WO2011037308A1 - 프리즘 구조를 이용한 레이저 - Google Patents

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WO2011037308A1
WO2011037308A1 PCT/KR2010/002808 KR2010002808W WO2011037308A1 WO 2011037308 A1 WO2011037308 A1 WO 2011037308A1 KR 2010002808 W KR2010002808 W KR 2010002808W WO 2011037308 A1 WO2011037308 A1 WO 2011037308A1
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laser
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laser medium
light
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김칠민
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서강대학교 산학협력단
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    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode

Definitions

  • the present invention relates to a laser using a prism structure, and more particularly, by performing laser oscillation using the laser medium of the prism structure, enabling high-power laser of a simple structure and preventing thermal distortion,
  • a prism structure laser improves space and resource efficiency.
  • a laser is an optical device that emits a laser beam, which is a monochromatic light that has a very strong light intensity and is transmitted without spreading to a long distance.
  • a laser reflects light emitted by a material containing atoms of high energy level. When repeatedly reciprocating with using the induced emission is made to use the principle that strong light is emitted.
  • lasers have been used for a wide variety of applications such as optical disks, space communication, precision machining, various sensors, medical, military, and physical property research, and related research, development, and technology demands are rapidly increasing.
  • micro laser-related research has been conducted in a wide variety of forms ranging from micro size micro lasers to kilowatt lasers for various industries.
  • micro lasers have focused on the development of chaotic structures or circular lasers in relation to the development of mirrorless lasers, and the development of fiber lasers or solid state lasers in relation to the development of high power lasers. It has been going on.
  • high power lasers are used in various industries such as welding, cutting, and marking using lasers in the industry, and their application fields and demands are expected to increase more rapidly.
  • a solid state laser In order to implement such a high power laser, a solid state laser has been introduced that emits a laser beam by using a solid dielectric containing ions causing laser action.
  • Such solid lasers include Nd: YAG lasers, which perform pumping through diode lasers, which are classified structurally to form a laser resonator by arranging semi-reflecting mirrors and total reflection mirrors on the front and back of a cylindrical medium.
  • YAG lasers which perform pumping through diode lasers, which are classified structurally to form a laser resonator by arranging semi-reflecting mirrors and total reflection mirrors on the front and back of a cylindrical medium.
  • disk type laser, slab laser and the like are being developed.
  • a conventional disk laser 100 propagates light into the laser medium 120 using a plurality of total reflection mirrors 110, 112, 114, and 116.
  • light incident to the laser medium 120 by the first mirror 110 is reflected from the bottom surface of the laser medium 120 and enters the second mirror 112, and the light reflected from the second mirror 112. Enters the third mirror 114 and the fourth mirror 116 via the laser medium 120 on the same principle.
  • the last mirror 130 is used as the output mirror.
  • the cooler 140 for cooling the laser medium 120 is located on the bottom surface of the laser medium 120. Recently, such a disc laser has been successful in obtaining a laser beam with a considerably high power.
  • the light incident on the laser medium 220 by the total reflection mirror 210 is reflected by zigzag on both sides of the laser medium 200, and proceeds. It is configured to be output through the output mirror 230.
  • such a fiber laser has a wavelength determined by a rare earth element and shows excellent laser power in continuous operation, but has a limitation in being applied to the development of high peak power laser using a Q-switching laser. There is a problem. The reason is that the fiber laser is damaged at the high peak power and the laser output is disturbed.
  • the technical problem to be solved by the present invention by generating a laser oscillation using a laser medium of the prism structure, enabling high-power laser of a simple structure, and prevent thermal distortion phenomenon, as well as space and resource efficiency It is to provide a laser of the prism structure to improve.
  • the present invention generates a laser oscillation (laser oscillation) using a laser medium of the prism structure, the laser medium of the prism structure, the light generated during the excitation of the laser medium is An entrance and exit surface portion through which light emitted from the inside of the laser medium or reflected by the resonator mirror is incident into the laser medium; And a reflecting surface portion which circulates inside the laser medium through total reflection at a critical angle after being reflected by the light generated during the excitation of the laser medium or the resonator mirror and incident through the entrance and exit surface portion, and exiting through the entrance and exit surface portion. It provides a laser using a prism structure comprising a.
  • the laser comprises the resonator mirror for injecting light emitted through the entrance and exit surface portion to the entrance and exit surface portion by reflection from the outside of the laser medium.
  • Brewster's Angle Anti-reflective Coating
  • the laser medium has a refractive index such that the light exiting through the entrance and exit surface portion is reflected from the entrance and exit surface portion to be incident into the laser medium to form the resonator mirror in the entrance and exit surface portion.
  • the laser medium may further include a total reflection mirror coating layer for reflecting light exiting through the entrance / exit surface part to be incident into the laser medium, thereby forming the resonator mirror in the entrance / exit surface part. do.
  • the reflective surface portion and circulates the light inside the laser medium through the total reflection of the light generated due to the refractive index of the laser medium and exits through the entrance and exit surface portion.
  • the laser medium comprises a solid, liquid or gaseous material with an active medium.
  • the laser medium has a prism structure in which lateral curve processing is performed to compensate for internal thermal distortion.
  • the laser using the prism structure according to the present invention generates a laser oscillation using a laser medium of the prism structure, the laser medium of the prism structure is generated during the excitation of the laser medium An entrance and exit surface part of which light is emitted from the inside of the laser medium; And a reflecting surface portion configured to circulate the light generated during the excitation of the laser medium through the total reflection at a critical angle and exit through the entrance and exit surface portion, and the prism structure includes a right isosceles triangular prism structure.
  • the genie has a first prism structure and a second prism structure having a rectangular isosceles triangle prism structure having a size smaller than that of the first prism structure, including the entrance and exit surface portion at one end of the hypotenuse side of the first prism structure to form the reflective surface portion. And the hypotenuse-side bottom surface of the first prism structure and the second prism structure are aligned with and connected to the other end of the hypotenuse-side bottom surface of the first prism structure.
  • the second prism structure, the hypotenuse length is less than the length of the hypotenuse length of the first prism structure minus the length of the wavelength of the light entering and exit, included in the range of more than half of the hypotenuse length of the first prism structure. do.
  • the entrance and exit surface portion is included in the range of the length on the hypotenuse of the first prism structure is greater than or equal to the wavelength length of the light to be emitted and emitted, less than half the length of the hypotenuse of the first prism structure.
  • the prism structure further comprises a third prism structure, the third prism structure, the light is incident into the laser medium of the third prism structure or inside the laser medium of the third prism structure A first entrance and exit face part and a second entrance and exit face part from which light is emitted from the second entrance and exit face part; And circulating the light incident through the first entrance and exit surface part in the laser medium through total reflection at a critical angle, and then output the light through the second entrance and exit surface part. And a reflecting surface portion that circulates inside the laser medium through total reflection and then exits through the first entrance and exit surface portion, and the prism structure includes light incident or exiting through the entrance and exit surface portion of the first prism structure.
  • Each of the third prism structure has a structure to emit or enter through the second entrance and exit surface portion.
  • the prism structure the light entering or exiting through the second entrance and exit surface portion of the first unit prism structure using the third prism structure as a unit prism structure, respectively, the first entry and exit of the second unit prism structure
  • the light is incident or exited through the second entrance and exit surface unit of the final unit prism structure by the series connection method of outputting or entering through the slope unit, respectively, and is output or incident through the entrance and exit surface unit of the first prism structure.
  • the laser using the prism structure generates a laser oscillation (laser oscillation) using a laser medium of the prism structure, the laser medium of the prism structure, the light into the laser medium First and second entrance and exit portions incident or exiting the light from the inside of the laser medium; And circulating the light incident through the first entrance and exit surface part in the laser medium through total reflection at a critical angle, and then output the light through the second entrance and exit surface part.
  • a reflecting surface portion circulating inside the laser medium through total reflection and exiting through the first entrance and exit surface portion, and the prism structure includes a first prism structure and a second prism structure having a right isosceles triangle prism structure.
  • Each of the first prism structure and the second prism structure bottom side of the first prism structure and the second prism structure to include the first exit surface and the second entrance and exit surface portion at the bottom side of the hypotenuse side, respectively, the mutually connected structure Include.
  • the first prism structure and the second prism structure has a right-angled isosceles triangle prismatic structure of the same size.
  • the first entrance and exit surface portion or the second entrance and exit surface portion, respectively, the length on the hypotenuse of the first prism structure or the second prism structure is greater than or equal to the wavelength length of the light incident, the first prism structure Or less than half of the hypotenuse of the second prism structure.
  • the laser includes a total reflection mirror that enters the light exiting through the first entrance surface portion or the second entrance surface portion to the first entrance surface portion or the second entrance surface portion by reflection, respectively.
  • the laser medium, the light exiting through the first exit surface portion or the second exit surface portion is reflected from the first entrance surface portion or the second entrance surface portion respectively to be incident into the laser medium.
  • a total reflection coating layer to form the total reflection mirror to the first entrance and exit surface portion or the second entrance and exit surface portion.
  • the laser medium may further include a semi-reflective coating layer on the second entrance surface or the first entrance surface, respectively, when the first entrance surface side or the second entrance side surface includes a total reflection coating layer. .
  • the prism structure is incident or emitted through the second entrance and exit surface portion of the first unit prism structure using the structure where the first prism structure and the second prism structure are connected to each other as a unit prism structure.
  • the light is emitted or incident through the first entrance and exit surface portion of the second unit prism, respectively.
  • the laser using the prism structure according to the present invention the laser medium of the prism structure; An optical pump to excite the laser medium; And a cooling unit for cooling the laser medium to generate laser oscillation, wherein the laser medium of the prism structure is configured to emit light generated when the laser medium is excited from the inside of the laser medium or by a resonator mirror.
  • the optical pumping unit comprises a diode laser for providing pump light for exciting the laser medium.
  • the cooling unit cools the laser medium on the upper surface, the lower surface, or both upper and lower surfaces of the laser medium parallel to the light circulation path surface inside the laser medium.
  • the light pump unit by the side of the laser medium to excite the laser medium by using light, current, or discharge.
  • the cooling unit may form a hole through which the pump light passes, and the optical pump unit may excite the laser medium by emitting the pump light through the hole.
  • the light incident on the laser medium of the prism structure is advanced by using total reflection, This allows for a simple laser implementation without a total reflection mirror and provides the advantage of preventing thermal distortion.
  • the laser medium By allowing the laser medium to be implemented in a thin planar shape, it provides an advantage of enabling efficient cooling to temperature control on both the upper and lower sides of the laser medium.
  • FIG. 2 is a view showing a conventional slab laser.
  • FIG 3 is a view showing a laser using a prism structure according to the first embodiment of the present invention.
  • 4A and 4B show light propagation paths in the laser medium of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a view showing a laser using a prism structure according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a laser using a prism structure according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows a light propagation path in the laser medium of FIG. 6.
