KR20230020495A - 이중 파장 가시 레이저 소스 - Google Patents

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KR20230020495A
KR20230020495A KR1020237000015A KR20237000015A KR20230020495A KR 20230020495 A KR20230020495 A KR 20230020495A KR 1020237000015 A KR1020237000015 A KR 1020237000015A KR 20237000015 A KR20237000015 A KR 20237000015A KR 20230020495 A KR20230020495 A KR 20230020495A
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장-필립 페브
마크 제디커
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누부루 인크.
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Abstract

이중 파장 레이저 다이오드 모듈은 동일 선상이 아닌 2 개의 상이한 파장 빔의 출력 빔을 생성하는 것을 목표로 10 nm 이상만큼 분리된 2 개 이상의 파장으로 이루어지는 모듈이다. 푸리에 변환 렌즈의 초점에 2 개의 별도 라인이 제공된다.

Description

이중 파장 가시 레이저 소스
본 출원은 2020년 6월 9일자로 출원된 미국 가 출원 일련 번호 63/036,964 호를 우선권으로 주장하고 그 출원일의 이득을 35 U.S.C. §119(e)(1) 하에서 주장하며, 그 전체 개시가 원용에 의해 본 출원에 포함된다.
본 발명은 이중 파장 레이저 시스템, 빔 및 그의 용도에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, "UV", "자외선", "UV 스펙트럼" 및 "스펙트럼의 UV 부분" 및 유사한 용어는 가장 넓은 의미로 부여되어야 하며, 약 10 nm 내지 약 400 nm, 및 10 nm 내지 400 nm 파장의 광을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 용어 "고전력", "수 킬로와트" 및 "수 kW" 레이저 및 레이저 빔 그리고 유사한 그러한 용어는 레이저 빔을 의미하고 포함하며, 적어도 1 kW의 전력(저전력이 아닌, 예를 들어 1 kW 이상), 적어도 2 kW(예를 들어, 2 kW 이상), 적어도 3 kW(예를 들어, 3 kW 이상), 1 kW 초과, 2 kW 초과, 3 kW 초과, 약 1 kW 내지 약 3 kW, 약 1 kW 내지 약 5 kW, 약 2 kW 내지 약 10 kW 및 이들 범위 내의 다른 전력뿐만 아니라 더 큰 전력을 가지는 레이저 빔을 제공하거나 전파하는 시스템을 의미하고 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 용어 "가시", "가시 스펙트럼", "스펙트럼의 가시 부분" 및 유사 용어는 가장 넓은 의미로 해석되어야 하며, 약 380 nm 내지 약 750 nm, 및 400 nm 내지 700 nm 파장의 광을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 용어 "청색 레이저 빔", "청색 레이저" 및 "청색"은 가장 넓은 의미가 부여되어야 하며, 일반적으로 레이저 빔, 레이저 소스, 예를 들어 레이저 빔, 또는 약 400 nm 내지 약 500 nm의 파장을 갖는 광을 제공하는, 예를 들어 전파하는 레이저 및 다이오드 레이저를 제공하는 시스템을 지칭한다. 전형적인 청색 레이저는 약 405 내지 495 nm 범위의 파장을 가진다. 청색 레이저는 445 nm, 약 445 nm, 450 nm, 약 450 nm, 460 nm, 약 460 nm, 470 nm, 약 470 nm의 파장을 포함한다. 청색 레이저는 약 10 pm(피코미터) 내지 약 10 nm, 약 2 nm, 약 5 nm, 약 10 nm 및 약 20 nm뿐만 아니라 더 크고 작은 값의 대역 값을 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 용어 "녹색 레이저 빔", "녹색 레이저" 및 "녹색"은 가장 넓은 의미를 부여해야 하며, 일반적으로 레이저 빔, 레이저 소스, 예를 들어 레이저, 또는 약 500 nm 내지 약 575 nm의 파장을 갖는 광을 제공하는, 예를 들어 전파하는 다이오드 레이저를 제공하는 시스템을 지칭한다. 녹색 레이저는 515 nm, 약 515 nm, 525 nm, 약 525 nm, 532 nm, 약 532 nm, 550 nm 및 약 550 nm의 파장을 포함한다. 녹색 레이저는 약 10 pm 내지 10 nm, 약 2 nm, 약 5 nm, 약 10 nm 및 약 20 nm뿐만 아니라 더 크고 작은 값의 대역폭을 가질 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 용어 "약"은 ± 10% 범위의 편차, 명시된 값을 얻는 것과 관련된 실험 또는 기기 오류, 바람직하게는 이들 중 더 큰 것을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 값의 범위, 약 "x" 내지 약 "y"의 범위 및 유사한 그러한 이러한 용어 및 정량화의 인용은 그 범위에 속하는 각각의 항목, 특징, 값, 양 또는 수량을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 명시되지 않는 한, 범위 내의 각각 및 모든 개별 지점은 본 명세서에 개별적으로 인용된 것과 같이, 본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부이다.
본 발명의 섹션의 이러한 배경은 본 발명의 실시예와 연관될 수 있는 기술의 다양한 양태를 소개하기 위한 것이다. 따라서, 이러한 섹션에서 전술한 논의는 본 발명을 보다 잘 이해하기 위한 토대를 제공하며 종래 기술을 인정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
본 발명은 이미징, 프로젝션, 분석 및 기타 의료, 산업 및 오락 용례를 위한 레이저 및 레이저 시스템을 개선하기 위한 기술을 발전시키고 오랜 요구를 해결한다. 본 발명은 무엇보다도, 본 명세서에서 교시되고 개시된 제작 물품, 장치 및 공정을 제공함으로써 기술을 발전시키고 이들 문제 및 요구를 해결한다.
