KR20230123857A - 틸팅미러를 사용하는 레이저 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치는, 제1 파장의 제1 레이저를 출력하는 레이저 생성부; 상기 레이저 생성부에서 입력받은 상기 제1 레이저의 일부를 제2 파장의 제2 레이저로 변환시켜 출력하는 파장 변환부; 상기 파장 변환부에서 입사되는 상기 제1 및 제2 레이저를 제1-1 경로 및 상기 제1-1 경로와 다른 제2 경로로 교번하여 출력하도록 제1 및 제2 각도로 교번하여 기울어지는 제1 분리부, 상기 제1-1 경로에 배치되어, 상기 제1 분리부에서 입력되는 상기 제1 레이저를 제1-2 경로로 출력하고 상기 제2 레이저를 차단하는 제2 분리부, 및 상기 제2 경로에 배치되어, 상기 제1 분리부에서 입력되는 상기 제2 레이저를 투과시키고 상기 제1 레이저를 차단하는 제3 분리부를 포함하는 레이저 분리부; 상기 제3 분리부에서 출력되는 상기 제2 레이저가 입력되는 고형 염료를 포함하고, 상기 제2 레이저를 입력 받아서 제3 파장의 제3 레이저를 발진하여 출력하는 염료부; 및 상기 제2 분리부에서 출력되는 상기 제1 레이저 및 상기 염료부에서 출력되는 상기 제3 레이저를 결합하여 출력하는 레이저 결합부를 포함한다.
Description
본 발명은 레이저 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 틸팅 미러의 기울기를 조정하여, 레이저를 보다 효율적으로 선택 출력할 수 있고, 복수의 파장의 빛을 보다 안정적으로 교차 출력할 수 있는 레이저 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
복수의 파장의 광을 동시에 출력하는 레이저 장치에 있어서, 고형 염료(solid dye)를 이용하는 레이저 장치가 연구되고 있다. 고형 염료를 이용하는 레이저의 경우 레이저 시스템 구성이 용이하고 이득 매질인 고형 염료의 교체가 간편하다는 장점이 있다. 그러나, 종래의 레이저 장치에서는, 고형 염료를 이득 매질로 하여 증폭된 레이저 빔 펄스와 펌핑 레이저 빔 펄스를 독립적으로 이용하는 데 제약이 있다.
고형 염료를 이용하는 레이저 장치에 있어서, 복수의 파장을 갖는 레이저 빔을 파장에 따라 선택적으로 출력 및 결합하여, 파장, 에너지, 반복률, 위상 등의 다양한 광특성을 선택적으로 조절하기 위해, 레이저를 보다 효율적으로 선택 발진하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다.
본 발명의 일 실시예는, 틸팅 미러의 기울기를 조정하여, 레이저를 보다 효율적으로 선택 출력할 수 있고, 복수의 파장의 빛을 보다 안정적으로 교차 출력할 수 있는 레이저 장치 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치는, 제1 파장의 제1 레이저를 출력하는 레이저 생성부; 상기 레이저 생성부에서 입력받은 상기 제1 레이저의 일부를 제2 파장의 제2 레이저로 변환시켜 출력하는 파장 변환부; 상기 파장 변환부에서 입사되는 상기 제1 및 제2 레이저를 제1-1 경로 및 상기 제1-1 경로와 다른 제2 경로로 교번하여 출력하도록 제1 및 제2 각도로 교번하여 기울어지는 제1 분리부, 상기 제1-1 경로에 배치되어, 상기 제1 분리부에서 입력되는 상기 제1 레이저를 제1-2 경로로 출력하고 상기 제2 레이저를 차단하는 제2 분리부, 및 상기 제2 경로에 배치되어, 상기 제1 분리부에서 입력되는 상기 제2 레이저를 투과시키고 상기 제1 레이저를 차단하는 제3 분리부를 포함하는 레이저 분리부; 상기 제3 분리부에서 출력되는 상기 제2 레이저가 입력되는 고형 염료를 포함하고, 상기 제2 레이저를 입력 받아서 제3 파장의 제3 레이저를 발진하여 출력하는 염료부; 및 상기 제2 분리부에서 출력되는 상기 제1 레이저 및 상기 염료부에서 출력되는 상기 제3 레이저를 결합하여 출력하는 레이저 결합부를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 제1 분리부가 제1 각도로 배치되는 경우, 상기 제1 분리부는 상기 제1 및 제2 레이저를 상기 제2 분리부로 출력하고, 상기 제1 분리부가 제2 각도로 배치되는 경우, 상기 제1 분리부는 상기 제1 및 제2 레이저를 상기 제3 분리부로 출력할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제2 분리부는, 상기 제1 레이저를 상기 제1-2 경로로 출력하고, 상기 제2 레이저를 투과시키는 다이크로익 미러; 및 상기 제2 레이저를 흡수하는 차단부를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제3 분리부는 상기 제1 레이저를 차단하고, 상기 제2 레이저를 투과시키는 선형 편광판을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 레이저 분리부는, 상기 제2 분리부에서 출력되는 상기 제1 레이저 및 상기 제3 분리부에서 출력되는 상기 제2 레이저를 교번하여 출력할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 레이저 결합부는, 상기 제1 레이저 및 상기 제3 레이저를 교번하여 출력할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 분리부에서 상기 제2 분리부로 출력되는 상기 제1 레이저의 반복률은 상기 제1 분리부로 입력되는 상기 제1 레이저의 반복률의 1/2배이고, 상기 제1 분리부에서 상기 제2 분리부로 출력되는 상기 제2 레이저의 반복률은 상기 제1 분리부로 입력되는 상기 제2 레이저의 반복률의 1/2배일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 분리부에서 상기 제3 분리부로 출력되는 상기 제1 레이저의 반복률은 상기 제1 분리부로 입력되는 상기 제1 레이저의 반복률의 1/2배이고, 상기 제1 분리부에서 