KR20230156084A - 공동내 홀로그래픽 레이저 모드 변환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광대역 공동내 레이저 모드 변환기이다. 이는 광-열-굴절(PTR) 유리에 기록된 넓은 스펙트럼 폭을 갖는 체적 브래그 격자의 내부에 임프린팅된 복잡한 위상 마스크의 홀로그램이다. 이 홀로그램은 PTR 유리의 낮은 흡수 계수와 낮은 비선형 굴절률로 인해 높은 순간 및 평균 파워에서 넓은 파장 범위에 걸쳐 사용될 수 있는 광대역 위상 변환 모놀리식 장치이다. 따라서, 이는 레이저 공진기에서 광대역 광학 빔 변환 및 모드의 변환을 위해 사용될 수 있다.
Description
본 개시내용은 위상 빔 변환 방법에 관한 것이다. 특히, 본 개시내용은 공간 횡방향 모드 변환을 제공하도록 구성된 공동내 무색 홀로그래픽 위상 마스크를 구비한 레이저에 관한 것이다.
예를 들어, 세기 및 평면 파면의 가우시안 측방향 프로파일을 다양한 레이저 용례에서 요구되는 다른 더 복잡한 모드 프로파일로 모드 변환하기 위해 횡방향 모드 변환 방법이 사용된다. 이러한 변환된 모드는 TEMmn, Lager-Gaussian LGnm, Airy, Bessel 및 기타를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모드 성형(shaping) 기술은 진폭 변조, 위상 변조 또는 둘의 조합을 포함하고, 레이저 공동 외부에서 또는 그 내부에서 수행될 수 있으며, 내부에서 수행되는 것이 본원과 가장 관련된다.
모드의 위상 프로파일 변환 방법은 모드 파면의 국소 영역에 적용되는 위상 보정을 포함한다. 결과적으로, 빔 전파 특성은 성형된 모드의 원거리 필드에서 원하는 방사조도 프로파일을 제공하도록 변경될 수 있다. 원하는 모드 형상 변환을 가능하게 하는 위상 지연은 파장의 분율로 측정되는 광학 경로 차에 의해 결정된다. 광학 경로 차는 빔이 통과하여 이동하는 매체의 두께 및 매체의 굴절률의 곱이다. 위상 프로파일을 제어하는 요소는 여기서 특히 관심이 있는 위상 마스크, 회절 광학 요소(DOE), 및 공간 광 변조기(SLM)를 포함한다. 특별한 위상 시프팅 작용은 특정 파장에 대해서만 실현될 수 있기 때문에, 모든 위상 성형 요소는 고도의 색수차를 나타낸다 - 이 현상은 협대역 및 비교적 낮은 파워 모드를 특징으로 한다. 그러나, 높은 파워 및 넓은 스펙트럼 선을 갖는 모드는 매우 다양한 레이저 산업 용례에서 필수적이다.
위상 마스크는, 투과된 모드의 광학 경로가 개구를 가로질러 특정된 분포를 갖게 되는 광학 요소이고, 용어로서 공간 의존적 위상 프로파일이 유도되는 전통적인 렌즈를 제외한 임의의 광학 요소를 규정하는 데 사용된다. 미리결정된 위상 분포를 갖는 영구 위상 마스크를 제조하기 위한 2개의 방법이 공지되어 있다. 제1 방법은 광학적으로 투명한 균일한 재료의 프로파일링된 표면-표면 위상 마스크를 제작하는 것을 포함한다. 이 방법은 선택적 에칭 또는 퇴적의 다양한 기술들에 의해 수행될 수 있다. 이 방법은 기하학적 두께의 바람직한 프로파일 및 대응적으로 투과된 빔 내의 광학 위상의 프로파일을 생성한다. 제2 방법은 빔의 개구에 걸쳐 매체의 체적 내에서 재료의 국소 굴절률을 변화시키는 것을 포함한다. 이러한 변화는 광학 경로의 바람직한 프로파일을 생성하고, 결과적으로, 투과된 모드에 광학 위상을 생성한다. VBG를 제작하는 데 적합한 재료는 감광성이다.
감광성 재료의 예는 UV 방사선에 대한 재료의 노출과 그 후의 열 현상(thermal development) 후에 굴절률의 변화를 제공하는 광-열-굴절(photo-thermo-refractive)(PTR) 유리이다. 이 시퀀스는 레이저 방사선에 의해 표백(bleaching)될 수 없는 영구 재료 굴절률 변화 및 가시광선 및 근적외선 스펙트럼 영역에서의 그 낮은 흡수를 초래한다. 이러한 특징은 레이저 방사선, 기계적 충격 및 고온에 대한 높은 내성 및 높은 효율을 특징으로 하는 VBG의 제작을 가능하게 한다. 특히, VBG는 균질한 PTR 유리 플레이트를 어떤 각도로 수렴하는 2개의 시준된 UV 빔의 간섭 패턴에 노출시킴으로써 생성된다. 이러한 조건에서, 간섭 패턴은 평면-평행 줄무늬의 시스템이다. 수렴 각도는 간섭 패턴의 주기를 결정한다. 열 현상 후에, 수정된 굴절률을 갖는 평면-평행 층의 시스템이 PTR 유리의 체적 내에 생성된다. 층들 사이의 거리가 간섭 패턴의 주기와 동일하다. VBG에서의 광의 회절은 브래그 법칙에 따른다:
여기서, λ은 파장이고, n는 감광성 매체의 평균 굴절률이고, d는 균일한 굴절률을 갖는 층 사이의 거리이며, θ는 빔 전파 방향과 균일한 굴절률의 평면 사이의 각도이다. 이 공식은 VBG가 좁은 스펙트럼 및 각도 수용률을 갖는 협대역 장치이지만, 종래의 VBG의 중요한 특징이 조정가능성이라는 것을 보여준다. 입사각의 변화는 VBG를 상이한 공진 파장으로 조정하게 한다.
체적 브래그 마스크(volume Bragg mask)(VPM)는 종래의 또는 확률론적 포토리소그래피에 의해 제조되는 진폭 마스크를 통해 PTR 유리 플레이트를 UV 방사선에 노출시킴으로써 제조된다. 이 기술은 레이저 방사선 및 광학계의 표면 오염에 대한 높은 저항을 제공하는 각각의 편평한 연마된 표면을 갖는 유리 플레이트 내의 복잡한 위상 마스크(PM)의 제작을 가능하게 한다.