이중 색상 레이저 빔 시스템으로서, 시스템은 각각의 조립체가 초기 레이저 빔을 제공하는 복수의 레이저 다이오드 조립체를 가지는 제 1 레이저 모듈; 각각의 조립체가 초기 레이저 빔을 제공하는 복수의 레이저 다이오드 조립체를 가지는 제 2 레이저 모듈; 복수의 초기 청색 레이저 빔을 단일 청색 레이저 빔 경로를 따라서 단일 청색 레이저 빔으로 조합하고 복수의 초기 녹색 레이저 빔을 단일 녹색 레이저 빔 경로를 따라서 단일 녹색 레이저 빔으로 조합하는 수단을 가지며; 여기서 제 1 레이저 모듈로부터의 초기 레이저 빔은 청색이어서 복수의 초기 청색 레이저 빔을 정의하며; 제 2 레이저 모듈로부터의 초기 레이저 빔은 녹색이어서 복수의 초기 녹색 레이저 빔을 정의하며; 단일 녹색 레이저 빔 경로와 단일 청색 레이저 빔 경로는 평행하지 않으므로 청색 레이저 빔 스폿과 녹색 레이저 빔 스폿을 제공한다.
용접, 절단 또는 적층 제작(예컨대, 3-D 프린팅) 방법으로서, 각각의 조립체가 초기 레이저 빔을 제공하는 복수의 레이저 다이오드 조립체를 가지는 제 1 레이저 모듈; 각각의 조립체가 초기 레이저 빔을 제공하는 복수의 레이저 다이오드 조립체를 가지는 제 2 레이저 모듈; 복수의 초기 청색 레이저 빔을 단일 청색 레이저 빔 경로를 따라서 단일 청색 레이저 빔으로 조합하고 복수의 초기 녹색 레이저 빔을 단일 녹색 레이저 빔 경로를 따라서 단일 녹색 레이저 빔으로 조합하는 수단을 가지며; 여기서 제 1 레이저 모듈로부터의 초기 레이저 빔은 청색이어서 복수의 초기 청색 레이저 빔을 정의하며; 제 2 레이저 모듈로부터의 초기 레이저 빔은 녹색이어서 복수의 초기 녹색 레이저 빔을 정의하며; 단일 녹색 레이저 빔 경로와 단일 청색 레이저 빔 경로는 평행하지 않으므로 청색 레이저 빔 스폿과 녹색 레이저 빔 스폿을 제공하는 이중 색상 레이저 빔 시스템을 사용하는 단계; 및 금속, 호일 시트, 금속 분말 또는 기타 재료인 타겟 재료를 함유하는 타겟 위치로 이중 레이저 빔을 지향시키는 단계를 포함한다.
다색 레이저 시스템은 N > 2인 대물렌즈의 초점 면에서 N 개의 개별 스폿 또는 라인을 생성하도록 각도 오프셋을 갖는 N 개의 빔을 생성한다.
용접, 절단 또는 적층 제작(예컨대, 3-D 프린팅) 방법은 N > 2인 대물렌즈의 초점 면에서 N 개의 개별 스폿 또는 라인을 생성하도록 각도 오프셋을 갖는 N 개의 빔을 생성하는 다색 레이저 시스템을 사용하는 단계; 이중 색상 레이저 빔 시스템을 사용하는 단계; 및 금속, 호일 시트, 금속 분말 또는 기타 재료인 타겟 재료를 함유하는 타겟 위치로 이중 레이저 빔을 지향시키는 단계를 포함한다.
다색 레이저 시스템은 N > 1인 대물렌즈의 초점 면에서 N 개의 개별 스폿 또는 라인을 생성하도록 각도 오프셋을 갖는 N 개의 빔을 생성한다.
용접, 절단 또는 적층 제작(예컨대, 3-D 프린팅) 방법은 N > 1인 대물렌즈의 초점 면에서 N 개의 개별 스폿 또는 라인을 생성하도록 각도 오프셋을 갖는 N 개의 빔을 생성하는 다색 레이저 시스템을 사용하는 단계; 및 금속, 호일 시트, 금속 분말 또는 기타 재료인 타겟 재료를 함유하는 타겟 위치로 이중 레이저 빔을 지향시키는 단계를 포함한다.