  • FIG 8 illustrates a laser using a prism structure according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 9A and 9B show a laser using a prism structure according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG 3 shows a laser using a prism structure according to the first embodiment of the present invention.
  • the laser 300 is shown in plan view, and in FIG. 3B, a laser medium of the laser 300 is shown in a perspective view.
  • the laser 300 includes laser media 310 and 320 having a prism structure and resonator mirrors 330 and 340.
  • the laser 300 generates laser oscillation using the laser media 310 and 320 of the prism structure.
  • the laser 300 through the entrance and exit surface portion 312, 322, light generated when the laser medium 310, 320 is excited is emitted from the inside of the laser medium 310, 320, or by a resonator mirror. Reflected light is incident into the laser medium 310, 320.
  • the reflective surface portions 314, 316, 324, and 326 may emit light incident upon excitation of the laser medium 310 or 320 or light reflected by the resonator mirror and incident through the entrance and exit surface portions 312 and 322. After circulating inside the laser medium (310, 320) through the total reflection by the critical angle and exit through the entrance and exit surface portion (312, 322). In this case, the reflective surface portions 314, 316, 324, and 326 may use total reflection of light generated due to the refractive indices of the laser media 310, 320.
  • the reflective surface portions 314, 316, 324, 326 are configured such that incident light maintains a total reflection critical angle with the reflective surface portions 314, 316, 324, 326 while the laser medium 310, 320 is in progress.
  • total reflection coating may be used.
  • the resonator mirrors 330 and 340 are disposed outside the entrance and exit facets 312 and 322 and are incident on the entrance and exit facets 312 and 322 by reflection of light emitted through the entrance and exit facets 312 and 322. You can.
  • a resonator mirror is placed on both sides of the laser medium to excite the medium from the outside to raise the excited energy level, and the light emitted from the medium is trapped inside the resonator using reflection by the resonator mirror. Should. That is, through the reflection by the resonator mirrors 330, 340, the laser medium 310, 320 is excited to convert the spontaneous transition of the generated light into an induction transition.
  • one of the resonator mirrors 330 and 340 may be implemented as a total reflector 330, and the other may be implemented as an output coupler 340 in which laser output is performed. have.
  • the entrance and exit surfaces 312 and 322 may be formed by Brewster's Angle or Anti-reflective Coating. The light emitted and exited may be irradiated and emitted without reflection.
  • an organic-inorganic composite structure or recently introduced polystyrene-polymethylmethacrylate (PS-PMMA) block copolymer may be used as the material for the antireflective coating.
  • the laser medium may have a refractive index such that light emitted through the entrance and exit surface 312 or 322 is reflected by the entrance and exit surface 312 or 322 to be incident back into the laser medium.
  • the resonator mirror 330 or 340 may be formed on the entrance and exit surface portion 312 or 322. That is, the refractive index of the laser medium may be determined such that the light to be emitted through the entrance and exit surface portion 312 or 322 is reflected according to the reflectance of the entrance and exit surface portion 312 or 322 determined by the refractive index of the laser medium itself. .
  • the laser medium may further include a total reflection mirror coating layer for reflecting light emitted through the entrance and exit surface 312 or 322 to be incident at the entrance and exit surface 312 or 322 to be incident back into the laser medium.
  • Mirrors 330 or 340 may be formed on the entrance and exit surface portion 312 or 322.
  • the prism structures 310 and 320 of the laser medium may be composed of one single prism structure or may be composed of a plurality of prism structures.
  • the prism structures 310 and 320 may include a first prism structure 310 having a first entrance and exit portion 312, and a second entrance and exit portion 322 in contact with the first prism structure 310.
  • the second prism structure 320 may be included.
  • the first prism structure 310 and the second prism structure 320 circulate light incident through mutual coupling into the internal paths of the first prism structure 310 and the second prism structure 320.
  • the reflective surface portions 314, 316, 324, and 326 are formed.
  • each of the first prism structure 310 and the second prism structure 320 may have a right-angled isosceles triangle prism structure, and in particular, may have the same size.
  • Figure 3 is shown in a form in which the hypotenuse side of the mutually opposite sides between the two identical orthogonal isosceles triangular prismatic structures (310, 320) slightly connected.
  • the present invention when the present invention is implemented using a right-angled isosceles triangular prism structure, the design is simplified and the manufacturing is easy.
  • the present invention is not limited thereto, and the present invention may be embodied in various forms of prism structures.
  • the prism structures 310 and 320 may include the first prism structure 310 and the second prism structure 320 having right angled isosceles triangle prism structures at one end of the hypotenuse side, respectively.
  • the first prism structure 310 and the second prism structure 320 to form the reflective surface portions 314, 316, 324, and 326, including a first entrance and exit surface portion 312 and a second entrance and exit surface portion 322.
  • the hypotenuse has a structure in which the base of the hypotenuse is deviated and connected to each other. Accordingly, the first prism structure 310 and the second prism structure 320 each include a contact surface that is in contact with the bottom side of the hypotenuse side of the right isosceles triangle.
  • the first entrance and exit surface portion 312 and the second entrance and exit surface portion 322 are surfaces of the first prism structure 310 and the second prism structure 320, except for the contact surface of the hypotenuse side bottom surface, respectively ( 312, 322.
  • the first entrance and exit surface portion 312 or the second entrance and exit surface portion 322 formed as described above may have a length on the hypotenuse of the first prism structure 310 or the second prism structure 320, respectively. It is included in a range equal to or greater than a wavelength length and less than half the hypotenuse length of the first prism structure 310 or the second prism structure 320.
  • the total reflection mirror may be formed on the first or second entrance and exit surface portion 312 or 322.
  • a semi-reflective coating layer (not shown) on the second or first entrance and exit portions 322 or 312, respectively.
  • a semi-reflective mirror may be formed on the second or first entrance and exit surface portion 322 or 312.
  • 4A and 4B show the path of light travel in the laser medium of FIG. 3.
  • the incident light reaches the vicinity of the vertices 410 and 420 during the path of the laser medium, a change in the rotation direction occurs from the clockwise direction to the counterclockwise direction. do.
  • the rotation direction change is caused by a slight deviation of the vertices of the upper and lower prism structures.
  • the incident light pulse starts to rotate in the counterclockwise direction and finally exits the laser medium through the second entrance and exit surface portion 322.
  • the path D of the light propagated in the laser medium may be expressed by Equation 1 below.
  • Equation 1 L is half the length of a right-sided isosceles triangle hypotenuse, d is the length of the first prism structure 310 and the second prism structure 320, that is, the first entrance and exit surface portion 312 or The length on the hypotenuse of the second entrance and exit surface portion 322 is shown.
  • L is 1 cm and d is 100 ⁇ m
  • the length D of the path through which the light incident in the laser medium travels is 8 m.
  • FIG 5 shows a laser using a prism structure according to a second embodiment of the present invention.
  • the laser 500 includes laser media 510 to 530 having a prism structure and resonator mirrors 540 and 550.
  • the laser medium of the prism structure includes a prism structure as shown in FIG. 3, that is, a prism structure in which the first prism structure 310 and the second prism structure 320 are connected to each other as a unit prism structure.
  • the light path in the laser medium may be extended through a series connection method in which light emitted to the second entrance and exit portion 514 of the 510 is incident on the first entrance and exit portion 522 of the second unit prism structure 520.
  • three unit prismatic structures 510, 520, and 530 are connected in series.
  • the light reflected from the total reflection mirror 540 and incident on the first entrance and exit surface 512 of the first unit prism structure 510 is incident to the inside of the second unit prism structure 520 as described above.
  • the second entrance and exit portion 524 of the second unit prism structure 520 and the first entrance and exit portion 532 of the third unit prism structure are moved.
  • the third unit prism structure 530 is incident through.
  • the incident light circulates through the internal paths of the entire prism structures 510, 520, and 530, and then exits to the second entrance and exit portion 532 of the third unit prism structure 530 to output an output mirror ( 550 is output.
  • the laser medium of the prism structure combined by connecting the unit prismatic structures in series can extend the light propagation path by the number of unit prisms used in the combination as compared with the laser medium of FIG. 3.
  • 5 shows a prism structure connected in series on a two-dimensional plane, but in applying the series connection method, not only on a two-dimensional plane, but also according to a system environment, a designer, or a manufacturer's intention to which the present invention is applied, Can be connected in three dimensions.
  • the n th unit prism structure and the n + 1 th unit prism are connected in series
  • the n th unit prism structure may be implemented to be connected in the vertical direction.
  • the prism structure in the series connection state may be implemented by connecting a plurality of individual unit prisms, or may be implemented as a single prism structure.
  • the total reflection mirror may be disposed outside the laser medium in the laser of FIG. 3 or 5, when the total reflection coating is applied to the entrance and exit surface 312 or 512, the total reflection mirror may be formed on the entrance and exit surface 312 or 322. Can be. In other words, it becomes possible to remove the total external reflection mirror. At this time, the light that is circulating through the laser medium is reflected by the total reflection coating is emitted through the other entrance and exit surface portion (322, 532).
  • FIG. 6 shows a laser using a prism structure according to the third embodiment of the present invention.
  • the laser 600 is shown in plan view, and in FIG. 6B, the laser medium of the laser 600 is shown in a perspective view.
  • the laser 600 includes laser media 610 and 620 of a prism structure and a resonator mirror 630.
  • the laser 600 generates laser oscillation using the laser media 610 and 620 of the prism structure.
  • the laser media 610 and 620 of the prism structure may include an entrance and exit surface portion 612, and a reflective surface portion 614, 616, 622, 624.
  • the laser 600 emits light generated during excitation of the laser media 610 and 620 through the entrance and exit surface part 612 from the inside of the laser media 610 and 620.
  • the reflective surface portions 614, 616, 622, and 624 circulate light generated during excitation of the laser media 610 and 620 in the laser media 610 and 620 through total reflection by a critical angle, and then enter and exit. It exits through the slope part 612.
  • the reflective surface portions 614, 616, 622, and 624 may use total reflection of light generated due to the refractive indices of the laser media 610 and 620.
  • the reflective surface portions 614, 616, 622, and 624 are configured to maintain a total reflection critical angle with the reflective surface portions 614, 616, 622, and 624 while the incident light is traveling inside the laser medium 610 and 620.
  • a total reflection coating can be used. As such, an induced transition of light occurs through the excited laser media 610 and 620.
  • the resonator mirror 630 when the resonator mirror 630 is implemented outside the laser medium (610, 620), the light entering and exiting by the entrance and exit surface portion 612, Brewster angle or anti-reflective coating is non-reflective entrance and exit You can do that.
  • the material for the antireflective coating an organic-inorganic composite structure or recently introduced polystyrene-polymethylmethacrylate (PS-PMMA) block copolymer may be used.
  • PS-PMMA polystyrene-polymethylmethacrylate
  • the prism structures 610 to 620 of the laser medium may be composed of one single prism structure or may be composed of a plurality of prism structures.