상기 제3 분리부로 출력되는 상기 제2 레이저의 반복률은 상기 제1 분리부로 입력되는 상기 제2 레이저의 반복률의 1/2배일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 레이저 생성부는 엔디야그 레이저를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제1 레이저의 파장은 750 내지 1,000,000 nm의 범위이고, 상기 제2 레이저의 파장의 495 내지 570 nm의 범위이고, 상기 제3 레이저의 파장은 630 내지 750 nm의 범위일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 레이저 생성부와 상기 파장 변환부 사이에 배치되는 레이저 분할부를 더 포함하고, 상기 레이저 분할부는 상기 제1 레이저의 일부를 트리거 신호 생성부로 출력하고, 상기 트리거 신호 생성부는 상기 제1 레이저의 제1 반복률에 기초하여 트리거 신호를 생성하여 상기 제1 분리부로 출력하고, 상기 제1 분리부는 상기 트리거 신호에 따라 제1 및 제2 각도로 교번하여 기울어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치 및 그 제어 방법은, 틸팅 미러의 기울기를 조정하여, 레이저를 보다 효율적으로 선택 출력할 수 있고, 복수의 파장의 빛을 보다 안정적으로 교차 출력할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 분리부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 분리부를 통과하는 레이저의 제1 광경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 분리부를 통과하는 레이저의 제2 광경로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결합부에서 출력되는 레이저의 파형도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 분리부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 분리부를 통과하는 레이저의 제1 광경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 분리부를 통과하는 레이저의 제2 광경로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 결합부에서 출력되는 레이저의 파형도를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 이용된다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 이용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 이용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 이용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 이용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 이용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 예시적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 레이저 장치는 엔디야그(Nd:YAG) 레이저를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 배치되지 않는 한, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서, 본 발명의 레이저 장치는 Nd:YVO4, 광섬유 레이저 등의 다양한 고체 레이저 장치 뿐만 아니라 액체 또는 기체 레이저 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 레이저 장치는 고형 염료(solid dye)를 이용하는 고형 염료 펄스 레이저 장치일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 배치되지 않는 한, 본 발명의 레이저 장치는 액체 또는 기체 염료를 포함하는 레이저 장치에도 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 장치는 레이저 생성부(10), 레이저 분할부(20), 트리거 신호 생성부(30), 레이저 변환부(50), 레이저 분리부(60), 염료부(80) 및 레이저 결합부(90)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 레이저 장치는, 광경로를 변환시키거나 광특성을 변환시키는 미러, 필터 또는 커플러 등을 포함하는 복수의 광학 부재(41, 42, 45, 47, 48) 등을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 생성부(10)는 엔디야그(Nd:YAG) 레이저를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 생성부(10)는, 펌핑 소스에서 펌핑광을 입력 받아, 단속부(미도시)를 통해 제1 반복률(예를 들어, 펄스 반복률 또는 주파수)로 단속하여, 제1 파장을 갖는 제1 레이저(L1)를 발진하여 출력할 수 있다. 제1 레이저(L1)는 근적외선 범위의 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저(L1)의 파장은 750 내지 1,000,000 nm의 범위일 수 있다. 예를 들어, 레이저 생성부(10)에서 출력되는 제1 레이저(L1)는, 약 1,064 nm의 제1 파장, 약 500 mJ의 펄스 에너지, 및 약 20 Hz의 제1 반복률을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 레이저(L1)의 파장은 다른 파장, 다른 펄스 에너지, 및 다른 반복률을 가질 수 있다.