협대역 제한은 홀로그래픽 체적 위상 마스크(HPM)의 상당히 새로운 개발에 의해 상당히 최근에 극복되었다. HPM은 VBG에 체적 위상 마스크를 통합함으로써 제조되는 광학 요소이다. 이 방법은 VBG에 의해 회절된 빔 내에 바람직한 프로파일을 생성한다. 특히, HPM은 투과성 VBG 상에 원하는 위상 정보를 내장(embedding)하고, 이를 PTR 유리의 두꺼운 매체에 홀로그래픽적으로 기록함으로써 제조된다. 결과적으로, HPM은, 회절된 파장에 관계없이, 회절된 모드의 위상 프로파일이 HPM의 제작 중에 사용되는 기록 UV 빔의 위상 프로파일과 동일하도록 동작한다. 사용시, 이렇게 제작된 HPM은 그 자체의 위상 프로파일을 회절된 모드에 내장한다. 이는 사용시 입사 빔의 위상 프로파일로 모드를 회절시키는 종래의 VBG와는 대조적이다. 이는, 종래의 표면 또는 체적 PM과 달리, HPM은 감광성 매체의 투명 창 내의 조정가능한 장치라는 것을 의미한다. PTR 유리의 경우, 이 창은 350 내지 2700 nm이다. 가우시안 모드를 상이한 공간 모드로 그리고 그 반대로 변환하는 것의 실증이 HPM의 각도 조정에 의해 생성되었다.
HPM의 빔 성형 능력은 2개의 표면 격자와 조합하여 HPM을 포함하는 광학 구성에서 이용되어 왔다. 이러한 구성은, 적어도 300 nm 주파수 범위에서, 펨토초(fs) 빔과 같은, 광대역 또는 다중파장 빔에 대한 무색 모드 변환을 가능하게 한다. 또한, 다수의 HPM이 동일한 PTR 체적 내에 기록될 수 있고, 이는 각각의 상이한 파장에서 그리고 상이한 공간 모드에서 전파되는 여러 광대역 빔의 증배를 허용한다. 따라서, HPM은 다수의 광대역 레이저 빔의 공간적 변환 및 공간적 조합을 제공할 수 있다.
HPM 기술의 추가적인 개발이 미국 특허 출원 제62/970,001호에 개시되어 있다. 후자는 UV 빔을 기록하는 파라미터가 넓은 스펙트럼 수용성을 제공할 때 PTR 체적 내에서의 HPM 기록의 방법을 교시한다. 이 스펙트럼 수용성 내에서 임의의 스펙트럼 성분에 대한 위상 유입은 동일하다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 개시된 방법에 의해 제조된 HPM은 모놀리식이며 무색이고 표면 격자를 필요로 하지 않는다.
상기 개시된 HPM은, 오히려 모드의 원하는 공간 분포 및 전파 특성을 얻기 위해 레이저 모드 성형의 전형적인 방법인 레이저 공동 외부의 자유 공간에서 전파되는 레이저 빔과 관련하여 사용되어 왔다. 그러나, 공진기 내에서 레이저 모드를 성형하는 것은, 이득이 미리규정된 공간 모드 분포 내로 우선적으로 커플링되어 손실을 최소화하는 것을 보장한다.
따라서, 다양하게 성형되는 모드들 사이의 모드 변환을 제공하기 위해 광대역 레이저 공진기 내에서 동작하는 공동내 HPM을 구비한 광대역 레이저가 필요하다.
이러한 요구는 광대역 빔의 횡방향 모드-성형이 가능한 무색이고 조정가능한 회절된 요소인 HPM을 통합하는 개시된 레이저 구성에 의해 충족된다. 여러 발명 양태 및 그 각각의 특징이 아래에 개시되며, 아래에 개시된 특정 특징의 각각이 하나의 또는 다수의 다른 특징과 조합될 수 있도록 개념적으로 그리고 구조적으로 관련지어진다.
본 개시내용의 기본 특징에 따르면, 미리결정된 횡방향 모드로 방사선을 발생시키도록 구성된 공진기는 미리결정된 횡방향 모드의 일부를 회절시키기 위해 브래그 각도로 조정되는 HPM을 포함한다. 회절되는 동안, HPM은 미리결정된 모드의 위상 프로파일과는 상이한 그 위상 프로파일을 회절된 횡방향 모드에 인코딩한다. 결과적으로, HPM은 최대 HPM의 스펙트럼 폭과 동일한 스펙트럼 폭을 갖는 회절된 횡방향 모드를 공진기 외부로 안내하는 출력 커플러로서 동작한다.
광대역 공진기는 가우시안 위상 프로파일을 갖는 기본 모드를 지원하도록 구성된다. 전형적으로, 레이저 소스 및 그 펌핑 체계는 가우시안 위상 프로파일을 갖는 가장 가간섭적인 광학 빔의 공간적 프로파일을 제공한다. 따라서, HPM은 가우시안 모드를 복잡한 TEMmn, Lager-Gaussian LG nm, Airy, Bessel 및 다른 복잡한 모드 형상으로, 그리고 필요한 경우 다시 가우시안 모드로 변환하도록 구성된다.
그러나, 개시된 공진기는 가우시안 모드만을 지원하는 것으로 제한되지 않으며, 다수의 고차 모드를 지원하도록 구성될 수 있다. 이러한 레이저는 다중모드(MM) 레이저라고 지칭된다. 따라서, 이 양태의 추가 개발에서, HPM은 비-가우시안 또는 복잡한 모드 간의 위상 변환을 제공하기 위해 적어도 300 nm까지의 스펙트럼 폭으로 구성된다.
다른 특징에 따르면, 광대역 공진기는 플레인형(plain)이고 2개의 이격된 반사기 사이에 형성된다. 공진기는 원하는 파장에서 미리결정된 모드의 증폭을 제공하는 다양한 재료로부터 선택될 수 있는 이득 매체를 더 포함한다. 다양한 이득 매체가 여기에 나열되기에는 너무 많지만, 일반적으로 이테르븀, Yb:KGW, Yb:KYW와 같은 다양한 희토류 이온으로 도핑된 결정 성장된 YAG, 및 나노초 미만의 고 파워 펄스를 포함하는 펄스의 생성을 위해 사용되는 다른 결정이 본 개시내용의 맥락 내에서 성공적으로 시험되었다.