  • the prism structures 610 and 620 may include a first prism structure 610 having the entrance and exit surface portion 612, and a second prism structure 620 in contact with the first prism structure 610.
  • the first prism structure 610 and the second prism structure 620 pass the light incident through mutual contact to the internal paths of the first prism portion 610 and the second prism portion 620. Reflecting surface portions 614, 616, 622, and 624 are formed.
  • each of the first prism structure 610 and the second prism structure 620 may be a right-angled isosceles triangle prism, and in particular, may have a different size.
  • FIG. 6 shows two identical right-angled isosceles triangular prisms 610 and 620 aligned to one side so that the bottom sides of the hypotenuses are connected to each other.
  • the present invention When the present invention is implemented by a right-angled isosceles triangle prism, there is an advantage that the design is simplified and easy to manufacture.
  • the present invention is not limited thereto, and the present invention can be implemented with various types of prisms.
  • the prism structures 610 and 620 may include a first prism structure 610 having a right isosceles triangle prism structure and a right isosceles triangle prism structure having a smaller size than the first prism structure.
  • the first prism structure 610 such that the second prism structure 620 forms the reflective surface portions 614, 616, 622, and 624, including the entrance and exit surface portion 612 at one end of the hypotenuse side bottom surface of the first prism structure.
  • the hypotenuse-side bottom surface of the second prism structure 620 are aligned to the other end of the hypotenuse-side bottom surface of the first prism structure 610 to be connected to each other.
  • each of the first prism structure 610 and the second prism structure 620 includes a contact surface that is in contact with the bottom side of the hypotenuse side of the right isosceles triangle.
  • the entrance and exit surface portion 612 is formed on a surface other than the contact surface of the hypotenuse side bottom surface of the first prism structure 610.
  • the entrance and exit surface portion 612 formed as described above is included in a range in which the length on the hypotenuse of the first prism structure 610 is greater than or equal to the wavelength of the incident light and is less than half the hypotenuse length of the first prism structure 610. do.
  • the hypotenuse of the second prism structure 620 is less than or equal to the hypotenuse length of the first prism structure 610 minus the length of the wavelength of light emitted from the hypotenuse of the first prism structure 610. It is included in the range more than half of the length.
  • FIG. 7 shows the path of light travel in the laser medium of FIG. 6.
  • the light when light is incident from the resonator mirror 630 into the laser medium through the entrance and exit surface portion 612, the light is reflected along the inner path by the reflection surface portions 614, 616, 622, and 624. Circulate clockwise to make a linear motion. In this case, the light striking the reflective surface portions 614, 616, 622, and 624 may travel while continuously circulating the inner path of the laser medium without light loss since the incident angle is larger than the total reflection critical angle.
  • the incident light reaches the vertices 710 and 720 during the internal path of the laser medium, the rotation direction is changed from the counterclockwise direction to the clockwise direction. The rotation direction change is caused by a slight deviation of the vertices of the upper and lower prism structures.
  • the incident light pulses start to rotate in a clockwise direction and eventually exit through the entrance and exit surface part 612 to the outside of the laser medium.
  • the light propagation path in the laser medium may be expressed as in Equation (1).
  • L is 1 cm and d is 2 mm
  • the length of the path through which light travels in the laser medium is 40 cm. This is the same as generating a laser oscillation with a laser made of a solid state laser of 2 mm radius 40 cm long.
  • the present invention particularly when including the prism structure as in the third embodiment, has a long light propagation path inside the laser medium, so that the output of the laser can be effectively obtained.
  • the light traveling path proceeds while circulating the laser medium region as a whole, space and resource efficiency are also large.
  • the configuration of the laser device can be simplified because it is not necessary to arrange the total reflection mirror or the total reflection coating on the outside, and to install the output mirror only on one side.
  • FIG 8 shows a laser using a prism structure according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the laser 800 includes laser media 810 to 830 and a resonator mirror 840 having a prism structure.
  • the laser medium of the prism structure may include one or two or more prism structures 830 and 820 as illustrated in FIG. 3 as a prism structure 830 as shown in FIG. 6 and a unit prism structure.
  • the unit prism structure 810 or 820 may include a first entrance and exit portion 812 or 822, a second entrance and exit portion 814 or 824, and a reflective surface portion 810 or 820.
  • the unit prism structure 810 or 820 light is incident into the laser medium through the first entrance and exit portion 812 or 822 and the second entrance and exit portion 814 or 824, and the light is incident from the inside of the laser medium to the outside. The light is emitted.
  • the reflective surface portion 810 or 820 circulates the light incident through the first entrance and exit surface portion 812 or 822 in the laser medium by total reflection and then exits through the second entrance and exit surface portion 814 or 824.
  • the light incident through the second entrance and exit surface 814 or 824 is circulated in the laser medium by total reflection and then exits through the first entrance and exit surface 812 or 822.
  • light incident or exiting through the entrance / exit surface portion 832 of the prism structure 830 as illustrated in FIG. 6 is configured to allow the second entrance / exit surface portion 824 of the unit prism structure 820. It may further extend the path of light propagation in the laser medium, including structures that allow it to exit or enter.
  • the prism structures 810 to 830 may be incident through the first entrance and exit surface 812 of the first unit prism structure 810 by using the unit prism structures 810 or 820.
  • the series connection method which allows the light emitted through the second entrance and exit surface 814 of the one unit prism structure 810 to be incident through the first entrance and exit surface 822 of the second unit prism structure 820
  • Light emitted through the second entrance and exit surface 824 of the unit prism structure 820 may be incident through the entrance and exit surface portion 832 of the prism structure 830 of FIG. 6.
  • Figure 8 shows a prism structure connected in series on a two-dimensional plane, in the application of the series connection method, not only on the two-dimensional plane, but also according to the system environment, designer or manufacturer's intention to which the present invention is applied, Can be connected in three dimensions.
  • the n th unit prism structure and the n + 1 th unit prism are connected in series
  • the n th unit prism structure may be implemented to be connected in the vertical direction.
  • the prism structure in the series connection state may be implemented by connecting a plurality of individual unit prisms, or may be implemented as a single prism structure.
  • a general prism structure having a two-dimensional optical path but also a prism having a three-dimensional optical path such as a coner cube as long as a sufficient light propagation path can be secured inside the prism.
  • Various prismatic structures, such as structures, can be used.
  • the length, structure, thickness of the prism structure, and the like, depending on the diameter of the laser beam, can be modified and used depending on the situation.
  • the laser using the prism structure according to the present invention may use a prism structure in which the lateral curve processing is performed to compensate for thermal distortion occurring inside the laser. That is, the side surface of a prism structure can be used by carrying out a curved process in the form of a circle, an ellipse, a parabola, etc.
  • the laser medium of the prism structure used in the present invention may include a solid, liquid or gaseous material having an active medium. That is, the present invention can be implemented with various solid state lasers, liquid lasers, gas lasers, and the like.
  • various solid-state lasers such as Nd: YAG, Nd: Glass, Ti: Sapphire, and Ruby lasers, and various types of semiconductor lasers such as GaAs and GaN, can be easily manufactured. The reason is that the solid state laser and the semiconductor laser can know the refractive indices of the laser medium and can design resonators having various prism structures by calculating the angle at which total reflection occurs in the medium.
  • the total reflection is designed to occur using the refractive index difference of the container to the refractive index difference between the container and the filling material. can do. Therefore, it can be easily produced by various liquid lasers such as dye lasers or various gas lasers.
  • 9A and 9B show a laser using a prism structure according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the laser is shown in front view in FIG. 9A and the laser is shown in perspective view in FIG. 9B.
  • the laser may include a laser medium 910 having a prism structure, optical pumps 920 and 922 for exciting the laser medium 910, and the laser medium 910. And cooling units 930 and 932 for cooling.
  • the light pumping units 920 and 922 may use lamp light, laser light, semiconductor laser light, or the like or current or discharge to excite the laser medium 910.
  • the light pumping units 920 and 922 may include a diode laser that provides pump light for exciting the laser medium 910.
  • a diode laser that provides pump light for exciting the laser medium 910.
  • one or two or more diode lasers may be used to use diode laser light, or one or two or more diode laser arrays may be used.
  • an optical fiber transmission method through an optical fiber may be used.
  • the cooling units 930 and 932 may cool the laser medium on an upper surface, a lower surface, or both upper and lower surfaces of the laser medium 910 parallel to the light circulation path surface inside the laser medium 910. .
  • the laser medium 910 may be manufactured in a thin flat shape, and the cooling units 930 and 932 may perform cooling over a large area at upper and lower portions of the thin plane, thereby providing very high cooling efficiency. great.
  • the light pumping units 920 and 922 may excite the laser medium from the side of the laser medium 910.
  • the cooling units 930 and 932 may cool the laser medium 910 using a peltier cooler or a water cooler. For example, after attaching a metal plate to the upper and lower surfaces of the laser medium 910, the metal plate may be cooled by water or by using a Peltier cooler together.
  • the optical pumping units 920 and 922 excite the laser medium 910 at the side of the laser medium 910, but according to an embodiment, the upper or lower part, the upper and lower part, or the upper part may be excited. Can be excited by a combination of the lower and side surfaces.
  • the cooling unit (930, 932) through which the pump light can pass the optical pumping units 920 and 922 may excite the laser medium 910 by emitting pump light through the holes.
  • the optical path is maintained as it is, and since the light proceeds by total reflection inside the laser medium, a plurality of mirrors can be arranged to be arranged. There is no need to provide the advantage of minimizing problems caused by thermal distortion.
  • the present invention allows a plurality of light incident on the laser medium of the prism structure to be advanced by using total reflection. This allows for a simple laser implementation without a total reflection mirror and provides the advantage of preventing thermal distortion.
  • the incident light to circulate throughout the laser medium region of the prism structure to secure a sufficiently long optical path, it is possible to generate a high power laser beam and improve space and resource efficiency.
  • the laser medium to be implemented in a thin planar shape, it provides an advantage of enabling efficient cooling to temperature control on both the upper and lower sides of the laser medium.

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Abstract

본 발명은 프리즘 구조를 이용한 레이저에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저는, 프리즘 구조의 레이저 매질을 이용하여 레이저 발진(laser oscillation)을 발생시키고, 상기 프리즘 구조의 레이저 매질은, 상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광이 상기 레이저 매질 내부로부터 출사되거나 공진기 거울에 의해 반사된 광이 상기 레이저 매질 내부로 입사되는 입출사면부; 및 상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광 또는 상기 공진기 거울에 의해 반사되어 상기 입출사면부를 통해 입사되는 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내부에서 순환시킨 후 상기 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하는 것을 특징으로 하여, 단순한 구조의 고출력 레이저 구현을 가능하게 하고 열적 왜곡 현상을 방지함은 물론, 공간 및 자원 효율성을 개선하는 이점을 제공한다.