이들 시스템 및 방법은 다음 특징 중 하나 이상을 가진다: 하나의 스폿이 400 nm 내지 500 nm의 파장을 가지는 다색 레이저 시스템; 하나의 스폿이 501 nm 내지 600 nm의 파장을 가지는 다색 레이저 시스템; 하나의 스폿이 601 nm 내지 700 nm의 파장을 가지는 다색 레이저 시스템을 가지며; 레이저 시스템과 함께 사용되는 대물렌즈는 무채색렌즈(achromat)이며; 레이저 시스템과 함께 사용되는 대물렌즈는 임의의 색 수차 및 구면 수차를 보상하고 2 개의 상이한 파장 빔을 대략 대물렌즈의 초점에 배치하기 위한 쿡 트리플릿(cook triplet)이며; 레이저 시스템과 함께 사용되는 대물렌즈는 임의의 색 수차 및 구면 수차를 보상하고 대략 대물렌즈의 초점에 2 개의 상이한 파장 빔을 배치하는 더블릿(doublet)이며; 레이저 시스템과 함께 사용되는 대물렌즈는 색 수차 및 구면 수차를 보상하고 2 개의 상이한 파장 빔을 대략 대물렌즈의 초점에 배치하는 비구면이며; 레이저 시스템과 함께 사용되는 빔 균질기(beam homogenizer)는 광 파이프이며; 레이저 시스템과 함께 사용되는 빔 균질기는 회절 광학 요소이며; 레이저 시스템과 함께 사용되는 빔 균질기는 마이크로 렌즈 어레이이며; 레이저 시스템과 함께 사용되는 빔 균질기는 회절 광학 요소가 있는 마이크로 렌즈 어레이이며; 동일한 크기의 선폭을 생성하기 위해서 레이저와 함께 사용되는 렌즈 시스템은 상이한 파장을 가지는 두 빔에서 동시에 작동하는 적절한 배율의 원통형 렌즈 쌍 또는 각각의 파장 빔에서 독립적으로 작동하는 적절한 배율의 2 개의 원통형 렌즈 쌍이며; 동일한 크기의 선폭을 생성하기 위해서 레이저와 함께 사용되는 렌즈 시스템은 상이한 파장을 가지는 두 빔에서 동시에 작동하는 적절한 축소배율(de-magnification) 기능의 원통형 렌즈 쌍, 또는 각각의 파장 빔에서 독립적으로 작동하는 적절한 축소배율 기능의 두 개의 원통형 렌즈 쌍이며; 렌즈 시스템은 시스템의 임의의 구면 수차를 보정하기 위해서 아실린더 렌즈(acylinder lense)로 구성되며; 렌즈 시스템은 빔릿(beamlet)의 배율에 영향을 미칠 수 있는 임의의 색 수차를 보상하기 위해서 무채색 원통형 렌즈로 구성되며; 렌즈 시스템은 빔릿의 배율에 영향을 미칠 수 있는 임의의 색 수차 및 구면 수차를 보상하기 위해서 원통형 쿡 트리플릿으로 구성되며; 렌즈 시스템은 빔릿의 배율에 영향을 미칠 수 있는 색 수차 및 구면 수차를 보상하기 위해서 원통형 이중 렌즈로 구성되며; 렌즈 시스템은 빔릿의 배율 또는 축소배율에 영향을 미칠 수 있는 임의의 구면 수차를 보상하기 위해서 아실린더 렌즈로 구성되며; 렌즈 시스템은 빔릿의 배율에 영향을 미칠 수 있는 임의의 색 수차를 보상하기 위해서 무채색 원통형 렌즈로 구성되며; 렌즈 시스템은 빔릿의 축소배율에 영향을 미칠 수 있는 임의의 색 수차 및 구면 수차를 보상하기 위해서 원통형 쿡 트리플릿으로 구성되며; 레이저 시스템은 공랭식이며; 레이저 시스템은 액체 냉각식이며; 레이저 시스템은 연속 모드로 작동하며; 레이저 시스템은 미리 결정된 비율로 변조되며; 레이저 시스템은 필요한 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 공간적으로 조합된 레이저 다이오드를 사용하며; 레이저 시스템은 파장 조합 레이저 다이오드를 사용하여 필요한 전력 및 빔 매개변수를 달성하며; 레이저 시스템은 필요한 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 편광 조합 레이저 다이오드를 사용하며; 레이저 시스템은 필요한 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 파장 조합 레이저 다이오드와 함께 공간 조합 레이저 다이오드를 사용하며; 레이저 시스템은 필요한 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 편광 조합 레이저 다이오드와 함께 공간 조합 레이저 다이오드를 사용하며; 레이저 시스템은 필요한 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 편광 조합 레이저 다이오드 및 파장 조합 레이저 다이오드와 함께 공간 조합 레이저 다이오드를 사용하며; 레이저 시스템은 의료 용례에 사용되며; 레이저 시스템은 의료 진단 용례에 사용되며; 레이저 시스템은 산업 용례에 사용되며; 레이저 시스템은 프로젝션 용례에 사용되며; 여기서 N > 2; N > 3; N > 4이며; 레이저 시스템은 다이오드 레이저로 구성되며; 레이저 시스템은 다이오드 레이저를 가지며; 단일 청색 레이저 빔 및 단일 녹색 레이저 빔은 적어도 10 nm 상이한 파장을 가지며; 단일 청색 레이저 빔 및 단일 녹색 레이저 빔은 적어도 30 nm 상이한 파장을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 시스템의 실시예의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 4 개의 레이저 시스템의 특별한 조합의 실시예의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 상이한 파장을 가지는 레이저 빔의 조합의 실시예의 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 근거리-장(near-field) 합성 2색 레이저 빔의 실시예의 그래픽 예시이다.
도 5는 본 발명에 따른 원거리-장(far-field) 합성 2색 레이저 빔의 실시예의 그래픽 예시이다.