추가적인 특징에서, 개시된 반사기는, 공진 공동을 사이에 형성하고 공진기 내에서 생성된 모든 에너지를 그 내부에 보존하는 각각의 플레인형 고반사 미러(HR)로서 구성된다. 공동의 아키텍처는 공진기의 축을 따라 HR 사이에서 이동하는 미리결정된 횡방향 모드의 형상을 제공한다. HPM은, 공진기 내부의 HR로부터 이격되어, HPM이 공진기의 축방향 평면에 대해 횡방향인 회절 평면에서 2개의 출력을 제공하는 양방향 출력 커플러로서 기능하도록 장착된다. 즉, 2개의 회절된 횡방향 모드 각각의 출력 방향은 미리결정된 모드의 축방향 전파 방향에 대해 특정된다. 따라서, HPM 모드 변환기는 미리결정된 횡방향 모드는 공진기 내에 머무르는 한편 HPM의 위상 프로파일을 갖는 회절된 횡방향 모드는 공진기로부터 디커플링되도록 구성된다.
또 다른 구조적 특징은 회절된 횡방향 모드의 반대 방향들 중 하나를 따라 회절 평면 내에 장착된 추가적인 HR 미러를 포함한다. 이 특징은 공진기의 출력의 의도된 타겟이 회절된 횡방향 모드의 2개의 출력을 갖는 아키텍처에서보다 실질적으로 더 높은 출력 파워를 수취하게 한다.
전술된 특징의 다른 구조적 수정은, 추가적인 HR 미러로부터 반사된 회절된 횡방향 모드가 반대 회절 방향으로 전파되는 회절된 횡방향 모드의 것과는 상이한 위상 유입을 가질 수 있다는 사실에 기인한다. 그 결과, 회절된 횡방향 모드는 서로 상쇄적으로 간섭하여 출력 신호를 감쇠시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해, 추가적인 HR 미러는 회절 평면 내에서 변위가능하므로, 반사된 회절된 횡방향 모드의 경로를 변경하여 간섭 패턴을 조절한다.
또 다른 특징에 따르면, HPM은 출력 커플러로서 기능하지 않고, 공동내 모드 변환기로서만 기능한다. 공진기의 구성은 공동을 형성하는 단부 반사기를 포함하고, 단부 반사기 중 하나 만이 HR 미러이다. 다른 출력 미러(PR)는 입사광을 단지 부분적으로 반사한다. HPM은 높은 변환 효율로 구성되고, 미리결정된 횡방향 모드를 90o 각도로 PR에 입사되는 회절된 횡방향 모드로 변환하도록 장착된다. 회절된 빔의 일부가 공동 내로 다시 반사될 때, HPM은 회절된 횡방향 모드를 미리결정된 횡방향 모드로 다시 변환한다. 따라서, 이 양태의 공진기는 단일 출력을 가지며, 그 공동은 각각의 미리결정된 모드와 회절된 횡방향 모드를 지원하는 영역으로 분할되고 HPM에 의해 서로 분리된다. 즉, 이전 양태와 대조적으로, 이 양태의 레이저는 동일한 공동 내에서 이동하는 다양한 횡방향 모드를 갖도록 구성된다.
추가 특징은 레이저 구성요소의 상이한 구성을 포함한다. 특히, HPM 및 PR 미러는 이전 양태의 구조적 특징과 유사한 2개의 이격된 구성요소로서 구성될 수 있다. 대안적으로, HPM 및 PR 미러는 단일체 또는 모놀리식 구성요소로서 구성될 수 있다.
또 다른 특징은 HPM을 구비한 모놀로식 레이저를 말한다. 구조적으로, 이 양태의 공진기는 임의의 희토류 이온으로 도핑된 PTR 유리의 슬래브로 구성된다. 따라서, 이득 매체가 개별 공동내 구성요소 중 하나일 뿐인 각각의 이전 양태의 구조적 특징과 대조적으로, 전체 슬래브는 이동식 모놀리식 고체 상태 레이저를 나타내는 이득 매체이다. 2개의 HR 코팅이 이득 요소의 각각의 반대 측면 상에 퇴적되어 그 사이에 공진 공동을 형성한다.
앞서 개시된 특징 중 하나와 유사하게, 앞서 개시된 구성의 모놀리식 레이저는 회절된 모드의 2개의 출력을 갖는다. 이러한 양태의 특징에 따라서, 이득 요소는, 단일 출력을 갖는 이 구조를 제공하는 출력된 회절된 모드 중 하나의 경로 내에 놓이는 요소의 측면 상에 퇴적된 추가적인 HR 코팅을 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 특징은 동일한 체적의 감광성 유리에 기록되는 여러 VBG를 포함하며, 각각의 HPM을 갖는 VBG는 광학적으로 독립적이면서 서로 물리적으로 공간적으로 중첩된다. 상이한 입사각에서 상이한 파장을 갖는 빔을 발진(launching)하는 것은 상이한 PHM에 의한 회절을 제공한다. 구조적으로, 이 양태는 상이한 HPM 사이의 전환을 허용하고, 따라서 상이하게 성형된 출력 횡방향 모드를 허용하는 틸팅가능한 유리를 포함한다.
상기 및 다른 구조적으로 그리고 개념적으로 상보적인 특징은 실척으로 도시되지 않은 첨부 도면을 참조하여 더 명백해질 것이다. 도면은 다양한 밀접하게 관련된 양태 및 개요의 예시 및 추가의 이해를 제공하고, 본 명세서의 일부를 구성하지만, 임의의 특정한 개요 또는 양태의 제한을 나타내지 않는다. 도면에서, 다양한 도면에서 나타나는 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소는 유사한 번호로 표시된다. 명료함을 위해서, 모든 구성요소가 동일한 참조 번호를 갖지는 않을 수 있다. 도면에서:
도 1은 본 개시내용의 발명 개념에 따라 동작하는 HPM을 기록하기 위한 광학 레이아웃이다.
도 2a 및 도 2b는 가우시안 TEM00으로부터 TEM11 모드로의 광학 빔 변환 및 측정을 제공하는 예시적인 광학적 개요의 각각의 개략도이다.
도 3은 양방향 출력 커플러로서 동작하는 HPM 공동내 모드 변환기로 구성된 본 발명의 광대역 레이저의 하나의 예시적인 광학적 개략도이다.
도 4는 단일 출력 커플러로서 동작하는 HPM 공동내 모드 변환기를 갖는 본 발명의 광대역 레이저의 다른 예시적인 개략도이다.
도 5는 HPM 모드 변환기를 구비한 본 발명의 광대역 레이저의 또 다른 광학적 개략도이다.