Description

프리즘 구조를 이용한 레이저
본 발명은 프리즘 구조를 이용한 레이저에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 프리즘 구조의 레이저 매질을 이용하여 레이저 발진을 수행함으로써, 단순한 구조의 고출력 레이저 구현을 가능하게 하고 열적 왜곡 현상을 방지함은 물론, 공간 및 자원 효율성을 개선하는 프리즘 구조의 레이저에 관한 것이다.
레이저(laser)란, 빛의 세기가 매우 강하고 원거리까지 퍼짐없이 전달되는 단색 광, 즉 레이저 빔을 방출하는 광학 기기를 말하며, 일반적으로 고에너지 준위의 원자를 함유한 물질을 여기시켜 나오는 광을 반사경을 이용하여 반복적으로 왕복시킬 때 유도 방출이 이루어지며 강한 빛이 방출되는 원리를 이용하는 것이다.
최근, 레이저는 광 디스크, 우주 통신, 정밀 공작, 각종 센서, 의료, 군사, 물성 연구 등 광범위하고 다양한 용도로 이용되고 있으며, 관련 연구·개발 및 기술 수요가 급격히 증가하고 있는 추세이다.
지금까지의 레이저 관련 연구들은, 마이크로 크기의 극소형 레이저에서부터 각종 산업에 이용하기 위한 킬로와트급 레이저까지 넓고 범위에서 다양한 형태로 진행되어 왔다. 예컨대, 극소형 레이저에 관한 연구들은, 거울 없는 레이저 개발과 관련하여 혼돈 구조나 원형의 레이저의 개발에 초점을 맞추어 진행되어 왔으며, 고출력 레이저 개발과 관련하여 광섬유 레이저나 고체 레이저의 개발에 초점을 맞추어 진행되어 왔다.
이와 같은 상황에서, 고출력 레이저는 산업계에서 레이저를 이용한 용접, 절단, 마킹 등 다양한 용도로 사용되고 있으며, 그 응용 분야 및 수요가 더욱 급속히 증가할 전망이다.
이러한, 고출력 레이저를 구현하기 위해, 레이저 작용을 일으키는 이온이 포함된 고체 유전체를 이용하여 레이저 빔을 방출하는 고체 레이저(solid state laser)가 소개된 바 있다. 이러한 고체 레이저들로는, 다이오드 레이저를 통해 펌핑(pumping)을 수행하는 Nd:YAG 레이저 등이 개발되고 있는데, 구조적으로 분류하면 원통형 매질 앞뒷면에 반반사 거울과 전반사 거울을 정열하여 레이저 공진기를 형성시키는 일반적 구조의 레이저 외에 디스크형 레이저, 슬랩(slab) 레이저 등이 개발되고 있다.
도 1에는 기존의 디스크 레이저가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 디스크 레이저(100)는, 다수의 전반사 거울들(110, 112, 114, 116)을 사용하여 레이저 매질(120)로 광을 진행시킨다. 예컨대, 제1 거울(110)에 의해 레이저 매질(120)로 입사되는 광은 레이저 매질(120)의 밑면에서 반사되어 제2 거울(112)로 들어가며, 상기 제2 거울(112)에서 반사된 광은 동일한 원리로 상기 레이저 매질(120)을 거쳐 제3 거울(114) 및 제4 거울(116)로 들어간다. 상기 디스크 레이저(100)의 구조에서 마지막 거울(130)은 출력 거울로 사용된다. 한편, 상기 레이저 매질(120)의 밑면에는 상기 레이저 매질(120)을 냉각시키는 쿨러(140)가 위치한다. 최근, 이와 같은 디스크 레이저를 이용하여 상당히 높은 출력의 레이저 빔을 얻는 데 성공한 바 있다.
그러나, 이러한 디스크 레이저는 아직까지 안정된 고출력 레이저의 개발을 위해 적용하기에는 열적인 변형이 심하다는 문제점이 있다. 특히, 디스크 레이저의 경우, 레이저 발진 위해 다수의 거울을 3차원 공간 구조로 정렬시켜야 하고, 다수의 거울들 사이에 펌핑 레이저(pumping laser)들을 배열해야 하는 등 그 구현이 어렵고 구조적으로 복잡하다는 문제점이 있다.
도 2에는 기존의 슬랩 레이저가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기존의 슬랩 레이저(200)는, 전반사 거울(210)에 의해 레이저 매질(220)로 입사된 광이, 상기 레이저 매질(200)의 양면에서 지그재그로 반사되며 진행하여 출력 거울(230)을 통해 출력되도록 구성된다.
그러나, 이러한 슬랩 레이저는 가격이 비싸고 효율이 낮다는 문제점이 있다. 또한, 열적 왜곡 현상을 해결하기 어렵다는 문제점이 있다. 실제로, 슬랩 레이저는 이러한 문제점들로 인해 최근 많이 개발되지 않고 있는 실정이다.
이와 같이, 고출력 레이저 빔 생성시 발생하는 Nd:YAG 레이저 등의 다양한 문제점들과 광섬유 기술의 비약적인 발전으로 인해, 최근의 산업용 고출력 레이저에 관한 연구·개발 추세는 광섬유 레이저 기술의 반도체 레이저 위주로 그 판도가 바뀌어 가고 있다. 실제로, 최근의 광섬유 레이저는 연속동작으로 수 킬로와트의 출력을 얻을 수 있게 되어 산업 전반에 걸쳐 그 용용 범위가 확대되고 있는 실정이다.
그러나, 이러한 광섬유 레이저는, 그 파장이 희토류 원소에 의해 결정되고, 연속동작일 때는 우수한 레이저 출력을 보이지만 큐-스윗칭(Q-switching) 레이저를 이용한 높은 첨두 출력의 레이저 개발에 적용하기에는 한계가 있다는 문제점이 있다. 그 이유는, 광섬유 레이저는 높은 첨두 출력일 때 광섬유의 손상이 발생하여 레이저 출력을 방해받기 때문이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 프리즘 구조의 레이저 매질을 이용하여 레이저 발진을 발생시킴으로써, 단순한 구조의 고출력 레이저 구현을 가능하게 하고 열적 왜곡 현상을 방지함은 물론, 공간 및 자원 효율성을 개선하는 프리즘 구조의 레이저를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 프리즘 구조의 레이저 매질을 이용하여 레이저 발진(laser oscillation)을 발생시키고, 상기 프리즘 구조의 레이저 매질은, 상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광이 상기 레이저 매질 내부로부터 출사되거나 공진기 거울에 의해 반사된 광이 상기 레이저 매질 내부로 입사되는 입출사면부; 및 상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광 또는 상기 공진기 거울에 의해 반사되어 상기 입출사면부를 통해 입사되는 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내부에서 순환시킨 후 상기 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하는 프리즘 구조를 이용한 레이저를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저는, 상기 입출사면부를 통해 출사된 광을 상기 레이저 매질의 외부에서 반사에 의해 상기 입출사면부로 입사시키는 상기 공진기 거울을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 입출사면부는, 브루스터 각(Brewster's Angle) 또는 무반사 코팅(Anti-reflective Coating)에 의해 상기 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 무반사 입사 또는 출사되도록 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 매질은, 상기 입출사면부를 통해 출사되는 광이 상기 입출사면부에서 반사되어 상기 레이저 매질 내부로 입사되도록 하는 굴절률을 지님으로써 상기 공진기 거울을 상기 입출사면부에 형성한다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 매질은, 상기 입출사면부를 통해 출사되는 광이 상기 입출사면부에서 반사되어 상기 레이저 매질 내부로 입사되도록 하는 전반사 거울 코팅층을 더 포함함으로써 상기 공진기 거울을 상기 입출사면부에 형성한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반사면부는, 상기 레이저 매질의 굴절률로 인하여 발생하는 광의 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내부에서 광을 순환시킨 후 상기 입출사면부를 통해 출사시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 매질은, 능동 매질(active medium)을 지니는 고체, 액체 또는 기체 물질을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 매질은, 내부의 열적 왜곡 현상을 보상하는 측면 곡선 가공 처리가 수행된 프리즘 구조를 지닌다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저는, 프리즘 구조의 레이저 매질을 이용하여 레이저 발진(laser oscillation)을 발생시키고, 상기 프리즘 구조의 레이저 매질은, 상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광이 상기 레이저 매질 내부로부터 출사되는 입출사면부; 및 상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내부에서 순환시킨 후 상기 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하고, 그리고 상기 프리즘 구조는, 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 제1 프리즘 구조 및 상기 제1 프리즘 구조보다 작은 크기의 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 제2 프리즘 구조가 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 측 밑면 일단부에 상기 입출사면부를 포함하면서 상기 반사면부를 형성하도록 상기 제1 프리즘 구조 및 상기 제2 프리즘 구조의 빗변 측 밑면이 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 측 밑면 타단부 쪽으로 정렬되어 상호 연접되어 있는 구조를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 프리즘 구조는, 빗변 길이가 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 길이에서 입출사되는 광의 파장 길이를 뺀 길이 이하, 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 길이의 절반 이상 범위에 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 입출사면부는, 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 상에서의 길이가 입출사되는 광의 파장 길이 이상, 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 길이의 절반 이하 범위에 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 프리즘 구조는, 제3 프리즘 구조를 더 포함하고, 상기 제3 프리즘 구조는, 상기 제3 프리즘 구조의 레이저 매질 내부로 광이 입사되거나 상기 제3 프리즘 구조의 레이저 매질 내부로부터 광이 출사되는 제1 입출사면부 및 제2 입출사면부; 및 상기 제1 입출사면부를 통해 입사된 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내에서 순환시킨 후 상기 제2 입출사면부를 통해 출사시키고, 상기 제2 입출사면부를 통해 입사된 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질의 내부에서 순환시킨 후 상기 제1 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하고, 그리고 상기 프리즘 구조는, 상기 제1 프리즘 구조의 상기 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 상기 제3 프리즘 구조의 상기 제2 입출사면부를 통해 출사 또는 입사되도록 하는 구조이다.