일반적으로, 본 발명은 다중 파장 레이저 시스템 및 그의 용도에 관한 것이다. 특히, 실시예에서, 본 발명은 다이오드 레이저를 사용하는 이중 파장 레이저 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 1 개, 2 개, 3 개, 4 개, 5 개, 10 개 또는 그 초과의 다이오드 레이저를 가질 수 있다. 시스템의 모든 레이저 소스는 다이오드 레이저일 수 있는 반면에, 다른 레이저 소스도 시스템의 다이오드 레이저 소스와 함께 사용될 수 있다. 레이저 시스템은 1 개, 2 개, 3 개, 4 개, 5개 또는 그 초과의 레이저 하위 시스템의 조합일 수 있으며, 각각의 레이저 하위 시스템은 1 개, 2 개, 3 개, 4 개, 5 개, 10 개 또는 그 초과의 레이저 소스, 예컨대 레이저 다이오드를 가진다.
본 발명은 2 개, 3 개, 4 개, 5 개, 10 개 또는 그 초과의 레이저 빔을 가질 수 있으며, 바람직하게는 각각 별도의, 예를 들어 상이한 파장을 가진다. 이들 시스템의 각각의 파장은 약 1 nm, 적어도 1 nm, 약 2 nm, 적어도 2 nm, 약 5 nm, 적어도 5 nm, 적어도 10 nm, 약 10 nm, 적어도 15 nm, 약 15 nm, 적어도 20 nm, 약 20 nm, 적어도 10 nm, 적어도 20 nm, 적어도 30 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 및 더 크고 더 작은 양의 간극만큼 분리된다.
실시예에서, 이들 다파장 시스템의 개별 레이저 빔은 또한, 동일 선상에 있지 않다. 그들 빔 전파의 축, 즉 그들 빔 경로에 의해 형성된 선은 평행하지 않고 동일 선상에 있지 않다.
일반적으로, 이러한 유형의 이중 파장 시스템에서, 동일한 색상 그룹의 다중 레이저 빔(동일하거나 약간 상이한(예를 들어, 1 nm 내지 약 5 nm) 파장을 가지나, 여전히 동일한 색상 내에 있음), 예를 들어, 청색 또는 녹색은 단일 청색 레이저 빔(청색 레이저 빔 경로를 가짐)과 단일 녹색 레이저 빔(녹색 레이저 빔 경로를 가짐)으로 조합될 수 있다. 조합된 청색과 녹색 레이저 빔은 평행하지 않고 두 개의 스폿, 즉 녹색 스폿과 청색 스폿에 집중된다. 다중 청색 및 녹색 레이저 빔은 이색 필터(dichroic filter)와 같은 단일 광학 요소를 사용하여 2 개의 비-평행 레이저 빔으로 조합될 수 있다. 따라서 2 개의 상이한 색상 그룹의 4, 6, 8, 10 개 또는 그 초과의 평행 레이저 빔은 단일 광학 요소에 의해서 두 개의 비-평행 레이저 빔으로 형상화될 수 있으며, 각각의 빔은 상이한 색상 그룹 중 하나를 가지며 렌즈의 초점에서 상이한 색상의 이중 레이저 스폿을 형성한다.
본 명세서가 청색 및 녹색과 같은 색상 상이한 색상 그룹에 초점을 맞추고 있지만, 상이한 색상 그룹이 적어도 약 10 nm, 적어도 약 20 nm, 및 약 40 nm 내지 80 nm뿐만 아니라 다른 차이만큼 분리될 때 본 발명의 이득이 얻어짐을 이해해야 한다.
도 1을 참조하면, 본 다파장 시스템의 실시예의 개략적인 사시도가 도시된다. 레이저 모듈(100)은 6 개의 레이저 다이오드 조립체를 가지며, 따라서 렌즈형 헥셀(Lensed Hexel)로 간주될 수 있다. 이는 모듈(100)이 4 개, 5 개, 7 개 또는 그 초과, 10 개 또는 그 초과의 레이저 다이오드 조립체를 가질 수 있음을 이해해야 한다. 레이저 다이오드 조립체 중 2 개(150, 160)에는 라벨이 붙어 있다. 각각의 레이저 모듈은 베이스(101)에 장착되고 히트 싱크(102)와 연관되며, 이는 또한 베이스(101)와 연관될 수 있다. 레이저 다이오드 조립체(예를 들어, 150, 160)는 레이저 다이오드(예를 들어, 155, 165), 고속 축 시준 렌즈(FAC)(예를 들어, 164, 154), 단축 시준 렌즈(SAC)(예를 들어, 163, 153), 가변 브래그 격자(VBG)(예를 들어 162, 163), 및 반사/조합 소자(예를 들어 161, 151)를 가진다. 도 1의 배열에서, 레이저 빔(예를 들어 166, 156) 및 그들의 빔 경로(167, 157)는 평행하지만 동일 선상에 있지 않다. 6 개의 레이저 빔은 중첩되지 않고 공간적으로 조합되어 렌즈의 초점에서 하나의 조합된 레이저 빔을 제공한다.
레이저 빔은 동일한 파장 또는 상이한 파장일 수 있다.
실시예에서, 레이저 빔은 동일 선상이 되도록 반사/조합 요소에 의해서 조합된다. 이러한 실시예에서, 바람직하게 VBG는 단지 수 nm(예를 들어, 1, 2, 5 nm)만큼 다른 VBG와 상이한 단일 파장을 제외한 모든 것을 여과하므로, 조합된 동일 선상의 빔은 파장(λ1, λ1 + 1 nm, λ1 + 2 nm, λ1 + 3 nm, λ1 + 4 nm 및 λ1 + 5 nm)을 가지는 6 개의 빔을 가질 수 있다.