레이저 분할부(20)는 빔 분할기(Beam Splitter, BS)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 분할부(20)는, 레이저 생성부(10)에서 입사되는 제1 레이저(L1)를 분할하여 서로 다른 경로로 출력할 수 있다. 예를 들어, 레이저 분할부(20)는 제1 레이저(L1)의 일부를 트리거 신호 생성부(30)로 출력하고, 제1 레이저(L1)의 다른 일부를 레이저 변환부(50)으로 출력할 수 있다. 제1 레이저(L1)가 레이저 분할부(20)에 의해 분할됨에 따라, 레이저 분할부(20)에 입사되는 제1 레이저(L1)의 펄스 에너지보다 레이저 분할부(20)에서 레이저 변환부(50)로 출력되는 제1 레이저(L1)의 펄스 에너지가 더 작을 수 있다. 예를 들어, 레이저 분할부(20)가 레이저 변환부(50)로 출력하는 제1 레이저(L1)는, 레이저 분할부(20)에 입사되는 제1 레이저(L1)의 펄스 에너지인 500 mJ에 대비하여 1/2 감소하여, 250 mJ의 펄스 에너지를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 분할부(20)는 제1 레이저(L1)의 일부를 트리거 신호 생성부(30)로 출력할 수 있다. 트리거 신호 생성부(30)는 제1 레이저(L1)의 제1 반복률에 기초하여 트리거 신호(St)를 생성하여 레이저 분리부(60)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 트리거 신호 생성부(30)는 포토다이오드(Photo Diode: PD) 등을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 일 예에서, 레이저 생성부(10)에 후속하여 트리거 신호 생성부(30)가 배치되어, 제1 레이저(L1)의 제1 반복률을 센싱하여 센싱 시그널을 트리거 신호(St)로서 레이저 분리부(60)로 출력하고, 이 때 레이저 분할부(20)는 생략되고 레이저 생성부(10)에서 생성되는 레이저의 전부가 레이저 변환부(50)로 출력될 수도 있다.
레이저 분할부(20)는 제1 레이저(L1)의 다른 일부를 레이저 변환부(50)로 출력할 수 있다. 레이저 분할부(20)와 레이저 변환부(50) 사이에는 복수개의 미러, 예를 들어 2개의 미러(41, 42)가 배치되어 제1 레이저(L1)가 진행하는 광경로를 변환시킬 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 분할부(20)와 레이저 변환부(50)의 사이에는 편광 조절부(45)가 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 편광 조절부(45)는 λ/2 편광판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광 조절부(45)는 레이저 분할부(20)에서 출력되어 레이저 변환부(50)로 입사되는 제1 레이저(L1)의 편광 방향 및/또는 편광율을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 레이저 변환부(50)는, 레이저 분할부(20)에서 제1 레이저(L1)를 입력 받아 출력하는 제1 렌즈(510), 제1 렌즈(510)에서 입력받은 제1 레이저(L1)의 일부를 제2 파장의 제2 레이저(L2)로 변환시켜 출력하는 파장 변환부(520), 및 파장 변환부(520)에서 제1 레이저(L1)의 다른 일부 및 제2 레이저(L2)를 입력 받아 출력하는 제2 렌즈(530)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 렌즈(510)는, 예를 들어 제1 레이저(510)의 초점을 조절할 수 있는 볼록 렌즈, 오목 렌즈 등의 다양한 렌즈를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(510)는 레이저 분할부(20)에서 출력되는 제1 레이저(L1)를 입력 받아 에너지 분포를 조절하여 파장 변환부(520)로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 파장 변환부(520)는 레이저 분할부(20)에서 제1 렌즈(510)를 거쳐 입사되는 제1 레이저(L1) 중 일부를 그대로 통과시켜 제2 렌즈(530)로 출력하고, 제1 레이저(L1)의 다른 일부를 제2 파장을 갖는 제2 레이저(L2)로 변환시켜서 제2 렌즈(530)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 파장 변환부(520)로 입사되는 제1 레이저(L1) 중 일부가 파장 변환부(520)를 통과하는 동안 제2 레이저(L2)로 변환될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 레이저(L2)는 가시광선 범위의 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저(L2)의 제2 파장은 약 495 내지 570 nm의 범위, 예를 들어 약 532 nm일 수 있다. 