도 6은 HPM 공동내 모드 변환기를 구비하고 모놀리식 광학 발생기로서 구성된 본 발명의 레이저이다.
도 7은 도 3의 본 발명의 광대역 레이저의 동작 프로토타입의 광학적 개략도이다.
도 8a는 도 7의 광학적 개략도에 따라서 회절된 광대역 레이저 출력 빔을 캡쳐하는 것의 개략도이다.
도 8b1 내지 도 8b3는 도 8a의 개략도에 따라서 회절된 횡방향 모드의 원거리 필드(far field) 내에서 캡쳐된 레이저 출력의 각각의 상이한 공간 모드를 도시한다.
도 9는 도 5의 본 발명의 광대역 레이저의 동작 프로토타입의 광학적 개략도이다.
도 10a는 각각의 도 9의 광학적 개략도에 따라서 회절된 광대역 레이저 출력 빔을 캡쳐하는 것의 개략도이다.
도 10b1 내지 10b3는 도 10a의 개략도에 따라서 캡쳐된 광대역 레이저 출력의 상이한 각각의 공간 모드를 도시한다.
도 11은 도 3, 도 4 및 도 5에 따른 본 발명의 개념을 수행하는 멀티플렉싱된 HPM의 동작을 도시한다.
도 1은 본 개시내용의 발명 개념에 따라 동작하는 HPM을 기록하기 위한 광학 레이아웃이다.
도 2a 및 도 2b는 가우시안 TEM00으로부터 TEM11 모드로의 광학 빔 변환 및 측정을 제공하는 예시적인 광학적 개요의 각각의 개략도이다.
도 3은 양방향 출력 커플러로서 동작하는 HPM 공동내 모드 변환기로 구성된 본 발명의 광대역 레이저의 하나의 예시적인 광학적 개략도이다.
도 4는 단일 출력 커플러로서 동작하는 HPM 공동내 모드 변환기를 갖는 본 발명의 광대역 레이저의 다른 예시적인 개략도이다.
도 5는 HPM 모드 변환기를 구비한 본 발명의 광대역 레이저의 또 다른 광학적 개략도이다.
도 6은 HPM 공동내 모드 변환기를 구비하고 모놀리식 광학 발생기로서 구성된 본 발명의 레이저이다.
도 7은 도 3의 본 발명의 광대역 레이저의 동작 프로토타입의 광학적 개략도이다.
도 8a는 도 7의 광학적 개략도에 따라서 회절된 광대역 레이저 출력 빔을 캡쳐하는 것의 개략도이다.
도 8b1 내지 도 8b3는 도 8a의 개략도에 따라서 회절된 횡방향 모드의 원거리 필드(far field) 내에서 캡쳐된 레이저 출력의 각각의 상이한 공간 모드를 도시한다.
도 9는 도 5의 본 발명의 광대역 레이저의 동작 프로토타입의 광학적 개략도이다.
도 10a는 각각의 도 9의 광학적 개략도에 따라서 회절된 광대역 레이저 출력 빔을 캡쳐하는 것의 개략도이다.
도 10b1 내지 10b3는 도 10a의 개략도에 따라서 캡쳐된 광대역 레이저 출력의 상이한 각각의 공간 모드를 도시한다.
도 11은 도 3, 도 4 및 도 5에 따른 본 발명의 개념을 수행하는 멀티플렉싱된 HPM의 동작을 도시한다.
본 개시내용은 미리결정된 공동내 횡방향 모드를 조절(conditioning)하는 공진 공동 기하학적 구조, 및 최대 PHM의 스펙트럼 폭의 스펙트럼 폭을 갖는 회절된 모드 상에 원하는 위상 프로파일을 내장하면서 미리결정된 모드의 일부를 회절시키기 위해 공동 내에 장착되는 HPM을 갖는 레이저를 교시한다.
VBG는 다양한 파장이 브래그 조건을 만족하는 한 초기 빔 프로파일을 왜곡시키지 않으면서 다양한 파장을 회절시킬 수 있는 가장 간단한 체적 홀로그램이라는 것에 유의하는 것이 중요하다. VBG와 대조적으로, HPM은 입사 빔 파면을 변화시킨다. 또한, 이는 HPM이 기록 파장과 상이하거나 동일한 파장으로 시험될 수 있다는 사실로 이어진다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 원하는 위상 프로파일을 투과 브래그 격자(TBG)(12) 내로 인코딩하는 것은 아암들 중 하나, 즉, 색채 UV 빔(14)에 장착되는 표준 2진 위상 마스크(PM)(20)를 포함하는 홀로그래픽 2-빔 기록 시스템(10)에 의해 수행된다. PM(20)은 재구성 파장을 위한 것이 아니고 기록 빔(14')의 홀로그램 파장을 위한 원하는 위상 프로파일을 갖는다. PM(20)에 의해 성형되고 더 이상 가우시안 형상의 빔(14)을 갖지 않는 기록 빔(14'), 및 빔 분할기에 의해 빔(14)으로부터 분할되는 UV 색채 빔(16)은 TBG(12)의 법선에 대해 소정 각도로 간섭되어 그 내부에 프린지 패턴을 생성한다. 시스템(10)에 의해 제작된 HPM(22)은 2진 위상 프로파일을 갖는다. 상기에 기초하여, 도 2b의 HPM(22)이 사용될 때, 브래그 조건에 대응하는 임의의 파장에서 전파되고 도 2a의 CCD(26)에 의해 파장의 분율로 측정되는 회절된 빔(24)의 위상 프로파일은 UV 빔(14')에 대한 것과 동일하다.
특히, 도 2a 및 도 2b는 가우시안 TEM00으로부터 가우시안 TEM11 모드로의 예시적인 빔 변환을 도시한다. 4-섹터 HPM(22)은 도 1의 TBG(12)에 인코딩된다. 도 2b의 회절된 빔(24) 및 투과된 빔(28)의 둘 모두의 공간 프로파일은 푸리에 렌즈를 거쳐 원거리 필드에 기록된다. 회절된 빔의 스펙트럼 폭은 HPM(22)의 스펙트럼 폭만큼 넓을 수 있다. HPM의 스펙트럼 폭은 최대 300 nm 이상일 수 있으며, 이는 최대 1 nm의 좁은 선폭과 최대 HPM(22)의 폭의 넓은 스펙트럼 선 사이의 범위를 갖는 빔이 본 발명의 개념에 따라 성형될 수 있게 한다.