실시예에서, 레이저 다이오드 조립체의 제 1 그룹(예를 들어, 도 1의 3 개의 레이저 다이오드 조립체)은 모두 제 1 색상 그룹의 파장, 예를 들어 청색을 가지며; 레이저 다이오드 조립체의 제 2 그룹(예를 들어, 3 개의 레이저 다이오드 조립체)은 모두 제 2 색상 그룹, 예를 들어 녹색의 파장을 가진다. 청색 그룹의 레이저 빔은 (공간적으로 그들 사이의 공간을 채우는 평행 빔으로서, 또는 바람직하게 제 1 색상 그룹화를 위한 단일 레이저 빔 경로를 따르는 동일 선상의 빔으로서)모두 조합된다. 녹색 그룹의 레이저 빔은 (공간적으로 그들 사이의 공간을 채우는 평행 빔으로서, 또는 바람직하게 제 2 색상 그룹화를 위한 단일 레이저 빔 경로를 따르는 동일 선상의 빔으로서)모두 조합된다. 실시예에서, 제 1 및 제 2 시준 레이저 빔 경로는 평행하지 않고, 대신에 바람직하게 시야 각에서 발산한다. 따라서 이중 파장 비-평행 레이저 빔을 사용하는 레이저 시스템을 가진다.
도 2를 참조하면, 레이저 시스템(200)의 실시예의 개략적인 평면도가 도시된다. 레이저 시스템(200)은 4 개의 레이저 모듈(210, 220, 230, 240)을 가진다. 이들 레이저 모듈은 동일하거나 상이할 수 있다. 도시된 바와 같은 실시예에서, 레이저 모듈은 렌즈형 헥셀이다. 이들은 도 1의 개략도와 함께 위에서 논의된 구성 유형 중 임의의 유형의 렌즈형 헥셀일 수 있다. 각각의 레이저 모듈은 회전/조합 요소(212, 222, 232, 242)를 가진다. 이는 레이저 빔 경로를 따라 이동하는 레이저 모듈로부터 레이저 빔(211, 221, 231, 241)을 회전시키고 조합시킨다. 시스템은 렌즈(250), 바람직하게 포커싱 렌즈, 더 바람직하게 무채색 포커싱 렌즈를 가진다.
도 2의 시스템의 실시예에서, 회전/조합 요소 이후의 레이저 빔 및 그들의 빔 경로는 평행하고, 동일 선상이 아니며, 렌즈(250)에 들어가기 전에 단일 빔으로 공간적으로 조합된다. 이들 빔 경로는 또한, 그 초점에서 렌즈(250)에 의해 단일 스폿으로 공간적으로 조합될 수 있다.
도 2의 시스템의 실시예에서, 회전/조합 요소 이후의 레이저 빔 및 그들의 빔 경로는 동일 선상에 있고(정의에 의해서 동일 선상의 빔은 평행함), 따라서 렌즈(250)에 들어가기 전에 단일 빔 경로를 따라 단일 빔에 있다.
도 2의 시스템의 실시예에서, 레이저 모듈(210, 220)은 청색 레이저 빔을 생성하고, 레이저 모듈(230, 240)은 녹색 레이저 빔을 생성한다. 회전/조합 요소 이후의 청색 레이저 빔(211, 221)은 동일 선상에 있으므로 렌즈(250)에 들어가기 전에 단일 청색 레이저 빔 경로를 따라 단일 청색 레이저 빔에 있다. 회전/조합 요소 이후의 녹색 레이저 빔(231, 241)은 동일 선상에 있으므로 렌즈(250)에 들어가기 전에 단일 녹색 레이저 빔 경로를 따라 단일 녹색 레이저 빔에 있다. 단일 녹색 레이저 빔 경로 및 단일 청색 레이저 빔 경로, 따라서 이들 각각의 레이저 빔은 동일 선상에 있지 않고 평행하지 않으며 발산하는 것이 바람직하다. 따라서 이중 파장 비-평행 레이저 빔을 사용하는 레이저 시스템이 있다.
도 3을 참조하면, 레이저 시스템(300)의 개략적인 평면도가 도시된다. 레이저 시스템은 3 개의 레이저 모듈(310, 320, 330)을 가진다. 이들 레이저 모듈은 각각 6 개의 레이저 다이오드 조립체를 가질 수 있다. 레이저 모듈(310)은 제 1 파장을 갖는 레이저 빔(311)을 제공한다. 레이저 모듈(320)은 약 1 nm 내지 약 10 nm만큼 제 1 파장과 상이한 제 2 파장을 가지는 레이저 빔(321)을 제공한다. 레이저 모듈(330)은 약 1 nm 내지 약 10 nm만큼 제 1 파장 및 제 2 파장과 상이한 제 3 파장을 가지는 레이저 빔(331)을 제공한다. 레이저 빔(311, 321, 331)은 요소들을 동일 선상에 있도록 조합함으로써 조합되어 동일 선상 레이저빔(341)을 제공한다. 동일 선상의 레이저 빔은 렌즈의 초점 면에서 단일 스폿으로 조합될 수 있다.