예를 들어, 파장 변환부(520)에서 파장이 변환된 제2 레이저(L2)는 녹색 레이저일 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(530)에서 레이저 분리부(60)로 입사되는 제1 레이저(L1)는 약 1,064 nm의 파장, 약 250 mJ의 펄스 에너지, 및 약 20 Hz의 반복률을 가질 수 있고, 제2 렌즈(530)에서 레이저 분리부(60)로 입사되는 제2 레이저(L2)는 약 532 nm의 파장, 약 250 mJ의 펄스 에너지, 및 약 20 Hz의 반복률을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 파장 변환부(520)는 비선형 광학 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 파장 변환부(520)는 리튬 트라이보레이트(Lithium Triborate: LBO)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 파장 변환부(520)는 통상적으로 사용되는 임의의 공지된 비선형 광학 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어 LBO(lithium triborate), LiNbO3(lithium niobate), BBO(beta barium borate), KTP(potassium titanyl phosphate), KGW(potassium gadolinium tungstate), KDP(potassium dihydrogen phosphate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 렌즈(530)는 예를 들어 레이저의 초점을 조절할 수 있는 볼록 렌즈, 오목 렌즈 등의 다양한 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 렌즈(530)는, 제1 레이저(L1)의 다른 일부 및 제2 레이저(L2)를 파장 변환부(520)에서 입력 받아 에너지 분포를 조절하여 레이저 분리부(60)로 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 분리부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 레이저 분리부를 통과하는 레이저의 제1 광경로를 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 분리부를 통과하는 레이저의 제2 광경로를 나타낸 도면이다.
일 실시예에서, 레이저 분리부(60)는 제1 분리부(610), 제2 분리부(620), 제3 분리부(630)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 분리부(60)는 제2 분리부(620)의 후단(예를 들어, 하류)에 배치되는 차단부(640)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 분리부(60)는, 레이저 변환부(50)에서 입력되는 제1 및 제2 레이저(L1, L2)를 제1-1 경로(P11) 및 제1-1 경로(P11)와 다른 제2 경로(P2)로 교번하여 출력하도록 제1 및 제2 각도(a, b)로 교번하여 기울어지는 제1 분리부(610), 제1-1 경로(P11)에 배치되어, 제1 분리부(610)에서 입력되는 제1 레이저(L11)를 제1-2 경로(P12)로 출력하고 제1 분리부(610)에서 입력되는 제2 레이저(L21)를 차단하는 제2 분리부(620), 및 제2 경로(P2)에 배치되어, 제1 분리부(610)에서 입력되는 제2 레이저(L22)를 투과시키고 제1 분리부(610)에서 입력되는 제1 레이저(L12)를 차단하는 제3 분리부(630)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 분리부(610)는 틸팅되어 기울어질 수 있도록 배치되는 틸팅 미러(tilting mirror)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 분리부(610)는 제1 각도(a) 및 제2 각도(b)로 교번하여 기울어져서 제1 레이저(L1) 및 제2 레이저(L2)를 서로 다른 경로로, 예를 들어 제1-1 경로(P11) 및 제2 경로(P2)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 분리부(610)가 제1 각도(a)로 기울어지는 경우, 제1 분리부(610)는 제1 및 제2 레이저(L1, L2)를 제1-1 경로(P11)를 통해 제2 분리부(620)로 출력하고, 제1 분리부(610)가 제2 각도(b)로 기울어지는 경우, 제1 분리부(610)는 제1 및 제2 레이저(L1, L2)를 제2 경로(P2)를 통해 제3 분리부(630)로 출력할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 각도(a, b)는, 제1 및 제2 레이저(L1, L2)가 제1 분리부(61)로 입사되는 방향에 평행한 방향을 기준으로 제1 분리부(610)의 일면이 기울어진 각도를 말하는 것으로, 예를 들어 도 4 및 5에서와 같이 입사 방향에서 반시계 방향의 각도를 말할 수 있다. 