도 1로 돌아가서, HPM(22)은 가우시안 모드를 갖는 입사 빔의 변환으로 한정되지 않는다. 빔 성형 요소로서, HPM(22)은 임의의 복잡한 모드(complex mode)를 다른 복잡한 모드로 변환하도록 제작될 수 있다. 도 1의 기록 개략도는 PM(20) 및 가우시안 빔(16)의 것과는 상이한 위상 프로파일을 갖는 추가 PM(20')을 통합함으로써 복잡한 모드로 동작하는 HPM(22)을 제작하는 데 사용될 수 있다. 복잡한 회절된 횡방향 기록 모드(14', 16') 사이의 간섭은 HPM(22)을 초래하며, 따라서 HPM은 그 체적에 기록된 2개의 복잡한 모드를 갖는다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 레이저의 공진 공동(30)에 장착된 HPM(22)은 출력 커플러로서 동작한다. 단순성을 위해 평면 공진기가 여기에 도시되어 있다. 실제로는, 다양한 유형의 공진기가 본 발명의 레이저에 대해 고려될 수 있다. 이득 요소(G36) 이외에도, 공진기(30)는 2개의 고반사율 평면 미러(HR)(32 및 34) 각각을 갖도록 구성된다. 이러한 공진기는 프레넬 수(F)가 단위(unit)보다 작은 경우 단일 횡방향 모드를 제공한다:
,
여기서, r는 기본 모드의 반경, L는 공진기 길이, λ는 파장이다. 이 모드는 세기의 가우시안 측방향 프로파일을 갖는다. HR 미러(32, 34) 각각은 발생된 파워 모두를 공진기(30) 내부에 유지시킨다. 공진기(30) 내에 원하는 브래그 각도로 조정된 HPM(22)을 배치하면, 미리결정된 생성된 공동내 모드(42)가 회절 평면(35)에서 반대 방향으로 회절된다. 결과적으로, HPM(22)은 양방향 출력 커플러로서 기능한다. 제2 출력은, HPM(22)에 입사할 때, 초기에 회절된 횡방향 모드와 동일한 회절 평면(36)에서 그러나 반대 방향으로 회절되는 HR(34)로부터의 미리결정된 공동내 횡방향 모드(42)의 역-반사의 결과이다. 커플링의 효율은 HPM(22)의 회절 효율을 변화시킴으로써 또는 임의의 적합한 액추에이터(38)에 의해 그 축을 중심으로 HPM(22)을 회전시킴으로써 성취될 수 있는 브래그 각도로부터의 HPM의 점진적인 이조(detuning)에 의해 변화될 수 있다. HPM(22)의 효율은 고객에 의해 특정된 요건을 충족하도록 선택된다. 도 3(및 도 4)의 구성에서, 마스크의 효율은 매우 높을 필요는 없으며 20 내지 30% 범위로 제한될 수 있다. 미리결정된 공동내 횡방향 모드(42)는, 예를 들어 TMoo일 수 있는 반면, 원하는 모드는 고차 횡방향 모드(TMmn)일 수 있다. 공진기(30) 내에 HPM(22)을 배치하는 것은 회절된 빔(24)에서의 위상 유입을 초래한다. 이는, 예를 들어, HR 미러(32, 34) 사이의 공동내 미리결정된 모드가 가우시안이지만, 2개의 출력 횡방향 모드(24)는 HPM(22)에 의해 결정되고 가우시안 모드와는 상이한 동일한 프로파일을 갖는다는 것을 의미한다. HPM은 모드 변환 및 수차 보정 양자 모두를 위한 거의 임의의 파면을 제공할 수 있다.
도 4는 하나의 추가적인 구조적 특징부를 갖는 도 3과 동일한 구성을 도시한다. 특히, 이 도면의 레이저(50)는 레이저 처리될 타겟에 입사되는 출력된 회절된 모드의 가능한 50% 파워 손실을 초래하는 양방향 출력 방출인 도 3의 단점을 해결한다. 구조적으로, 공진기(30)는 (지면(paper plane)에 대해) 상향의 회절된 모드(24')를 다시 공동 내로 반사하는 회절 평면에서 HPM(22)과 정렬되는 추가의 HR 미러(40)를 구비한다. 반사된 횡방향 모드(24')는 HPM(22)을 통해 이동하고 "하향의" 회절된 모드(24")와 동일한 위상 프로파일을 갖는다.
회절된 빔(24', 24")은 각각 상이한 위상 지연을 가질 수 있고, 따라서, 공진 공동(30) 밖으로 나가는 도중에 서로 보강적으로 또는 상쇄적으로 간섭할 수 있다. 출력 파워를 최적화하도록 산란 간섭을 방지하거나 이를 간단하게 제어하기 위해, HR(40) 및 공동(30)은 예를 들어 도 3에 도시되는 액추에이터(38)에 의해 회절 평면에서 서로에 대해 변위된다. 역-반사된 미리결정된 횡방향 빔(24')은 HPM(22)의 위상 프로파일을 갖는다. 모든 출력된 회절된 모드(24)는 또한 복잡한 위상 프로파일 또는 간단히 복잡한 모드를 갖는 것으로 지칭된다.
도 5는 본 발명의 개념의 다른 기능 양태를 수반하는 개략도를 도시한다. 여기서, HPM(22)은 출력 커플러로서 구성되지 않고 단지 공동(30)에 장착된 공동내 모드 변환기로서 구성된다. 각각의 도 3 및 도 4에 도시되는 구성과 유사하게, HPM(22)은 마스크가 임의의 주어진 사양의 요건을 충족하게 하는 넓은 범위에서 변하는 원하는 효율을 갖는다. 앞서 개시된 구성과 대조적으로, 도 5의 구성에서 이용되는 HPM(22)의 효율은 90%를 초과하는 것이 바람직하다. 도 3 및 도 4의 개략도와 도 5의 개략도의 다른 차이는 출력 미러(44)가 여기서는 도 3의 HR 미러가 아닌 원하는 반사 계수를 갖는 부분 반사 미러(PR)라는 것이다.
HPM(22)은 원하는 위상 프로파일을 갖는 회절된 빔(24)이 수직 입사각으로 출력 커플러(PR44)로 발진되는 방식으로 장착된다. 이전의 구성과 유사하게, 미리결정된 횡방향 모드(42)가 이득 요소(G36)의 도움으로 생성될 것이다. 프레넬 수가 단위보다 작으면, 미리결정된 모드(42)는 가우시안이다. 미리결정된 횡방향 모드(42)는 HPM(22)에 의해 원하는 횡방향 모드(24)의 복잡한 위상 프로파일로 변환된다. 따라서, 2개의 상이한 횡방향 모드, 즉 HPM(22)으로부터 좌측으로의 미리결정된 모드(42)와 HPM으로부터 우측으로의 원하는 모드(24)가 공진기에 공존한다.