시스템(300)은 청색인 동일 선상의 레이저 빔(341) 세트를 제공한다. 시스템(300)은 시스템(300)과 유사한 레이저 시스템을 가지는 이중 파장 레이저 시스템으로 조합될 수 있지만, 녹색(동일 선상의) 레이저 빔 세트를 제공한다. 청색 레이저 빔 및 녹색 레이저 빔은 평행하지 않고 광학 요소, 예를 들어, 초점 렌즈에 의해서 예를 들어, 도 5에 도시된 스폿과 같은 2 개의 스폿으로 초점이 맞춰지는 빔 경로 상에 있다.
다음 예는 본 발명의 레이저 시스템 및 구성요소의 다양한 실시예를 예시하기 위해서 제공된다. 이들 예는 예시를 위한 것이며, 예언적일 수 있고 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되며, 달리 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
예 1
이중 파장 레이저 다이오드 모듈은 동일 선상이 아닌 2 개의 상이한 파장 빔의 출력 빔을 생성하는 것을 목표로 10 nm 이상만큼 분리된 2 개 이상의 파장으로 이루어지는 모듈이다. 조금 상이한 지향 각도를 가지는 2 개의 빔을 생성함으로써, 푸리에 변환 렌즈의 초점에 두 개의 별도 라인을 생성할 수 있다. 레이저 다이오드가 한 축에서 거의 회절이 제한되고 다른 축에서 고도의 다중 모드이기 때문에, 라인이 자연스럽게 생성된다. 고도의 다중 모드 축은 높은 발산 각도를 가지며 단일 렌즈 요소에 의해 초점이 맞춰질 때 그 결과로 라인 초점이 된다. 이들 2 개의 라인은 라인 길이에 걸쳐서 출력 전력의 20% 미만 변동을 제공하도록 균질화된다. 이러한 유형의 이중 라인 모듈은 목표 물질을 식별하기 위해서 처리될 수 있는 신호를 제공하도록 물질을 차별적으로 대상으로 삼을 때 조명 장치로서 광범위한 의료 및 산업 용례에서 사용하는데 이상적이다.
예 2
실시예는 레이저 다이오드의 2 개의 파장, 즉 하나는 445 nm이고 다른 하나는 525 nm인 파장을 가진다. 절대 파장은 다를 수 있다. 조명 시스템의 전력은 상대적으로 낮을 수 있고, 수 와트일 수 있으며, 훨씬 더 높은 처리 속도의 경우에 약 1 킬로와트(kW) 이상일 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 레이저 다이오드는 현재 445 nm에서 이용 가능하며 수 와트 내지 멀티 kW-와트의 전력 레벨에서 라인 포커스를 만들 수 있다. 목표 물질이 넓은 흡수 대역폭을 가지는 실시예에서, 레이저 다이오드 어레이는 많은 수의 레이저 다이오드를 수용하기 위해서 대역폭이 최대 10 nm일 수 있다. 445 nm의 레이저 다이오드는 현재 약 5 와트까지의 전력 수준에서 상업적으로 이용 가능하며, 이러한 전력은 상당히 증가하여, 주어진 전력 수준에 대한 시스템의 대역폭을 줄일 수 있다. 525 nm에서 상업적으로 이용 가능한 녹색 레이저 다이오드는 현재 최대 약 100 mW 전력의 단일 모드 장치와 최대 약 1.5 W 연속파 전력 수준의 다중 모드 장치로서 이용 가능하다. 녹색 레이저 다이오드 유형 중 어느 것도 사용될 수 있으며, 저전력 다이오드는 오늘날 사용 중인 전형적인 시스템에 필요한 전력 수준을 달성하기 위해서 더 많은 다이오드와 더 복잡성을 요구할 것이다. 레이저 다이오드는 도 1에 도시된 바와 같이 히트 싱크에 접합될 수 있으며, 이들은 TO-9, TO-5.6 또는 TO-3.8과 같은 캔 안에 있을 수 있거나 이들은 레이저 다이오드 바일 수 있다. 3 가지 모두는 시준에 대해 동일한 접근방식이 필요하며, 원통형 렌즈 쌍은 고속 축과 저속 축을 시준한다. 고속 축 시준 렌즈는 레이저 다이오드의 고속 발산 축을 시준하기 위해서 히트 싱크에 부착된다. 제 2 저속 축 시준 렌즈는 히트 싱크에 부착되어 레이저의 저속 발산 축을 시준한다. 대안으로, 시준 렌즈는 보조 마운트에 부착될 수 있다. 저 전력 용례의 경우에, 도 1에 표시된 볼륨 브래그 격자는 필요하지 않을 수 있다. 그러나 더 높은 전력 수준에서 밝기를 유지하기 위해서 볼륨 브래그 격자를 사용하여 높은 전력에서 빔의 스펙트럼 빔 조합을 가능하게 한다. "청색"과 같은 한 가지 색상 세트에 대해 히드 싱크에 접합되는 모든 다이오드는 병렬로 정렬되고 동일선상이 되도록 스펙트럼 결합 시 정렬된다. 유사하게, "녹색"의 색상 세트에 대해 접합되는 모든 다이오드는 병렬로 정렬되고 도 4에 도시된 바와 같이 동일선상이 되도록 스펙트럼 조합 시 정렬된다. 그러나 2 가지 상이한 색상 세트는 이제 포인트 각도에서 약간의 차이로 정렬되어 렌즈의 초점 면에서 청색이 녹색으로부터 공간적으로 분리되게 할 것이다. 이러한 경우의 렌즈는 색의 차이를 보상하여 두 색의 초점을 동시에 맞추는 무채색 렌즈이다. 발사되기 이전의 빔은 망원경을 통과하여 원하는 라인을 생성하기 위해서 올바른 발산 매개변수로 조건을 조정할 수 있다. 대안으로, "청색" 및 "녹색" 빔을 조합하기 이전에 이들을 독립적으로 조정하기 이전에 2 개의 망원경이 사용될 수 있다. 망원경(들) 이후에, 빔은 균질기를 통과하여 라인을 따라 균일하거나 거의 균일한 강도 분포를 생성한다. 결과적인 라인 패턴은 도 5에 도시되며, 여기서 청색 빔과 녹색 빔은 4.2 mrad의 포인팅 각도 차이를 가진다.