일 실시예에 있어서, 상기 프리즘 구조는, 상기 제3 프리즘 구조를 단위 프리즘 구조로 하여 제1 단위 프리즘 구조의 제2 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 제2 단위 프리즘 구조의 제1 입출사면부를 통해 출사 또는 입사되도록 하는 직렬연결 방식에 의해, 최종 단위 프리즘 구조의 제2 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 상기 제1 프리즘 구조의 상기 입출사면부를 통해 출사 또는 입사되도록 하는 구조이다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저는, 프리즘 구조의 레이저 매질을 이용하여 레이저 발진(laser oscillation)을 발생시키고, 상기 프리즘 구조의 레이저 매질은, 상기 레이저 매질 내부로 광이 입사되거나 상기 레이저 매질 내부로부터 광이 출사되는 제1 입출사면부 및 제2 입출사면부; 및 상기 제1 입출사면부를 통해 입사된 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내에서 순환시킨 후 상기 제2 입출사면부를 통해 출사시키고, 상기 제2 입출사면부를 통해 입사된 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질의 내부에서 순환시킨 후 상기 제1 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하고, 그리고 상기 프리즘 구조는, 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 제1 프리즘 구조 및 제2 프리즘 구조가 각각 빗변 측 밑면 일단부에 상기 제1 입출사면부 및 상기 제2 입출사면부를 포함하면서 상기 반사면부를 형성하도록 상기 제1 프리즘 구조 및 상기 제2 프리즘 구조의 빗변 측 밑면이 비켜서 상호 연접되어 있는 구조를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 프리즘 구조 및 상기 제2 프리즘 구조는, 동일 크기의 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지닌다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부는, 각각 상기 제1 프리즘 구조 또는 상기 제2 프리즘 구조의 빗변 상에서의 길이가 입출사되는 광의 파장 길이 이상, 상기 제1 프리즘 구조 또는 상기 제2 프리즘 구조의 빗변 길이의 절반 이하 범위에 포함된다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저는, 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부를 통해 출사되는 광을 각각 반사에 의해 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부로 입사시키는 전반사 거울을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 매질은, 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부를 통해 출사되는 광이 각각 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부에서 반사되어 상기 레이저 매질 내부로 입사되도록 하는 전반사 코팅층을 더 포함함으로써 상기 전반사 거울을 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부에 형성한다.
일 실시예에 있어서, 상기 레이저 매질은, 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부에 전반사 코팅층을 포함하는 경우, 각각 상기 제2 입출사면부 또는 상기 제1 입출사면부에 반반사 코팅층을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 프리즘 구조는, 상기 제1 프리즘 구조 및 상기 제2 프리즘 구조가 상호 연접되어 있는 상기 구조를 단위 프리즘 구조로 하여 제1 단위 프리즘 구조의 제2 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 제2 단위 프리즘의 제1 입출사면부를 통해 출사 또는 입사되도록 하는 직렬연결 구조이다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저는, 프리즘 구조의 레이저 매질; 상기 레이저 매질을 여기시키는 광펌핑부; 및 상기 레이저 매질을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 레이저 발진(laser oscillation)을 발생시키고, 상기 프리즘 구조의 레이저 매질은, 상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광이 상기 레이저 매질 내부로부터 출사되거나 공진기 거울에 의해 반사된 광이 상기 레이저 매질 내부로 입사되는 입출사면부; 및 상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광 또는 상기 공진기 거울에 의해 반사되어 상기 입출사면부를 통해 입사되는 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내부에서 순환시킨 후 상기 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 광펌핑부는, 상기 레이저 매질을 여기시키기 위한 펌프광을 제공하는 다이오드 레이저(diode laser)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 냉각부는, 상기 레이저 매질 내부에서의 광 순환 경로 면과 평행한 상기 레이저 매질의 상부면 또는 하부면 또는 상하부 양면에서 상기 레이저 매질을 냉각시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 광펌핑부는, 상기 레이저 매질의 측면에서 광, 전류, 또는 방전을 이용하여 상기 레이저 매질을 여기시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 냉각부는, 펌프광이 통과하는 홀을 형성하고, 상기 광펌핑부는, 상기 홀을 통해 펌프광을 방출하여 상기 레이저 매질을 여기시킨다.
본 발명은, 프리즘 구조의 레이저 매질로 입사된 광을 전반사를 이용하여 진행시킴으로써, 다수의 전반사 거울 없이 단순한 구조의 레이저 구현을 가능하게 하고 열적 왜곡을 방지하는 이점을 제공한다.
또한, 상기 입사된 광이 상기 프리즘 구조의 레이저 매질 영역을 전체적으로 순환하도록 하여 충분히 긴 광 경로를 확보함으로써, 고출력 레이저 빔 생성을 가능하게 하고 공간 및 자원 효율성을 개선하는 이점을 제공한다.
나아가, 얇은 평면 형태로 레이저 매질을 구현할 수 있도록 함으로써, 레이저 매질의 상하 양면에서 효율적 냉각 내지 온도 조절을 가능하게 하는 이점을 제공한다.
도 1은 기존의 디스크 레이저를 나타낸 도면.
도 2는 기존의 슬랩 레이저를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저를 나타낸 도면.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 레이저 매질 내에서의 광 진행 경로를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저를 나타낸 도면.
도 7은 도 6의 레이저 매질 내에서의 광 진행 경로를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저를 나타낸 도면.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저를 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 기술적 과제의 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저가 도시되어 있다.
도 3의 (a)에는 상기 레이저(300)가 평면도로 도시되어 있으며, (b)에는 상기 레이저(300)의 레이저 매질(laser medium)이 사시도로 도시되어 있다. 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 레이저(300)는, 프리즘 구조의 레이저 매질(310, 320) 및 공진기 거울(330, 340)을 포함한다.
상기 레이저(300)는, 상기 프리즘 구조의 레이저 매질(310, 320)을 이용하여 레이저 발진(laser oscillation)을 일으킨다. 이를 위해, 상기 프리즘 구조의 레이저 매질(310, 320)은, 입출사면부(312, 322) 및 반사면부(314, 316, 324, 326)를 포함한다.
상기 레이저(300)는, 상기 입출사면부(312, 322)를 통해, 상기 레이저 매질(310, 320)의 여기 시 발생하는 광이 상기 레이저 매질(310, 320) 내부로부터 출사되거나, 공진기 거울에 의해 반사된 광이 상기 레이저 매질(310, 320) 내부로 입사된다.
상기 반사면부(314, 316, 324, 326)는, 상기 레이저 매질(310, 320)의 여기 시 발생하는 광 또는 상기 공진기 거울에 의해 반사되어 상기 입출사면부(312, 322)를 통해 입사되는 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질(310, 320) 내부에서 순환시킨 후 상기 입출사면부(312, 322)를 통해 출사시킨다. 이때, 상기 반사면부(314, 316, 324, 326)는 상기 레이저 매질(310, 320)의 굴절률로 인하여 발생하는 광의 전반사를 이용할 수 있다. 예컨대, 입사된 광이 상기 레이저 매질(310, 320) 내부에서 진행 중 상기 반사면부(314, 316, 324, 326)와 전반사 임계각을 유지하도록 상기 반사면부(314, 316, 324, 326)을 구성하거나, 전반사 코팅을 이용할 수 있다.
상기 공진기 거울(330, 340)은, 상기 입출사면부(312, 322) 측 외부에 배치되어 상기 입출사면부(312, 322)를 통해 출사된 광을 반사에 의해 상기 입출사면부(312, 322)로 입사시킬 수 있다. 일반적으로, 레이저 발진을 일으키기 위해서는, 레이저 매질 양측에 공진기 거울을 두고 외부에서 상기 매질을 여기시켜 들뜬 에너지 준위로 올린 뒤, 상기 매질로부터 나오는 광을 상기 공진기 거울에 의한 반사를 이용하여 공진기 내부에 가두어야 한다. 즉, 상기 공진기 거울(330, 340)에 의한 반사를 통해, 상기 레이저 매질(310, 320)이 여기되어 발생한 광의 자발 전이를 유도 전이로 전환한다.
상기 제1 실시예에 있어서, 공진기 거울들(330, 340) 중 한쪽은 전반사 거울(total reflector; 330)로 구현되고, 나머지 한쪽은 레이저 출력이 이루어지는 출력 거울(output coupler; 340)로 구현될 수 있다. 상기 공진기 거울들(330, 340)이 레이저 매질(310, 320) 외부에서 구현될 때, 상기 입출사면부(312, 322)는, 브루스터 각(Brewster's Angle) 또는 무반사 코팅(Anti-reflective Coating)에 의해 입출사되는 광이 무반사 입출사되도록 할 수 있다. 상기 무반사 코팅을 위한 재료로는 유기-무기 복합구조나 최근 소개된 폴리스티렌-폴리메틸메타아크릴레이트(PS-PMMA) 블록공중합체 등이 사용될 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 상기 레이저 매질은, 상기 입출사면부(312 또는 322)를 통해 출사되는 광이 상기 입출사면부(312 또는 322)에서 반사되어 상기 레이저 매질 내부로 다시 입사되도록 하는 굴절률을 지니도록 하여 상기 공진기 거울(330 또는 340)을 상기 입출사면부(312 또는 322)에 형성할 수 있다. 즉, 상기 입출사면부(312 또는 322)를 통해 출사되려는 광이 상기 레이저 매질 자체의 굴절률에 의해 결정되는 상기 입출사면부(312 또는 322) 측의 반사율에 따라 반사되도록 상기 레이저 매질의 굴절률을 결정할 수 있다. 또한, 상기 레이저 매질은, 상기 입출사면부(312 또는 322)를 통해 출사되는 광이 상기 입출사면부(312 또는 322)에서 반사되어 상기 레이저 매질 내부로 다시 입사되도록 하는 전반사 거울 코팅층을 더 포함함으로써 상기 공진기 거울(330 또는 340)을 상기 입출사면부(312 또는 322)에 형성할 수 있다.
상기 레이저 매질의 프리즘 구조(310, 320)는, 하나의 단일한 프리즘 구조로 구성될 수 있으며, 또한 복수 개의 프리즘 구조로 구성될 수도 있다. 예컨대, 상기 프리즘 구조(310, 320)는, 제1 입출사면부(312)를 지니는 제1 프리즘 구조(310), 및 상기 제1 프리즘 구조(310)와 연접하고 제2 입출사면부(322)를 지니는 제2 프리즘 구조(320)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 프리즘 구조(310) 및 상기 제2 프리즘 구조(320)는 상호 결합을 통해 입사된 광을 상기 제1 프리즘 구조(310) 및 상기 제2 프리즘 구조(320)의 내부 경로로 순환시키는 상기 반사면부(314, 316, 324, 326)를 형성한다. 이때, 상기 제1 프리즘 구조(310) 및 상기 제2 프리즘 구조(320)는, 각각 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지닐 수 있으며, 특히 동일한 크기일 수 있다.
이와 관련하여, 도 3에는 두 개의 동일한 직각이등변삼각형 프리즘 구조들(310, 320) 간에 상호 빗변 측 밑면이 약간 비켜서 연접되어 있는 형태로 도시되어 있다.
