claims (8)

레이저를 출사하는 광원의 레이저 소자;
레이저 소자에서 출사된 레이저의 품질을 변경하는 광학 소자; 및
광학 소자에서 출사된 레이저의 경로를 변경하여 표면발광을 구현하는 거울;을 포함하며,
상기 레이저 소자, 상기 광학 소자 및 상기 거울이 하나의 레이저 광원 장치로 패키징된 레이저 패키지 모듈.
a laser element of a light source emitting a laser;
an optical element for changing the quality of the laser emitted from the laser element; and
It includes; a mirror for realizing surface light emission by changing the path of the laser emitted from the optical element;
A laser package module in which the laser device, the optical device, and the mirror are packaged into a single laser light source device.
 제1항에 있어서,
상기 광학 소자는 상기 레이저 소자에서 출사된 레이저를 직선 정렬(collimation)하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)인 레이저 패키지 모듈.
According to claim 1,
The optical element is a laser package module that is a collimator lens that linearly aligns the laser emitted from the laser element.
 제1항에 있어서,
상기 광학 소자는 상기 레이저 소자에서 출사된 레이저에 대해 외부 공진을 형성함으로써, 상기 레이저 소자에 비해 높은 파장 잠금성(wavelength locking) 및 좁은 선폭의 레이저를 출사하는 볼륨 브레그 그레이팅(Volume Bragg Grating)인 레이저 패키지 모듈.
According to claim 1,
The optical element forms an external resonance with respect to the laser emitted from the laser element, thereby emitting a laser having a higher wavelength locking property and a narrower line width than the laser element. laser package module.
 제1항에 있어서,
상기 광학 소자는,
상기 레이저 소자에서 출사된 레이저를 직선 정렬(collimation)하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens); 및
상기 콜리메이터 렌즈에서 출사된 레이저에 대해 외부 공진을 형성함으로써, 상기 레이저 소자에 비해 높은 파장 잠금성(wavelength locking) 및 좁은 선폭의 레이저를 출사하는 볼륨 브레그 그레이팅(Volume Bragg Grating);
을 포함하는 레이저 패키지 모듈.
The method of claim 1,
The optical element is
a collimator lens for linearly aligning the laser beam emitted from the laser device; and
By forming an external resonance with respect to the laser emitted from the collimator lens, a volume Bragg grating for emitting a laser having a higher wavelength locking property and a narrower line width than the laser device;
A laser package module comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 광학 소자는 오목 렌즈 및 볼륨 브레그 그레이팅(Volume Bragg Grating)이 결합된 소자로서, 상기 레이저 소자에서 출사된 레이저를 직선 정렬(collimation)하여 출사하되, 상기 콜리메이터 렌즈에서 출사된 레이저에 대해 외부 공진을 형성함으로써, 상기 레이저 소자에 비해 높은 파장 잠금성(wavelength locking) 및 좁은 선폭의 레이저를 출사하는 레이저 패키지 모듈.
According to claim 1,
The optical element is a device in which a concave lens and a volume Bragg grating are combined, and the laser emitted from the laser element is linearly aligned and emitted, but external resonance with respect to the laser emitted from the collimator lens By forming a laser package module that emits a laser of higher wavelength locking and narrow line width compared to the laser device.
 레이저를 출사하는 광원의 레이저 소자;
레이저 소자에서 출사된 레이저의 품질을 변경하는 광학 소자;
레이저 소자에서 출사된 레이저를 직선 정렬(collimation)하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens); 및
콜리메이터 렌즈에서 출사된 레이저에 대해 외부 공진을 형성함으로써, 상기 레이저 소자에 비해 높은 파장 잠금성(wavelength locking) 및 좁은 선폭의 레이저를 출사하며, 레이저 경로를 변경하여 표면발광을 구현하는 회절 격자;를 포함하며,
상기 레이저 소자, 상기 콜리메이터 렌즈 및 상기 회절 격자가 하나의 레이저 광원 장치로 패키징된 레이저 패키지 모듈.
a laser element of a light source emitting a laser;
an optical element for changing the quality of the laser emitted from the laser element;
A collimator lens (collimator lens) for linear alignment (collimation) of the laser emitted from the laser element; and
By forming an external resonance with respect to the laser emitted from the collimator lens, a diffraction grating that emits a laser with high wavelength locking and narrow line width compared to the laser device, and realizes surface light emission by changing the laser path; includes,
A laser package module in which the laser element, the collimator lens, and the diffraction grating are packaged into one laser light source device.
 제1항 또는 제6항에 있어서,
응용제품에서 하나의 레이저 광원 장치로 적용되는 레이저 패키지 모듈.
7. The method of claim 1 or 6,
A laser package module applied as one laser light source device in an application.
 제7항에 있어서,
상기 응용제품은 광학 센서, 라이다 또는 3D 레이저 센서를 포함하는 레이저 패키지 모듈.8. The method of claim 7,
The application product is a laser package module including an optical sensor, lidar or 3D laser sensor.
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