도 6은, 단일-단편 공진기로서 PTR 유리와 같은 감광성 이득 매체(PSG(46))를 포함하는 대안적인 구성을 갖는 본 발명의 레이저를 도시한다. PSG(46)은 희토류 이온으로 도핑되고 높은 감광성 및 높은 양자 수율의 발광 모두를 갖는다. PTR의 사용은 본 발명의 모놀리식 고체-상태 레이저(50)가 거의 임의의 위상 프로파일을 갖는 방사선을 방출하는 이하의 설계를 가능하게 한다. 효율 요건을 충족시키기 위해, HPM(22)은 넓은 각도 범위 내에서 변하는 미리결정된 각도로 PSG(46)에 기록된다. 도시되는 예에서, HPM(22)은 45°에서 기록된다.
3개의 고반사 코팅(HR)은, 이득 요소(46)의 각각의 반대 측면 상에 퇴적되고 사이에 공진 공동(56)을 형성하는 2개의 단부 HR(48, 52), 및 HPM(22) 옆의 회절 평면에서 PSG(46) 측면 중 다른 것 상에 코팅되는 제3 HR(54)을 포함한다. 단부 HR(48, 52) 사이에서 공진기(56)에서 발생되는 미리결정된 모드(42)는 HPM(22)에 의해 내장된 동일한 위상 프로파일을 갖는 원하는 횡방향 모드(60, 60')로서 HPM(22)을 통해 전후로 전파되는 동안 부분적으로 회절된다. 따라서, HPM(22)은 양방향 출력 커플러로 기능한다. 원하는 횡방향 모드(60)의 불필요한 2개의 출력을 방지하기 위해, 상향으로 회절되는 원하는 모드는 도 4와 유사한 방식으로 HR(54)에 의해 다시 반사된다. 그 후, 원하는 모드(60')는 미리결정된 모드(42)로 다시 변환되면서 미리결정된 모드(42)의 전파 평면에서 부분적으로 회절된다. 투과된 회절된 모드(60')는 하향의 회절된 모드(60)와 간섭한다. 회절된 모드에 대한 위상 유입의 차는 미리결정된 모드(42)의 축과 상부 미러(HR)(54) 사이의 거리를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 위상 유입 차 보상의 실현은 다축 스테이지(82) 상에 레이저(50)를 배치하거나 공진기 내로 커플링되는 펌프 빔을 출력하는 펌프(도시되지 않음)를 변위시킴으로써 성취된다. 도 6에 도시되는 레이저(50)는 소형이고, 다양한 환경적 스트레스에 대해 고도로 저항성이다.
도 7은 도 3의 본 발명의 레이저(50)에 기초하는 실험 장치를 도시하고 있다. 특히, 복굴절성 단결정 Yb3+:KYW가 2%의 도펀트 농도에서 3 mm의 두께를 갖는 그 Np 축을 따라 절단된 활성(도핑된) 이득 매체(36)로서 채용된다. 1040 nm 부근의 최대값을 갖는 결정의 공지된 넓은 방출 선폭은 레이저(50)의 파장 조정성을 가능하게 한다. 이득 매체(36)는 981 nm에서 최대 40 W 평균 파워를 출력하는 섬유-커플링된 연속파(CW) 레이저 다이오드(도시되지 않음)에 의해 광학적으로 펌핑된다. 4f 검출 구성으로 배치되고 다이오드 출력을 대략 250 μm의 스폿 크기로 이미징하는 데 사용되는 한 세트의 2개의 비구면 렌즈가 이득 매체(36) 내에 위치된다. 0o의 입사각에 대해 최적화된 2색성 단부 미러(32)가 펌프와 이득 매체(36) 사이에 배치되고, 이득 매체는 미러(32) 옆에 배치된다. 후자는 981 nm 파장에서 높은 투과 효율 및 1040 nm 파장에서 높은 반사를 갖는다.
초점 거리(f 1= 100 mm)를 갖는 비구면 렌즈(58)는 Yb3+:KYW 이득 매체(36)의 단부 패싯으로부터 이격된 하나의 초점 길이(L1)에 삽입되는 반면, 다른 비구면 렌즈(66)는 길이 L3에 대응하는 250 mm의 초점 길이로 구성된다. 렌즈(58)는 이득 요소(36)에 의해 발생되어 미리결정된 모드(42)의 광로에 장착되고 그 브래그 조건을 충족하도록 각도 조정되는 HPM(22)에 입사하는 미리결정된 횡방향 모드(42)를 시준한다. HPM(22)을 투과한 미리결정된 횡방향 모드(42)는 HR 미러(34)와 함께 공동(30)을 형성하는 고반사 미러(32)로 발진된다. 원하는 모드(24', 24")는 HPM(22)에 의해 회절되어 렌즈(66)에 의해 빔 프로파일러(68) 상에 포커스되는 원하는 모드(24") 및 분광계 또는 포토 다이오드(62)에 의해 측정되는 원하는 모드(24')를 갖는 레이저 출력을 형성한다. 각각의 공동 왕복에 대해 2개의 원하는 모드 출력(24', 24")을 갖는 이유는 도 3과 관련하여 상술된 것과 동일하다. 출력-커플링된 에너지의 백분율은 HPM(22)의 회절 효율에 의해 결정된다. 레이징 파장에서 5% 회절 효율을 갖는 HPM에 대해, 왕복 출력-커플링 손실은 9.75%(1 - 0.92)이다.
HPM의 브래그 조건이 만족되기 때문에, 회절된 빔은 HPM(22)의 위상 프로파일로 인코딩된다. 출력 빔(24")은 후속하여 원거리 필드에서 조명될 타겟에서 원하는 공간 분포로 변환되며, 이는 2f 구성에서 푸리에 렌즈(66)(f= 250 mm)를 통해 이들 빔을 전송하고 렌즈의 초점 거리(L~f=250 mm)에서 CCD 카메라 상의 빔 프로파일을 관찰함으로써 용이해질 수 있다. 두 회절된 빔 모두가 동일한 위상 프로파일을 겪는다는 것이 강조되어야 한다. 따라서, 이러한 레이저는 2개의 고반사 미러에 의해 한정된 공진기를 갖는 한편, HPM은 모드 변환 출력 커플러의 역할을 한다. 출력 커플링의 효율은 HPM의 회절 효율 및 브래그 조건으로부터의 그 이조에 의해 제어될 수 있다.