아래에서 다시 설명하겠지만, 본 발명을 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 이용하여 구현하는 경우, 설계가 단순화되고 제작이 용이한 이점이 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명은 다양한 형태의 프리즘 구조로 구현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
상기 제1 실시예에 있어서, 상기 프리즘 구조(310, 320)는, 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 제1 프리즘 구조(310) 및 제2 프리즘 구조(320)가 각각 빗변 측 밑면 일단부에 상기 제1 입출사면부(312) 및 상기 제2 입출사면부(322)를 포함하면서 상기 반사면부(314, 316, 324, 326)를 형성하도록 상기 제1 프리즘 구조(310) 및 상기 제2 프리즘 구조(320)의 빗변 측 밑면이 비켜서 상호 연접되어 있는 구조를 지니고 있다. 따라서, 상기 제1 프리즘 구조(310) 및 상기 제2 프리즘구조(320)는, 각각 직각이등변삼각형의 빗변 측 밑면에 상호 접촉하는 접촉면을 포함하게 된다. 그리고, 상기 제1 입출사면부(312) 및 상기 제2 입출사면부(322)는, 각각 상기 제1 프리즘 구조(310) 및 상기 제2 프리즘 구조(320)의 빗변 측 밑면 중 상기 접촉면 이외의 면(312, 322)에 형성된다. 이와 같이 형성된 상기 제1 입출사면부(312) 또는 상기 제2 입출사면부(322)는, 각각 상기 제1 프리즘 구조(310) 또는 상기 제2 프리즘 구조(320)의 빗변 상에서의 길이가 입출사되는 광의 파장 길이 이상, 상기 제1 프리즘 구조(310) 또는 상기 제2 프리즘 구조(320)의 빗변 길이의 절반 이하 범위에 포함된다.
한편, 실시예에 따라, 상기 레이저 매질은, 상기 제1 또는 제2 입출사면부(312 또는 322)를 통해 출사되는 광이 각각 상기 제1 또는 제2 입출사면부(312 또는 322)에서 반사되어 상기 레이저 매질 내부로 입사되도록 하는 전반사 코팅층(미도시)을 더 포함함으로써 전반사 거울을 상기 제1 또는 제2 입출사면부(312 또는 322)에 형성할 수 있다. 또한, 상기 레이저 매질이 상기 제1 또는 제2 입출사면부(312 또는 322)에 전반사 코팅층을 포함하는 경우와 같이, 각각 상기 제2 또는 제1 입출사면부(322 또는 312)에 반반사 코팅층(미도시)을 더 포함함으로써 반반사 거울을 상기 제2 또는 제1 입출사면부(322 또는 312)에 형성할 수 있다.
도 4a 및 도 4b에는 도 3의 레이저 매질 내에서의 광 진행 경로가 도시되어 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 전반사 거울(330)에 의해 반사된 광이 제1 입출사면부(312)을 통해 입사되면 상기 반사면부(314, 316, 324, 326)에 의해 내부 경로를 따라 시계 방향으로 순환하면서 직선 운동을 하게 된다. 이 경우, 상기 반사면부(314, 316, 324, 326)에 부딪치는 광은 그 입사각이 전반사 임계각보다 크기 때문에 전반사가 일어나 광 손실 없이 상기 프리즘(300)의 내부 경로를 계속 순환하면서 진행할 수 있다.
그 다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 입사된 광은 상기 레이저 매질 내부 경로를 진행하던 중 꼭지점(410, 420) 부근에 도달하게 되면 시계 방향에서 반시계 방향으로 회전 방향의 변경이 발생하게 된다. 상기 회전 방향 변경은 상·하부 프리즘 구조의 꼭지점이 서로 약간 어긋나 있음에 기인한다. 그리고, 상기 입사된 광 펄스는 반시계 방향으로 회전을 시작하여 결국 제2 입출사면부(322)를 통해 상기 레이저 매질의 외부로 출사하게 된다. 레이저 매질을 광 공진기 속에 넣는 일반적인 발진기형 레이저의 경우, 전반사 거울 및 반반사 거울을 구비하므로 상기 레이저 매질 내에서 광이 진행한 경로(D)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2010002808-appb-M000001
상기 수학식 1에서, L은 직각이등변삼각형 빗변 길이의 절반, d는 상기 제1 프리즘 구조(310) 및 상기 제2 프리즘 구조(320)를 비켜 맞춘 길이, 즉 상기 제1 입출사면부(312) 또는 상기 제2 입출사면부(322)의 빗변 상의 길이를 나타낸다. 예컨대, L이 1cm, d가 100μm이면, 상기 레이저 매질 내에서 입사된 광이 진행하는 경로의 길이 D는 8m가 된다.
도 5에는 본 발명의 제2 실시예 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 레이저(500)는, 프리즘 구조의 레이저 매질(510 내지 530) 및 공진기 거울(540, 550)을 포함한다.
상기 프리즘 구조의 레이저 매질은, 도 3과 같은 프리즘 구조, 즉 제1 프리즘 구조(310) 및 제2 프리즘 구조(320)가 상호 연접되어 있는 프리즘 구조를 단위 프리즘 구조로 하여 제1 단위 프리즘 구조(510)의 제2 입출사면부(514)로 출사되는 광이 제2 단위 프리즘 구조(520)의 제1 입출사면부(522)로 입사되도록 하는 직렬연결 방식을 통해 레이저 매질 내에서의 광 경로를 연장할 수 있다. 도 5의 경우, 세 개의 단위 프리즘 구조(510, 520, 530)를 직렬연결한 경우이다. 따라서, 전반사 거울(540)로부터 반사되어 제1 단위 프리즘 구조(510)의 제1 입출사면부(512)로 입사된 광은, 상술한 바와 같이 제2 단위 프리즘 구조(520)의 내부로 입사되고 상기 제2 단위 프리즘 구조(520)의 내부 경로를 순환하면서 진행한 후, 상기 제2 단위 프리즘 구조(520)의 제2 입출사면부(524) 및 제3 단위 프리즘 구조의 제1 입출사면부(532)를 통해 상기 제3 단위 프리즘 구조(530)의 내부로 입사된다. 결국, 상기 입사된 광은 전체 프리즘 구조(510, 520, 530)의 내부 경로를 순환하며 진행한 후, 상기 제3 단위 프리즘 구조(530)의 제2 입출사면부(532)로 출사하여 출력 거울(550)을 통해 출력된다. 따라서, 단위 프리즘 구조를 직렬연결하여 조합된 프리즘 구조의 레이저 매질은, 도 3의 레이저 매질에 비해 조합에 사용된 단위 프리즘의 개수만큼 광 진행 경로를 연장할 수 있게 된다. 또한, 도 5에는 2차원 평면상에서 직렬연결된 프리즘 구조가 도시되어 있으나, 상기 직렬연결 방식을 적용함에 있어서, 2차원 평면상에서뿐만 아니라, 본 발명이 적용되는 시스템 환경, 설계자 또는 제조자의 의도 등에 따라, 3차원적으로 연결될 수 있다. 예컨대, n 번째 단위 프리즘 구조와 n+1 번째 단위 프리즘이 직렬연결되는 경우, 수직 방향으로 연결되도록 구현할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 직렬연결 상태의 프리즘 구조는 복수 개의 개별 단위 프리즘들을 연결하여 구현할 수 있으며, 하나의 단일한 프리즘 구조로도 구현할 수 있다.
한편, 도 3 또는 도 5의 레이저에서 레이저 매질의 외부에 전반사 거울을 배치할 수 있으나, 입출사면부(312 또는 512)에 전반사 코팅 처리를 하면 전반사 거울을 상기 입출사면부(312 또는 322)에 형성할 수 있다. 즉, 외부 전반사 거울을 제거하는 것이 가능해 진다. 이때, 레이저 매질 내부를 순환하며 진행하던 광은 상기 전반사 코팅에 의해 반사되어 다른 입출사면부(322, 532)를 통해 출사하게 된다.
도 6에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저가 도시되어 있다.
도 6의 (a)에는 상기 레이저(600)가 평면도로 도시되어 있으며, (b)에는 상기 레이저(600)의 레이저 매질이 사시도로 도시되어 있다. 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 레이저(600)는, 프리즘 구조의 레이저 매질(610, 620) 및 공진기 거울(630)을 포함한다.
상기 레이저(600)는, 상기 프리즘 구조의 레이저 매질(610, 620)을 이용하여 레이저 발진을 일으킨다. 이를 위해, 상기 프리즘 구조의 레이저 매질(610, 620)은, 입출사면부(612), 및 반사면부(614, 616, 622, 624)를 포함할 수 있다.
상기 레이저(600)는, 상기 입출사면부(612)를 통해, 상기 레이저 매질(610, 620)의 여기 시 발생하는 광이 상기 레이저 매질(610, 620) 내부로부터 출사된다.
상기 반사면부(614, 616, 622, 624)는, 상기 레이저 매질(610, 620)의 여기 시 발생하는 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질(610, 620) 내부에서 순환시킨 후 상기 입출사면부(612)를 통해 출사시킨다. 이때, 상기 반사면부(614, 616, 622, 624)는 상기 레이저 매질(610, 620)의 굴절률로 인하여 발생하는 광의 전반사를 이용할 수 있다. 예컨대, 입사된 광이 상기 레이저 매질(610, 620) 내부에서 진행 중 상기 반사면부(614, 616, 622, 624)와 전반사 임계각을 유지하도록 상기 반사면부(614, 616, 622, 624)을 구성하거나, 전반사 코팅을 이용할수 있다. 이와 같이, 여기된 레이저 매질(610, 620)을 통해 광의 유도 전이를 일으킨다.
상기 제3 실시예에 있어서, 상기 공진기 거울(630)이 레이저 매질(610, 620) 외부에서 구현될 때, 상기 입출사면부(612), 브루스터 각 또는 무반사 코팅에 의해 입출사되는 광이 무반사 입출사되도록 할 수 있다. 상기 무반사 코팅을 위한 재료로는 유기-무기 복합구조나 최근 소개된 폴리스티렌-폴리메틸메타아크릴레이트(PS-PMMA) 블록공중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 레이저 매질의 프리즘 구조(610 내지 620)는, 하나의 단일한 프리즘 구조로 구성될 수 있으며, 또한 복수 개의 프리즘 구조로 구성될 수도 있다. 예컨대, 상기 프리즘 구조(610, 620)는, 상기 입출사면부(612)를 지니는 제1 프리즘 구조(610), 및 상기 제1 프리즘 구조(610)와 연접하는 제2 프리즘 구조(620)를 포함할 수 있다. 상기 제1 프리즘 구조(610) 및 상기 제2 프리즘 구조(620)는 상호 접촉을 통해 입사된 광을 상기 제1 프리즘부(610) 및 상기 제2 프리즘부(620)의 내부 경로로 진행시키는 상기 반사면부(614, 616, 622, 624)를 형성한다. 이때, 상기 제1 프리즘 구조(610) 및 상기 제2 프리즘 구조(620)는, 각각 직각이등변삼각형 프리즘일 수 있으며, 특히 크기가 다를 수 있다.
이와 관련하여, 도 6에는 두 개의 동일한 직각이등변삼각형 프리즘들(610, 620)들이 한쪽으로 정렬되어 상호 빗변 측 밑면이 연접되어 있는 형태로 도시되어 있다.
본 발명을 직각이등변삼각형 프리즘으로 구현하는 경우, 설계가 단순화되고 제작이 용이한 이점이 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명은 다양한 형태의 프리즘으로 구현될 수 있다.