예를 들어, 제1 각도(a) 및 제2 각도(b)는 서로 상이하고, 제1 각도(a)가 제2 각도(b)보다 작을 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 각도(a)는 제2 각도(b)보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 제1 분리부(610)는 트리거 신호 생성부(30)에서 입력되는 트리거 신호(St)에 따라 틸팅되어 기울어질 수 있다. 예를 들어, 제1 분리부(610)의 틸팅 타이밍이 트리거 신호(St)에 따라 제어됨에 따라, 제1 분리부(610)는 제1 및 제2 레이저(L1, L2)를 제2 분리부(620) 및 제3 분리부(630)로 번갈아가면서 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 분리부(60)가 제1 및 제2 레이저(L1, L2)를 제2 분리부(620) 및 제3 분리부(630)로 교번하여 출력함에 따라, 제1 분리부(610)에서 제2 분리부(620) 또는 제3 분리부(630)로 출력되는 제1 레이저(L11, L12)의 반복률은 제1 분리부(610)로 입력되는 제1 레이저(L1)의 반복률보다 작을 수 있고, 제1 분리부(610)에서 제2 분리부(620) 또는 제3 분리부(630)로 출력되는 제2 레이저(L21, L22)의 반복률은 제1 분리부(610)로 입력되는 제2 레이저(L2)의 반복률보다 작을 수 있다.
예를 들어, 제1 분리부(610)에서 제2 분리부(620)로 출력되는 제1 레이저(L11)의 반복률은 제1 분리부(610)로 입력되는 제1 레이저(L1)의 반복률의 1/2배이고, 제1 분리부(610)에서 제2 분리부(620)로 출력되는 제2 레이저(L21)의 반복률은 제1 분리부(610)로 입력되는 제2 레이저(L2)의 반복률의 1/2배일 수 있다. 예를 들어, 제1 분리부(610)에서 제3 분리부(630)로 출력되는 제1 레이저(L12)의 반복률은 제1 분리부(610)로 입력되는 제1 레이저(L1)의 반복률의 1/2배이고, 제1 분리부(610)에서 제3 분리부(630)로 출력되는 제2 레이저(L22)의 반복률은 제1 분리부(610)로 입력되는 제2 레이저(L2)의 반복률의 1/2배일 수 있다.
예를 들어, 제1 분리부(610)에서 제2 분리부(620)로 출력되는 제1 및 제2 레이저(L11, L21)은 각각 약 10 Hz의 반복률을 가질 수 있고, 제1 분리부(610)에서 제3 분리부(630)로 출력되는 제1 및 제2 레이저(L12, L22)은 각각 약 10 Hz의 반복률을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제1 분리부(610)는 제1 레이저(L1) 및 제2 레이저(L2)를 제1-1 광경로(P11) 및 제2 광경로(P2)로 교번하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 분리부(610)는 제1 레이저(L1) 및 제2 레이저(L2)를 규칙적으로 교번하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1-1 광경로(P11)로 출력되는 제1 및 제2 레이저(L11, L21) 및 제2 광경로(P2)로 출력되는 제1 및 제2 레이저(L12, L22)는 서로 90°의 위상차를 갖도록 교번하여 출력될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 분리부(620)는 제1-1 경로(P11)에 배치되어, 제1 분리부(610)에서 제1-1 경로(P11)로 입사되는 제1 레이저(L11) 및 제2 레이저(L21)의 광경로를 선택적으로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 분리부(620)는 제1-1 경로(P11)로 입사되는 제1 레이저(L11)의 광경로를 제1-2 경로(P12)로 변화시킬 수 있다. 여기서, 제1-1 경로(P11) 및 제1-2 경로(P12)를 총칭하여 제1 광경로라고도 한다. 또한, 레이저 분리부(60)는 제1-1 경로(P11)에서 제2 분리부(620)에 후속하여(예를 들어, 하류에) 배치되는 차단부(640)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 차단부(640)는, 제1-1 경로(P11)로 제2 분리부(620)를 투과하여 입사되는 제2 레이저(L21)를 차단할 수 있다.