도 8a 및 도 8b1 내지 8b3를 참조하면, HPM(22)은 레이저 공동 내로의 그의 삽입 시에 4-섹터 위상 마스크의 정보를 인코딩하고, 여기서 HPM은 도 3의 2-방향 출력 커플러로서 채용된다. 레이저 출력 - 원하는 모드(24) - 은 그 원거리 필드 공간 분포를 캡쳐하기 위해 초점 길이(f)와 동일한 거리(L)로 렌즈(70)로부터 이격된 CCD 카메라 상에 푸리에 렌즈(70)에 의해 이미징된다. 도 8b1 내지 8b3 각각의 상이한 원거리 필드 공간 프로파일은 도 3의 액추에이터(38)에 의해 미리결정된 공동내 레이저 빔에 대해 변위가능한 HPM의 위치에 따라 기록된다.
도 9는 도 5의 구성에 기초하는 다른 실험 레이저(50)의 광학 레이아웃을 도시한다. 이 장치와 도 7의 장치 사이의 주요 차이점은 HPM(22)의 특성 및 역할에 있다. 도 7의 레이저에서 HPM(22)의 회절 효율은 최적의 출력 커플링을 제공하기 위해 다소 낮을 수 있지만, 여기서 HPM(22)은 매우 효율적이도록 구성된다. 따라서, 투과된 빔의 세기는 매우 낮고 방사선의 주요 부분은 HPM(22)에 의해 회절된다. 회절된 빔(24)은 출력 커플러로서 기능하는 역-반사기 또는 PR 단부 미러(44)로 발진된다. 회절된 빔의 반사된 부분(24r)은 HPM(22)으로 복귀되고, 미리결정된 모드(42)로 변환되고, 다시 이득 매체(36)로 지향된다. 이 공진기의 중요한 특징은 미리결정된 모드(42)가 HPM(22)으로부터 좌측으로 전파되는 반면, HPM(22)의 위상 프로파일을 갖는 원하는 모드(24)가 HPM으로부터 우측으로 전파된다는 것이다. 따라서, HPM(22)은 공동내 모드 변환기로서 기능한다.
도 10a 및 도 10b1 내지 10b3를 참조하면, 4-섹터 위상 마스크의 정보를 인코딩하는 샘플 HPM(22)이 레이저 공동 내에 삽입되고, 여기서 HPM은 공동내 모드 변환기로서 채용된다. 레이저 출력 - 도 5 및 도 9의 원하는 모드(24) - 은 그 원거리 필드 공간 분포를 캡쳐하기 위해 푸리에 렌즈(70)에 의해 CCD 카메라 상으로 이미징된다. 도 10b1 내지 도 10b3에 도시되는 바와 같이 미리결정된 모드에 대한 HPM의 위치에 따라 상이한 원거리 필드 공간 프로파일이 기록된다.
도 11을 참조하면, PTR 유리에서 VBG의 하나의 중요한 특징은 동일한 PTR 체적에서 여러 VBG를 기록할 가능성이다. 여러 VBG는 공간에서 물리적으로 중첩되지만 광학적으로 독립적이다. 상이한 입사각에서 각각의 상이한 파장을 갖는 빔을 발진하는 것은 상이한 VBG에 의한 회절을 제공한다. 이 개념은 도 3, 도 4 및 도 5의 이전에 개시된 구성의 본 발명의 레이저(50)에 멀티플렉스 HPM(80)을 배치함으로써 시험되었다. 따라서, 멀티플렉스 HPM(80)은 서로 상이한 각각의 위상 프로파일을 가지며 그 내부에 기록된 다수의 HPM을 수용하는 단일 PTR 체적 내에 구성된다. 멀티플렉스 HPM(80)을 갖는 레이저(50)가 시험되었으며, 멀티플렉싱된 HPM(80)의 일부인 대응하는 HPM에 의해 내장된 각각의 특정한 원하는 모드의 위상 프로파일의 효율은 마치 개별 HPM이 사용된 것과 동일하다는 것이 입증되었다. 임의의 종래의 액추에이터에 의해 멀티플렉스 HPM(80)을 그의 축(A)을 중심으로 틸팅하거나 회전시키는 것은 레이저(50)가 그의 출력을 기록된 원하는 모드들 사이에서 전환하도록 허용한다.
본 발명에 따라 본 명세서에 개시된 양태는 첨부 도면에 예시되거나 이하의 설명에 설명된 구성요소의 배치 및 구성의 세부사항으로 그 용례가 한정되지 않는다. 명백하게, 최대 300 내지 400 nm 선폭을 갖는 광대역 모드가 개시된 구성에서 성공적으로 성형될 수 있는 경우, 0.02 nm만큼 작은 선폭을 갖는 협대역 모드가 될 수 있다. 이들 양태는 다른 실시예를 취할 수 있고, 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 예를 들어, 개시된 HPM은, 예컨대, 광대역 방출 스펙트럼을 갖는 초단 펄스 레이저 및 고 파워 CW 레이저와 연관된 고 파워 광대역 빔에 의해 공진기 내에 형성된 열 렌즈를 보상하기 위해 사용될 수 있다. 다른 상업적 용례에서, 본 발명은 다양한 가우시안 모드 사이에서 위상 변환이 수행될 때 넓은 스펙트럼을 갖는 근거리 회절 제한 고 파워 레이저 빔을 생성하기 위해 사용될 것이다.
구체적인 구현예의 예가 단지 설명 목적을 위해서 본원에서 제공되고 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 특히, 임의의 하나 이상의 실시예와 관련하여 설명된 작용, 구성요소, 요소, 및 특징은 임의의 다른 실시예에서의 유사한 역할로부터 배제되도록 의도되지 않는다.
또한, 본원에서 사용된 어법 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이고 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 단수 또는 복수 형태의 언급은 현재 개시된 시스템 또는 방법, 그 구성요소, 작용 또는 요소를 제한하도록 의도되지 않는다. 또한, 이 문헌과 본원에 참조로 포함된 문헌 사이의 용어의 불일치 사용의 경우에, 포함된 참조에서의 용어 사용은 이 문헌의 용어 사용을 보완하고; 양립할 수 없는 불일치에 대해서는, 이 문헌에서의 용어 사용이 우선한다.