본 발명의 실시예의 요지이거나 그와 연관된 신규하고 획기적인 공정, 물질, 성능 또는 다른 유익한 특징 및 특성의 기초가 되는 이론을 제공하거나 설명할 필요가 없다는 점에 유의한다. 그럼에도 불구하고, 본 명세서에서는 이러한 분야의 기술을 더욱 발전시키기 위해서 다양한 이론이 제공된다. 본 명세서에 제시된 이론은 달리 명시되지 않는 한, 청구된 발명에 제공되는 보호 범주를 어떤 식으로도 한정하거나, 제한하거나 좁히지 않는다. 이들 이론은 본 발명을 이용하는데 요구되거나 실행되지 않을 수 있다. 본 발명은 본 발명의 방법, 물품, 물질, 장치 및 시스템의 실시예의 기능-특징을 설명하기 위해서 새롭고 지금까지 공지되지 않은 이론으로 이어질 수 있다는 것이 추가로 이해되며; 그러한 나중에 개발된 이론은 본 발명이 제공하는 보호 범주를 제한하지 않을 것이다.
본 명세서에 기재된 시스템, 장비, 기술, 방법, 활동 및 작동의 다양한 실시예는 본 명세서에 기재된 것 이외에도 다양한 다른 활동 및 다른 분야에 사용될 수 있다. 또한, 이들 실시예는 예를 들어, 미래에 개발될 수 있는 다른 장비 또는 활동; 그리고 본 명세서의 교시에 기초하여 부분적으로 수정될 수 있는 기존 장비 또는 활동과 함께 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예들은 서로 상이하고 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 본 명세서의 다양한 실시예에서 제공된 구성은 서로 사용될 수 있으며; 본 발명이 제공하는 보호 범위는 특정 실시예, 예, 또는 특정 도면의 실시예에 기재된 특정 실시예, 구성 또는 배열로 제한되어서는 안 된다.
본 발명은 본 발명의 사상 또는 본질적인 특징을 벗어남이 없이 본 명세서에 구체적으로 개시된 것 이외의 다른 형태로 실시될 수 있다. 설명된 실시예들은 모든 면에서 제한적인 것이 아닌 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (42)

  1. 다색 레이저 시스템으로서,
    N ≥ 2인 대물렌즈의 초점 면에서 N 개의 별도 스폿 또는 라인을 생성하도록 각도 오프셋을 갖춘 N 개의 빔을 생성하는,
    다색 레이저 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나의 스폿은 400 nm 내지 500 nm의 파장을 가지는,
    다색 레이저 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    하나의 스폿은 501 nm 내지 600 nm의 파장을 가지는,
    다색 레이저 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    하나의 스폿은 601 nm 내지 700 nm의 파장을 가지는,
    다색 레이저 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템과 함께 사용된 대물렌즈는 무채색 렌즈인,
    다색 레이저 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템과 함께 사용된 대물렌즈는 임의의 색 수차 및 구면 수차를 보상하고 대략적으로 대물렌즈의 초점에 2 개의 상이한 파장 빔을 배치하기 위한 쿡 트리플릿(cook triplet)인,
    다색 레이저 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템과 함께 사용된 대물렌즈는 임의의 색 수차 및 구면 수차를 보상하고 대략 대물 렌즈의 초점에 2 개의 상이한 파장 빔을 배치하기 위한 더블릿(doublet)인,
    다색 레이저 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템에 사용된 대물렌즈는 임의의 색수차 및 구면 수차를 보상하고 대략 대물렌즈의 초점에 2 개의 사이한 파장의 빔을 배치하기 위한 비구면 렌즈인,
    다색 레이저 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템에 사용된 빔 균질기는 광 파이프인,
    다색 레이저 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템에 사용된 빔 균질기는 회절 광학 요소인,
    다색 레이저 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템에 사용된 빔 균질기는 마이크로 렌즈 어레이인,
    다색 레이저 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    레이저에 사용된 빔 균질기는 회절 광학 요소를 갖는 마이크로 렌즈 어레이인,
    다색 레이저 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    동일한 크기의 선폭을 생성하기 위해서 레이저와 함께 사용된 렌즈 시스템은 상이한 파장을 가지는 두 빔에서 동시에 작동하는 적절한 배율의 원통형 렌즈 쌍 또는 각각의 파장 빔에서 독립적으로 작동하는 적절한 배율의 두 개의 원통형 렌즈 쌍인,
    다색 레이저 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    동일한 크기의 선폭을 생성하기 위해서 레이저와 함께 사용된 렌즈 시스템은 상이한 파장을 가지는 두 빔에서 동시에 작동하는 적절한 축소배율의 원통형 렌즈 쌍 또는 각각의 파장 빔에서 독립적으로 작동하는 적절한 축소배율의 두 개의 원통형 렌즈 쌍인,
    다색 레이저 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 시스템의 임의의 구면 수차를 보정하기 위한 아실린더 렌즈(acylinder lense)로 구성되는,
    다색 레이저 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 빔릿(beamlet)의 배율에 영향을 미칠 수 있는 임의의 색 수차를 보상하기 위해서 무채색 원통형 렌즈로 구성되는,
    다색 레이저 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 빔릿의 배율에 영향을 미칠 수 있는 임의의 색 수차 및 구면 수차를 보상하기 위해서 원통형 쿡 트리플릿(cook triplet)으로 구성되는,
    다색 레이저 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 빔릿의 배율에 영향을 미칠 수 있는 임의의 색 수차 및 구면 수차를 보상하기 위해서 원통형 더블릿으로 구성되는,
    다색 레이저 시스템.