예를 들어, 제2 분리부(620)는 다이크로익 미러를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다이크로익 미러는, 굴절률이 다른 복수의 층을 포함하여 복수의 파장을 갖는 광을 선택적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 다이크로익 미러는 일 파장의 광은 반사하고, 다른 일 파장의 광은 투과할 수 있고, 따라서 복수의 파장의 광을 포함하는 광의 광경로를 서로 다르게 또는 동일하게 선택적으로 변화시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 제2 분리부(620)가 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 분리부(620)는 상기 기능을 수행할 수 있는 다른 물질을 포함할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차단부(640)는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 적절한 파장 범위의 레이저를 차단하거나 흡수할 수 있는 공지된 임의의 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제3 분리부(630)는 제2 경로(P2)에 배치되어, 제1 분리부(610)에서 제2 경로(P2)로 입력되는 제1 레이저(L12) 및 제2 레이저(L22)를 선택적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제3 분리부(630)는 제1 레이저(L12)를 차단하고, 제2 레이저(L22)를 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 제3 분리부(630)는 선형 편광판(linear polarizer)를 포함할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제3 분리부(630)는 수직 편광 상태인 제1 레이저(L12)를 차단하고, 수평 편광 상태인 제2 레이저(L22)를 투과시킬 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 분리부(60)에서 출력되는 제1 레이저(L11) 및 제2 레이저(L22)의 편광 방향은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 분리부(620)에서 출력되는 제1 레이저(L11) 및 제3 분리부(630)에서 출력되는 제2 레이저(L22)의 편광 방향은 서로 수직하는 방향, 예를 들어 각각 방향(↔) 및 방향(⊙)일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 분리부(620)는, 제1 경로(P11)로 입사되는 제1 레이저(L11)를, 제1-2 경로(P12)를 통해, 미러(47)를 거쳐 레이저 결합부(90)로 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 분리부(630)는 제2 레이저(L22)를 투과시켜서, 제2 광경로(P2)를 통해 염료부(80)로 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 분리부(60)는, 제2 분리부(620)에서 출력되는 제1 레이저(L11)를 레이저 결합부(90)로, 그리고 제3 분리부(630)에서 출력되는 제2 레이저(L22)를 염료부(80)로 교번하여 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 분리부(620)에서 레이저 결합부(90)로 입사되는 제1 레이저(L11)는 약 1,064 nm의 파장, 약 250 mJ의 펄스 에너지, 및 약 10 Hz의 반복률을 가질 수 있고, 제3 분리부(630)에서 염료부(80)로 입사되는 제2 레이저(L22)는 약 532 nm의 파장, 약 250 mJ의 펄스 에너지, 및 약 10 Hz의 반복률을 가질 수 있다.
이와 같이, 제1 분리부(610)의 기울기를 변화시켜서 제1 및 제2 레이저(L1, L2)의 광경로를 선택적으로 변화시키고, 제2 분리부(620), 제3 분리부(630), 및 차단부(640)를 이용하여 제1 및 제2 레이저(L11, L22)를 선택적으로 출력함에 따라, 레이저의 파장에 따라 레이저를 보다 효율적으로 선택 출력할 수 있고, 복수의 파장의 빛을 보다 안정적으로 교차 출력할 수 있다.