적어도 하나의 예의 여러 양태를 설명하였지만, 통상의 기술자는 다양한 변경, 수정, 및 개선이 통상의 기술자에게 용이하게 이루어질 것임을 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 단지 예이다.
Claims (20)
- 레이저이며,
전파 평면 내에서 진동하는 미리결정된 횡방향 모드로 방사선을 생성하도록 구성된 공진 공동; 및
공진 공동 내에 장착되고 미리결정된 횡방향 모드의 위상 프로파일과 상이한 위상 프로파일로 제작되는 광대역 홀로그래픽 위상 마스크(HPM)로서, HPM은 최대 HPM의 대역폭의 스펙트럼 폭을 가지며 원하는 횡방향 모드로 전파되는 생성된 방사선의 일부를 전파 평면에 대해 횡방향으로 연장되는 회절 평면에서 HPM의 위상 프로파일로 회절시키도록 브래그 각도로 조정되는, HPM를 포함하는 레이저. - 제1항에 있어서,
공진기 공동은 추가로
공진 공동을 경계 짓는 복수의 이격된 반사기로서, 적어도 하나의 반사기는 고반사율(HR) 미러인, 복수의 이격된 반사기, 및
반사기로부터 내향으로 이격된 이득 요소를 갖도록 구성되는 레이저. - 제2항에 있어서,
이격된 반사기는 공진 공동 외부의 회절 평면에서 전파되는 원하는 횡방향 모드를 회절시키는 출력 커플러로서 동작하는, HPM 옆에 위치하는 2개의 HR 미러를 포함하는 레이저. - 제3항에 있어서,
원하는 횡방향 모드로 회절된 방사선은 2개의 HR 미러 사이의 전파 평면에서 미리결정된 횡방향 모드의 전파 방향에 각각 의존하여 반대 방향으로 회절 평면에서 공진 공동으로부터 출력되는 레이저. - 제4항에 있어서,
회절 평면에서 HPM으로부터 이격되고 회절 평면에서 반대 방향 중 하나의 방향으로 전파되는 출력된 횡방향 모드를 반사하도록 장착되는 추가적인 HR 미러는 더 포함하며, 따라서 두 회절된 횡방향 모드는 하나의 방향에 반대 방향으로 공진 공동으로부터 디커플링되는 레이저. - 제5항에 있어서,
추가적인 HR 미러는 원하는 횡방향 모드가 반대 방향으로 공진 공동으로부터 디커플링되면서 서로 보강적으로 간섭하도록 출력된 원하는 횡방향 모드에 대한 위상 유입의 차를 제어하게 회절 평면에서 변위가능한 레이저. - 제3항에 있어서,
HPM은 최적의 출력 커플링을 가능하게 하도록 선택된 회절 효율을 갖는 레이저. - 제2항에 있어서,
이격된 반사기 중 하나는 HR 미러로부터 이격된 부분 반사(PR) 미러이며, HPM은 원하는 횡방향 모드의 일부를 공진 공동 내로 반사하고 그 나머지 부분을 공진 공동으로부터 디커플링하도록 구성된 PR 미러에 정상적으로 입사하는 원하는 횡방향 모드를 회절시키도록 장착되는 레이저. - 제8항에 있어서,
PR 미러는 원하는 횡방향 모드의 회절된 방사선에 원하는 파워를 제공하도록 선택된 반사 계수를 갖도록 구성되는 레이저. - 제8항에 있어서,
PR 미러 및 HPM은 서로 이격되는 레이저. - 제8항에 있어서,
PR 미러 및 HPM은 모놀리식 요소로서 구성되는 레이저. - 제2항에 있어서,
HPM은 원하는 횡방향 모드의 제어가능한 출력 커플링을 제공하기 위해 미리결정된 횡방향 모드의 전파 평면 및 미리결정된 모드의 전파 평면에 수직으로 연장되는 축을 중심으로 피벗가능하게 장착되는 레이저. - 제2항에 있어서,
HPM은 복수의 섹터를 갖고, HPM은 미리결정된 모드가 각각의 위상 프로파일을 서로 상이한 원하는 횡방향 모드 상에 인코딩하는 HPM의 상이한 위치에 입사하도록 회절 평면에서 제어가능하게 변위가능한 레이저. - 제2항에 있어서,
HPM은 0.02 내지 300 nm 범위의 스펙트럼 폭을 갖도록 구성되는 레이저. - 제3항에 있어서,
이득 요소는 희토류 이온 중 하나 또는 희토류 이온의 조합으로 도핑된 PTR 유리의 체적이고, 적어도 2개의 HR 반사기가 PTR 유리의 주연부의 각각의 이격된 위치 상에 코팅되어 그 사이에 미리결정된 횡방향 모드의 전파 평면을 형성하고, HPM은 이득 요소 내부에 기록되고, 코팅된 HR 코팅 및 PTR 유리를 갖는 이득 요소는 모놀리식 레이저로서 구성되는 레이저. - 제15항에 있어서,
HPM은 회절 평면에서 각각의 반대 방향으로 원하는 횡방향 모드의 출력을 제공하는 양방향 출력 커플러로서 구성되는 레이저. - 제15항에 있어서,
회절 평면에서 HPM과 정렬되고 이득 요소의 추가적인 위치 상에 코팅되는 추가적인 HR 코팅을 더 포함하고, 추가적인 HR 코팅은 원하는 횡방향 모드의 회절된 방사선의 출력을 반대 방향 중 단일 방향으로 제한하는 레이저. - 제17항에 있어서,
회절된 횡방향 모드 사이의 보강적인 간섭을 단일 출력으로 제공하도록 회절된 횡방향 모드에 대한 위상 유입의 차를 제어하기 위해 회절 평면에서 이득 요소를 지지하고 원하는 거리로 변위시키는 다축 스테이지를 더 포함하는 레이저. - 제1항에 있어서,
복수의 HPM이 단일 PTR 유리에 기록되고 각각의 상이한 위상 프로파일을 가지며, PTR 유리는 원하는 출력된 횡방향 모드의 위상 프로파일을 제어가능하게 변화시키기 위해 전파 및 회절 평면 모두에 수직으로 연장되는 축을 중심으로 회전하도록 공진 공동 내에 장착되는 레이저. - 제1항에 있어서,
HPM은 발생된 방사선에 의해 공진 공동 내에 형성된 열 렌즈를 보상하도록 구성되는 레이저.
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