상기 제3 실시예에 있어서, 상기 프리즘 구조(610, 620)는, 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 제1 프리즘 구조(610) 및 상기 제1 프리즘 구조보다 작은 크기의 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 제2 프리즘 구조(620)가 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 측 밑면 일단부에 상기 입출사면부(612)를 포함하면서 상기 반사면부(614, 616, 622, 624)를 형성하도록 상기 제1 프리즘 구조(610) 및 상기 제2 프리즘 구조(620)의 빗변 측 밑면이 상기 제1 프리즘 구조(610)의 빗변 측 밑면 타단부 쪽으로 정렬되어 상호 연접되어 있는 구조를 지니고 있다. 따라서, 상기 제1 프리즘 구조(610) 및 상기 제2 프리즘구조(620)는, 각각 직각이등변삼각형의 빗변 측 밑면에 상호 접촉하는 접촉면을 포함하게 된다. 그리고, 상기 입출사면부(612)는, 상기 제1 프리즘 구조(610)의 빗변 측 밑면 중 상기 접촉면 이외의 면에 형성된다. 이와 같이 형성된 상기 입출사면부(612)는, 상기 제1 프리즘 구조(610)의 빗변 상에서의 길이가 입출사되는 광의 파장 길이 이상, 상기 제1 프리즘 구조(610)의 빗변 길이의 절반 이하 범위에 포함된다. 환언하면, 상기 제2 프리즘 구조(620)는, 그 빗변 길이가 상기 제1 프리즘 구조(610)의 빗변 길이에서 입출사되는 광의 파장 길이를 뺀 길이 이하, 상기 제1 프리즘 구조(610)의 빗변 길이의 절반 이상 범위에 포함된다.
도 7에는 도 6의 레이저 매질 내에서의 광 진행 경로가 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 공진기 거울(630)으로부터 상기 입출사면부(612)를 통해 레이저 매질 내부로 광이 입사되면 상기 반사면부(614, 616, 622, 624)에 의해 내부 경로를 따라 반시계 방향으로 순환하면서 직선 운동을 하게 된다. 이 경우, 상기 반사면부(614, 616, 622, 624)에 부딪치는 광은 그 입사각이 전반사 임계각보다 크기 때문에 전반사가 일어나 광 손실 없이 상기 레이저 매질의 내부 경로를 계속 순환하면서 진행할 수 있다. 상기 입사된 광은 상기 레이저 매질의 내부 경로를 진행하던 중 꼭지점(710, 720) 부근에 도달하게 되면 반시계 방향에서 시계 방향으로 회전 방향의 변경이 발생하게 된다. 상기 회전 방향 변경은 상·하부 프리즘 구조의 꼭지점이 서로 약간 어긋나 있음에 기인한다. 그리고, 상기 입사된 광 펄스는 시계 방향으로 회전을 시작하여 결국 상기 입출사면부(612)를 통해 상기 레이저 매질의 외부로 출사하게 된다.
상기 제3 실시예에 있어서, 상기 레이저 매질에서의 광 진행 경로는, 상기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 예컨대, L이 1cm, d가 2mm 이면, 레이저 매질 내에서 광이 진행하는 경로의 길이는 40cm가 된다. 이것은 2mm 반경의 고체 레이저(solid state laser)를 40cm 길이로 만든 레이저에서 레이저 발진을 발생시키는 경우와 같다.
이와 같이, 본 발명은, 특히 상기 제3 실시예와 같은 프리즘 구조를 포함하여 구현하는 경우, 레이저 매질 내부에서 긴 광 진행 경로를 가지므로 레이저의 출력을 효과적으로 얻을 수 있다. 또한, 상기 본 발명에서 광 진행 경로는 레이저 매질 영역을 전체적으로 순환하면서 진행하므로 공간 및 자원 효율도 크다. 나아가, 외부에 전반사 거울을 배치하거나 전반사 코팅 처리를 할 필요가 없고 한쪽에만 출력 거울을 설치하면 되므로 레이저 장치의 구성을 단순화시킬 수 있다.
도 8에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저가 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 레이저(800)는, 프리즘 구조의 레이저 매질(810 내지 830) 및 공진기 거울(840)을 포함한다.
상기 프리즘 구조의 레이저 매질은, 도 6과 같은 프리즘 구조(830)와 단위 프리즘 구조로서 도 3과 같은 프리즘 구조(810, 820)를 1 또는 2 이상 포함할 수 있다.
상기 단위 프리즘 구조(810 또는 820)는, 제1 입출사면부(812 또는 822), 제2 입출사면부(814 또는 824) 및 반사면부(810 또는 820)를 포함할 수 있다.
상기 단위 프리즘 구조(810 또는 820)는, 상기 제1 입출사면부(812 또는 822)부 및 제2 입출사면부(814 또는 824)를 통해 레이저 매질 내부로 광이 입사되고, 상기 레이저 매질 내부에서 외부로 광이 출사된다.
상기 반사면부(810 또는 820)는, 상기 제1 입출사면부(812 또는 822)를 통해 입사된 광을 전반사에 의해 레이저 매질 내에서 순환시킨 후 상기 제2 입출사면부(814 또는 824)를 통해 출사시키고, 상기 제2 입출사면부(814 또는 824)를 통해 입사된 광을 전반사에 의해 상기 레이저 매질 내에서 순환시킨 후 상기 제1 입출사면부(812 또는 822)을 통해 출사시킨다.
상기 프리즘 구조(810 내지 830)는, 도 6과 같은 프리즘 구조(830)의 입출사면부(832)를 통해 입사 또는 출사되는 광이, 상기 단위 프리즘 구조(820)의 제2 입출사면부(824)를 통해 출사 또는 입사되도록 하는 구조를 포함하여 레이저 매질 내에서의 광 진행 경로를 추가적으로 연장할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 프리즘 구조(810 내지 830)는, 상기 단위 프리즘 구조(810 또는 820)를 이용하여 제1 단위 프리즘 구조(810)의 제1 입출사면부(812)를 통해 입사되어 상기 제1 단위 프리즘 구조(810)의 제2 입출사면부(814)를 통해 출사되는 광이, 제2 단위 프리즘 구조(820)의 제1 입출사면부(822)를 통해 입사되도록 하는 직렬연결 방식에 의해, 최종 단위 프리즘 구조(820)의 제2 입출사면부(824)를 통해 출사되는 광이 도 6의 프리즘 구조(830)의 입출사면부(832)를 통해 입사되도록 할 수 있다.
한편, 도 8에는 2차원 평면상에서 직렬연결된 프리즘 구조가 도시되어 있으나, 상기 직렬연결 방식을 적용함에 있어서, 2차원 평면상에서뿐만 아니라, 본 발명이 적용되는 시스템 환경, 설계자 또는 제조자의 의도 등에 따라, 3차원적으로 연결될 수 있다. 예컨대, n 번째 단위 프리즘 구조와 n+1 번째 단위 프리즘이 직렬연결되는 경우, 수직 방향으로 연결되도록 구현할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 직렬연결 상태의 프리즘 구조는 복수 개의 개별 단위 프리즘들을 연결하여 구현할 수 있으며, 하나의 단일한 프리즘 구조로도 구현할 수 있다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이 본 발명에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저를 구현함에 있어서, 상술한 직각이등변삼각형 프리즘 구조뿐만 아니라, 레이저 매질 내부에서 충분한 광 진행 경로를 확보할 수 있는 한, 일반 삼각형, 직각삼각형. 다각형, 반원형, 삼각형의 꼭지점을 곡선 처리한 삼각형, 다각형에서 꼭지점들을 곡선 처리한 다각형 등, 다양한 형태의 프리즘 구조들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 레이저를 구현하기 위해서는, 2차원적 광 경로를 지니는 일반 프리즘 구조뿐만 아니라, 프리즘 내부에서 충분한 광 진행 경로를 확보할 수 있는 한, coner cube 등 3차원적 광 경로를 지니는 프리즘 구조등 다양한 프리즘 구조가 사용될 수 있다. 또한, 레이저 빔의 직경에 따른 입출사면부의 길이, 구조, 프리즘 구조의 두께 등을 상황에 따라 변형하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저는, 레이저 내부에서 발생하는 열적 왜곡 현상을 보상하기 위해 측면 곡선 가공 처리가 수행된 프리즘 구조를 이용할 수 있다. 즉, 프리즘 구조의 측면을 원형, 타원형, 포물선 등의 형태로 곡선 가공 처리하여 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 프리즘 구조의 레이저 매질은, 능동 매질(active medium)을 지니는 고체, 액체 또는 기체 물질을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명은 다양한 고체 레이저(solid state laser), 액체 레이저(liquid laser), 기체 레이저(gas laser) 등으로 구현할 수 있다. 예컨대, Nd:YAG, Nd:Glass, Ti:Sapphire, Ruby 레이저 등 다양한 고체 레이저나, GaAs계열, GaN계열 등 다양한 계열의 반도체 레이저(semiconductor laser)로 용이하게 제작할 수 있다. 그 이유는, 상기 고체 레이저 및 반도체 레이저는 레이저 매질의 굴절률을 알 수 있어 매질 내에서 전반사가 일어나는 각도를 계산함으로써 다양한 프리즘 구조의 공진기를 설계할 수 있기 때문이다. 또한, 일 실시예에 있어서, 프리즘 구조의 용기에 능동 매질을 포함하는 다양한 액체 물질 또는 기체 물질을 충전하는 경우, 상기 용기의 굴절률 내지 상기 용기와 충전 물질 간의 굴절률 차를 이용하여 전반사가 발생하도록 설계할 수 있다. 따라서, 색소 레이저(dye laser) 등 다양한 액체 레이저나 다양한 기체 레이저로 용이하게 제작할 수 있다.
도 9a 및 도 9b에는 본 발명의 제5 실시예에 따른 프리즘 구조를 이용한 레이저가 도시되어 있다.
도 9a에는 상기 레이저가 정면도로 도시되어 있으며, 도 9b에는 상기 레이저가의 사시도로 도시되어 있다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 레이저는, 프리즘 구조의 레이저 매질(910), 상기 레이저 매질(910)을 여기시키는 광펌핑부(920, 922), 및 상기 레이저 매질(910)을 냉각시키는 냉각부(930, 932)를 포함한다.
상기 프리즘 구조의 레이저 매질(910)에 관해서는 상술한 설명들을 참조한다.
상기 광펌핑부(920, 922)는, 상기 레이저 매질(910)을 여기시키기 위해 램프 광, 레이저 광, 반도체 레이저 광 등이나, 전류 또는 방전을 이용할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 광펌핑부(920, 922)는, 상기 레이저 매질(910)을 여기시키기 위한 펌프광을 제공하는 다이오드 레이저(diode laser)를 포함할 수 있다. 예컨대, 다이오드 레이저를 1 또는 2 이상 포함하여 다이오드 레이저 광을 사용하거나, 또는 다이오드 레이저 어레이를 1 또는 2 이상 이용할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 광펌핑부(920, 922)는 광에 의해 상기 레이저 매질(910)을 여기시키는 경우, 광섬유를 통한 광섬유 전송 방식을 이용할 수 있다.