이하에서, 레이저 분리부(60)에서 제2 경로(P2)로 출력되는 제2 레이저(L22)가 입사되는 염료부(80)에 대해서 설명한다. 일 실시예에서, 염료부(80)는 제1 광학부재(810), 제2 광학부재(830), 제3 광학부재(840), 및 제1 광학부재(810)와 제2 광학부재(830) 사이에 배치되는 고형염료부(820)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 광학부재(810)는 엔드 미러(end mirror) 또는 백미러(back mirror)라고도 불리며, 고형염료부(820)에서 제1 광학부재(810) 방향으로 향하는 광을 제3 광학부재(830) 방향으로 전반사할 수 있다. 예를 들어, 제2 광학부재(830)는 출력 커플러(output coupler)를 포함할 수 있으며, 고형염료부(820)에서 제2 광학부재(830) 방향으로 향하는 광을 제1 광학부재(810) 방향으로 부분 반사하고, 또한 부분적으로 투과시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제3 분리부(630)를 통해 투과된 제2 레이저(L22)는 고형염료부(820)로 입사될 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저(L22)는 제1 광학부재(810)를 통해 고형염료부(820)로 입사될 수 있다. 고형염료부(820)는, 제2 레이저(L22)를 입력 받아, 제3 파장의 제3 레이저(L3)를 발진하여 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 광을 전반사하는 제1 광학부재(810) 및 광을 부분 반사하는 제2 광학부재(830)에 의해, 고형염료부(820)로부터 출력된 제2 레이저(L22)의 일부 및 제3 레이저(L3)의 일부가 제2 광학부재(830)를 통과하여 제3 광학부재(840)로 출력된다. 예를 들어, 제2 광학부재(830)는 제2 레이저(L22) 및 제3 레이저(L3)의 약 50 내지 95 %를 제3 광학부재(840)로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 고형염료부(820)는 고형 염료를 포함할 수 있다. 고형염료부(820)는, 제2 파장을 갖는 제2 레이저(L22)를 입력 받아, 제3 파장을 갖는 제3 레이저(L3)를 발진하도록 하는 고형 염료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 레이저(L3)는 가시광선 범위의 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 레이저(L3)는 약 630 내지 750 nm의 범위, 예를 들어 약 650 nm의 제3 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 레이저(L3)는 적색 레이저일 수 있다. 예를 들어, 고형염료부(820)는 녹색 레이저를 입력 받아, 적색 레이저를 발진할 수 있는 통상의 공지된 고형 염료를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 염료는 특별히 한정되지 않으며, 레이저를 발진할 수 있는 임의의 염료가 사용될 수도 있다.
일 실시예에서, 제2 광학부재(830)에서 출력된 제2 레이저(L22) 및 제3 레이저(L3)는 제3 광학부재(840)로 입사된다. 일 실시예에서, 제3 광학부재(840)는 저역 통과 필터(low pass filter, LPF)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제3 광학부재(840)는, 제2 광학부재(830)에서 입사되는 제2 레이저(L22)를 필터링하여 제거하고, 제3 레이저(L3)만을 레이저 결합부(90)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제3 광학부재(840)에서 레이저 결합부(90)로 출력되는 제3 레이저(L3)는 약 650 nm의 파장, 약 50 mJ의 펄스 에너지 및 약 10 Hz의 반복률을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제3 광학부재(840)에서 출력되는 제3 레이저(L3)는 미러(48)를 통해 광경로가 변화되어 레이저 결합부(90)로 입사될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 결합부에서 출력되는 레이저의 파형도를 나타낸 도면이다.
일 실시예에서, 도 6을 참조하면, 레이저 결합부(90)는, 레이저 분리부(60)에서 제1-2 경로(P12)로 출력되어 미러(47)에 의해 반사되는 제1 레이저(L11) 및 염료부(80)에서 출력되어 미러(48)에 의해 반사되는 제3 레이저(L3)를 결합하여 출력 레이저(Lout)로서 출력할 수 있다. 예를 들어, 레이저 결합부(90)는, 제1 레이저(L11) 및 제3 레이저(L3)를 교번하여 출력하여, 출력 레이저(Lout)로서 출력할 수 있다. 예를 들어, 레이저 결합부(90)는 다이크로익 미러를 포함하여, 서로 다른 방향에서 입사되는 제1 레이저(L11) 및 제3 레이저(L3)를 동일한 방향으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 레이저 결합부(90)는, 제1 레이저(L11) 및 제3 레이저(L3)를, 90°의 위상차를 갖도록 규칙적으로 교번하여 출력할 수 있다.