  19. 제 14 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 빔릿의 배율 또는 배율축소에 영향을 미칠 수 있는 임의의 구면 수차를 보상하기 위해서 실린더 렌즈로 구성되는,
    다색 레이저 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 빔릿의 배율에 영향을 미칠 수 있는 임의의 색 수차를 보상하기 위해서 무채색 원통형 렌즈로 구성되는,
    다색 레이저 시스템.
  21. 제 14 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 빔릿의 배율축소에 영향을 미칠 수 있는 임의의 색 수차 및 구면 수차를 보상하기 위해서 원통형 쿡 트리플릿으로 구성되는,
    다색 레이저 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 공랭식인,
    다색 레이저 시스템.
  23. 제 1 항에 있어서,
    렌즈 시스템은 액체 냉각식인,
    다색 레이저 시스템.
  24. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 연속 모드에서 작동하는,
    다색 레이저 시스템.
  25. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 미리 결정된 속도로 변조되는,
    다색 레이저 시스템.
  26. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 요구되는 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 공간적으로 조합된 레이저 다이오드를 사용하는,
    다색 레이저 시스템.
  27. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 요구되는 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 파장 조합 레이저 다이오드를 사용하는,
    다색 레이저 시스템.
  28. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 요구되는 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 편광 조합 레이저 다이오드를 사용하는,
    다색 레이저 시스템.
  29. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 요구되는 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 파장 조합 레이저 다이오드와 조합된 공간 조합 레이저 다이오드를 사용하는,
    다색 레이저 시스템.
  30. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 요구되는 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 편광 조합 레이저 다이오드과 조합된 공간 조합 레이저 다이오드를 사용하는,
    다색 레이저 시스템.
  31. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 요구되는 전력 및 빔 매개변수를 달성하기 위해서 편광 조합 레이저 다이오드 및 파장 조합 레이저 다이오드와 조합된 공간 조합 레이저 다이오드를 사용하는,
    다색 레이저 시스템.
  32. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 의료 용례에 사용되는,
    다색 레이저 시스템.
  33. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 의료 진단 용례에 사용되는,
    다색 레이저 시스템.
  34. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 산업 용례에 사용되는,
    다색 레이저 시스템.
  35. 제 1 항에 있어서,
    레이저 시스템은 프로젝션 용례에 사용되는,
    다색 레이저 시스템.
  36. 제 1 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저 시스템에서 N ≥ 2인,
    다색 레이저 시스템.
  37. 제 1 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저 시스템에서 N ≥ 3인,
    다색 레이저 시스템.
  38. 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저 시스템은 다이오드 레이저들을 포함하는,
    다색 레이저 시스템.
  39. 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저 시스템은 다이오드 레이저를 포함하는,
    다색 레이저 시스템.
  40. 이중 색상 레이저 빔 시스템으로서,
    시스템은:
    a. 각각의 조립체가 초기 레이저 빔을 제공하는 복수의 레이저 다이오드 조립체를 포함하는 제 1 레이저 모듈;
    b. 각각의 조립체가 초기 레이저 빔을 제공하는 복수의 레이저 다이오드 조립체를 가지는 제 2 레이저 모듈을 포함하며;
    c. 제 1 레이저 모듈로부터의 초기 레이저 빔은 청색이어서 복수의 초기 청색 레이저 빔을 정의하며;
    d. 제 2 레이저 모듈로부터의 초기 레이저 빔은 녹색이어서 복수의 초기 녹색 레이저 빔을 정의하며;
    e. 복수의 초기 청색 레이저 빔을 단일 청색 레이저 빔 경로를 따라서 단일 청색 레이저 빔으로 조합하고 복수의 초기 녹색 레이저 빔을 단일 녹색 레이저 빔 경로를 따라서 단일 녹색 레이저 빔으로 조합하는 수단을 포함하며;
    f. 단일 녹색 레이저 빔 경로와 단일 청색 레이저 빔 경로는 평행하지 않으므로 청색 레이저 빔 스폿과 녹색 레이저 빔 스폿을 제공하는,
    이중 색상 레이저 빔 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서,
    단일 청색 레이저 빔과 단일 녹색 레이저 빔은 적어도 10 nm 차이인 파장을 가지는,
    이중 색상 레이저 빔 시스템.
  42. 제 40 항에 있어서,
    단일 청색 레이저 빔과 단일 녹색 레이저 빔은 적어도 30 nm 차이인 파장을 가지는,
    이중 색상 레이저 빔 시스템.
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