예를 들어, 레이저 장치는, 레이저 결합부(90)를 통해, 약 1,064 nm의 파장, 약 250 mJ의 에너지 및 약 10 Hz의 반복률을 갖는 제1 레이저(L11) 및 약 650 nm의 파장, 약 50 mJ의 에너지 및 약 10 Hz의 반복률을 갖는 제3 레이저(L3)를 교번하여 출력할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 레이저 생성부
20: 레이저 분리부
30: 트리거 신호 생성부
50: 파장 변환부
60: 레이저 분리부
610: 제1 분리부
620: 제2 분리부
630: 제3 분리부
80: 염료부
90: 레이저 결합부
20: 레이저 분리부
30: 트리거 신호 생성부
50: 파장 변환부
60: 레이저 분리부
610: 제1 분리부
620: 제2 분리부
630: 제3 분리부
80: 염료부
90: 레이저 결합부
Claims (11)
- 제1 파장의 제1 레이저를 출력하는 레이저 생성부;
상기 레이저 생성부에서 입력받은 상기 제1 레이저의 일부를 제2 파장의 제2 레이저로 변환시켜 출력하는 파장 변환부;
상기 파장 변환부에서 입사되는 상기 제1 및 제2 레이저를 제1-1 경로 및 상기 제1-1 경로와 다른 제2 경로로 교번하여 출력하도록 제1 및 제2 각도로 교번하여 기울어지는 제1 분리부, 상기 제1-1 경로에 배치되어, 상기 제1 분리부에서 입력되는 상기 제1 레이저를 제1-2 경로로 출력하고 상기 제2 레이저를 차단하는 제2 분리부, 및 상기 제2 경로에 배치되어, 상기 제1 분리부에서 입력되는 상기 제2 레이저를 투과시키고 상기 제1 레이저를 차단하는 제3 분리부를 포함하는 레이저 분리부;
상기 제3 분리부에서 출력되는 상기 제2 레이저가 입력되는 고형 염료를 포함하고, 상기 제2 레이저를 입력 받아서 제3 파장의 제3 레이저를 발진하여 출력하는 염료부;
상기 제2 분리부에서 출력되는 상기 제1 레이저 및 상기 염료부에서 출력되는 상기 제3 레이저를 결합하여 출력하는 레이저 결합부를 포함하는 레이저 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 분리부가 제1 각도로 배치되는 경우, 상기 제1 분리부는 상기 제1 및 제2 레이저를 상기 제2 분리부로 출력하고,
상기 제1 분리부가 제2 각도로 배치되는 경우, 상기 제1 분리부는 상기 제1 및 제2 레이저를 상기 제3 분리부로 출력하는 레이저 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 분리부는,
상기 제1 레이저를 상기 제1-2 경로로 출력하고, 상기 제2 레이저를 투과시키는 다이크로익 미러; 및
상기 제2 레이저를 흡수하는 차단부를 포함하는 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제3 분리부는 상기 제1 레이저를 차단하고, 상기 제2 레이저를 투과시키는 선형 편광판을 포함하는 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 레이저 분리부는, 상기 제2 분리부에서 출력되는 상기 제1 레이저 및 상기 제3 분리부에서 출력되는 상기 제2 레이저를 교번하여 출력하는 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 레이저 결합부는, 상기 제1 레이저 및 상기 제3 레이저를 교번하여 출력하는 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 분리부에서 상기 제2 분리부로 출력되는 상기 제1 레이저의 반복률은 상기 제1 분리부로 입력되는 상기 제1 레이저의 반복률의 1/2배이고,
상기 제1 분리부에서 상기 제2 분리부로 출력되는 상기 제2 레이저의 반복률은 상기 제1 분리부로 입력되는 상기 제2 레이저의 반복률의 1/2배인 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 분리부에서 상기 제3 분리부로 출력되는 상기 제1 레이저의 반복률은 상기 제1 분리부로 입력되는 상기 제1 레이저의 반복률의 1/2배이고,
상기 제1 분리부에서 상기 제3 분리부로 출력되는 상기 제2 레이저의 반복률은 상기 제1 분리부로 입력되는 상기 제2 레이저의 반복률의 1/2배인 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 레이저 생성부는 엔디야그 레이저를 포함하는 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 레이저의 파장은 750 내지 1,000,000 nm의 범위이고,
상기 제2 레이저의 파장의 495 내지 570 nm의 범위이고,
상기 제3 레이저의 파장은 630 내지 750 nm의 범위인 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 레이저 생성부와 상기 파장 변환부 사이에 배치되는 레이저 분할부를 더 포함하고,
상기 레이저 분할부는 상기 제1 레이저의 일부를 트리거 신호 생성부로 출력하고,
상기 트리거 신호 생성부는 상기 제1 레이저의 제1 반복률에 기초하여 트리거 신호를 생성하여 상기 제1 분리부로 출력하고,
상기 제1 분리부는 상기 트리거 신호에 따라 제1 및 제2 각도로 교번하여 기울어지는 레이저 장치.
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|---|---|---|
| JP2000091205A (ja) * | 1998-09-14 | 2000-03-31 | Hitachi Ltd | 露光光源および露光装置ならびに半導体装置の製造方法 |
| JP2010054547A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Lasertec Corp | 紫外レーザ装置 |
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