상기 냉각부(930, 932)는, 상기 레이저 매질(910) 내부에서의 광 순환 경로 면과 평행한 상기 레이저 매질(910)의 상부면 또는 하부면 또는 상하부 양면에서 상기 레이저 매질을 냉각시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 레이저 매질(910)이 얇은 평면 형태로 제작될 수 있으며, 상기 냉각부(930, 932)는 상기 얇은 평면의 상하부에서 넓은 면적에 걸쳐 냉각을 수행할 수 있으므로 냉각 효율이 매우 우수하다. 이때, 상기 광펌핑부(920, 922)는, 상기 레이저 매질(910)의 측면에서 상기 레이저 매질을 여기시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 냉각부(930, 932)는, 펠티어 쿨러(peltier cooler) 또는 수랭식 쿨러(water cooler)를 사용하여 상기 레이저 매질(910)을 냉각시킬 수 있다. 예컨대, 상기 레이저 매질(910)의 상하부 면에 금속판을 붙인 후, 금속판을 물로 냉각시키거나 혹은 펠티어 쿨러를 함께 사용하여 냉각시킬 수 있다.
도 9a 및 도 9b에서, 상기 광펌핑부(920, 922)는 상기 레이저 매질(910)의 측면에서 상기 레이저 매질(910)을 여기시키고 있으나, 실시예에 따라 상부 또는 하부, 또는 상하부, 또는 상, 하부 및 측면의 조합으로 여기시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 광펌핑부(920, 922)가 상기 레이저 매질(910)의 상부 또는 하부에서 여기시키는 경우, 상기 냉각부(930, 932)에는 펌프광이 통과할 수 있는 홀(hole)이 형성되어 있고, 상기 광펌핑부(920, 922)는, 상기 홀을 통해 펌프광을 방출하여 상기 레이저 매질(910)을 여기시킬 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 기존의 디스크 레이저의 경우 광이 상하로 움직이며 진행하기 때문에 열적인 문제로 인한 공간 왜곡이 발생하는 경우 광축이 달라지게 되는 문제점이 있다. 즉, 레이저 거울의 정열 상태와 빛의 진행 경로 간에 차이가 발생함으로써 레이저 거울의 정열이 흐트러지고 레이저 발진이 발생되지 않는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명의 경우, 프리즘 구조의 레이저 매질 내에서 광이 측면으로 진행하며 이동하기 때문에 광 경로가 그대로 유지되며, 또한 레이저 매질 내부에서 전반사에 의해 광이 진행되므로 다수의 거울을 정열하여 배치할 필요가 없어 열적 왜곡으로 인한 문제를 최소화시킬 수 있는 이점을 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 프리즘 구조의 레이저 매질로 입사된 광을 전반사를 이용하여 진행시킴으로써, 다수의 전반사 거울 없이 단순한 구조의 레이저 구현을 가능하게 하고 열적 왜곡을 방지하는 이점을 제공한다. 또한, 상기 입사된 광이 상기 프리즘 구조의 레이저 매질 영역을 전체적으로 순환하도록 하여 충분히 긴 광 경로를 확보함으로써, 고출력 레이저 빔 생성을 가능하게 하고 공간 및 자원 효율성을 개선하는 이점을 제공한다. 나아가, 얇은 평면 형태로 레이저 매질을 구현할 수 있도록 함으로써, 레이저 매질의 상하 양면에서 효율적 냉각 내지 온도 조절을 가능하게 하는 이점을 제공한다.
지금까지 본 발명에 대해 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 본질적인 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위에서 본 발명이 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (29)

  1. 프리즘 구조의 레이저 매질을 이용하여 레이저 발진(laser oscillation)을 발생시키고,
    상기 프리즘 구조의 레이저 매질은,
    상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광이 상기 레이저 매질 내부로부터 출사되거나 공진기 거울에 의해 반사된 광이 상기 레이저 매질 내부로 입사되는 입출사면부; 및
    상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광 또는 상기 공진기 거울에 의해 반사되어 상기 입출사면부를 통해 입사되는 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내부에서 순환시킨 후 상기 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저는, 상기 입출사면부를 통해 출사된 광을 상기 레이저 매질의 외부에서 반사에 의해 상기 입출사면부로 입사시키는 상기 공진기 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입출사면부는, 브루스터 각(Brewster's Angle) 또는 무반사 코팅(Anti-reflective Coating)에 의해 상기 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 무반사 입사 또는 출사되도록 하는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 매질은, 상기 입출사면부를 통해 출사되는 광이 상기 입출사면부에서 반사되어 상기 레이저 매질 내부로 입사되도록 하는 굴절률을 지님으로써 상기 공진기 거울을 상기 입출사면부에 형성하는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 매질은, 상기 입출사면부를 통해 출사되는 광이 상기 입출사면부에서 반사되어 상기 레이저 매질 내부로 입사되도록 하는 전반사 거울 코팅층을 더 포함함으로써 상기 공진기 거울을 상기 입출사면부에 형성하는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사면부는, 상기 레이저 매질의 굴절률로 인하여 발생하는 광의 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내부에서 광을 순환시킨 후 상기 입출사면부를 통해 출사시키는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 매질은, 능동 매질(active medium)을 지니는 고체, 액체 또는 기체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 매질은, 내부의 열적 왜곡 현상을 보상하는 측면 곡선 가공 처리가 수행된 프리즘 구조를 지니는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  9. 프리즘 구조의 레이저 매질을 이용하여 레이저 발진(laser oscillation)을 발생시키고,
    상기 프리즘 구조의 레이저 매질은,
    상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광이 상기 레이저 매질 내부로부터 출사되는 입출사면부; 및
    상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내부에서 순환시킨 후 상기 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하고, 그리고
    상기 프리즘 구조는, 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 제1 프리즘 구조 및 상기 제1 프리즘 구조보다 작은 크기의 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 제2 프리즘 구조가 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 측 밑면 일단부에 상기 입출사면부를 포함하면서 상기 반사면부를 형성하도록 상기 제1 프리즘 구조 및 상기 제2 프리즘 구조의 빗변 측 밑면이 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 측 밑면 타단부 쪽으로 정렬되어 상호 연접되어 있는 구조를 포함하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 프리즘 구조는, 빗변 길이가 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 길이에서 입출사되는 광의 파장 길이를 뺀 길이 이하, 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 길이의 절반 이상 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 입출사면부는, 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 상에서의 길이가 입출사되는 광의 파장 길이 이상, 상기 제1 프리즘 구조의 빗변 길이의 절반 이하 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 프리즘 구조는, 제3 프리즘 구조를 더 포함하고,
    상기 제3 프리즘 구조는,
    상기 제3 프리즘 구조의 레이저 매질 내부로 광이 입사되거나 상기 제3 프리즘 구조의 레이저 매질 내부로부터 광이 출사되는 제1 입출사면부 및 제2 입출사면부; 및
    상기 제1 입출사면부를 통해 입사된 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내에서 순환시킨 후 상기 제2 입출사면부를 통해 출사시키고, 상기 제2 입출사면부를 통해 입사된 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질의 내부에서 순환시킨 후 상기 제1 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하고, 그리고
    상기 프리즘 구조는, 상기 제1 프리즘 구조의 상기 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 상기 제3 프리즘 구조의 상기 제2 입출사면부를 통해 출사 또는 입사되도록 하는 구조인 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프리즘 구조는, 상기 제3 프리즘 구조를 단위 프리즘 구조로 하여 제1 단위 프리즘 구조의 제2 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 제2 단위 프리즘 구조의 제1 입출사면부를 통해 출사 또는 입사되도록 하는 직렬연결 방식에 의해, 최종 단위 프리즘 구조의 제2 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 상기 제1 프리즘 구조의 상기 입출사면부를 통해 출사 또는 입사되도록 하는 구조인 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  14. 프리즘 구조의 레이저 매질을 이용하여 레이저 발진(laser oscillation)을 발생시키고,
    상기 프리즘 구조의 레이저 매질은,
    상기 레이저 매질 내부로 광이 입사되거나 상기 레이저 매질 내부로부터 광이 출사되는 제1 입출사면부 및 제2 입출사면부; 및
    상기 제1 입출사면부를 통해 입사된 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내에서 순환시킨 후 상기 제2 입출사면부를 통해 출사시키고, 상기 제2 입출사면부를 통해 입사된 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질의 내부에서 순환시킨 후 상기 제1 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하고, 그리고
    상기 프리즘 구조는, 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 제1 프리즘 구조 및 제2 프리즘 구조가 각각 빗변 측 밑면 일단부에 상기 제1 입출사면부 및 상기 제2 입출사면부를 포함하면서 상기 반사면부를 형성하도록 상기 제1 프리즘 구조 및 상기 제2 프리즘 구조의 빗변 측 밑면이 비켜서 상호 연접되어 있는 구조를 포함하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 프리즘 구조 및 상기 제2 프리즘 구조는, 동일 크기의 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 지니는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부는, 각각 상기 제1 프리즘 구조 또는 상기 제2 프리즘 구조의 빗변 상에서의 길이가 입출사되는 광의 파장 길이 이상, 상기 제1 프리즘 구조 또는 상기 제2 프리즘 구조의 빗변 길이의 절반 이하 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 레이저는, 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부를 통해 출사되는 광을 각각 반사에 의해 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부로 입사시키는 전반사 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 레이저 매질은, 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부를 통해 출사되는 광이 각각 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부에서 반사되어 상기 레이저 매질 내부로 입사되도록 하는 전반사 코팅층을 더 포함함으로써 상기 전반사 거울을 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부에 형성하는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 레이저 매질은, 상기 제1 입출사면부 또는 상기 제2 입출사면부에 전반사 코팅층을 포함하는 경우, 각각 상기 제2 입출사면부 또는 상기 제1 입출사면부에 반반사 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 프리즘 구조는, 상기 제1 프리즘 구조 및 상기 제2 프리즘 구조가 상호 연접되어 있는 상기 구조를 단위 프리즘 구조로 하여 제1 단위 프리즘 구조의 제2 입출사면부를 통해 입사 또는 출사되는 광이 각각 제2 단위 프리즘의 제1 입출사면부를 통해 출사 또는 입사되도록 하는 직렬연결 구조인 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  21. 프리즘 구조의 레이저 매질;
    상기 레이저 매질을 여기시키는 광펌핑부; 및
    상기 레이저 매질을 냉각시키는 냉각부를 포함하여 레이저 발진(laser oscillation)을 발생시키고,
    상기 프리즘 구조의 레이저 매질은,
    상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광이 상기 레이저 매질 내부로부터 출사되거나 공진기 거울에 의해 반사된 광이 상기 레이저 매질 내부로 입사되는 입출사면부; 및
    상기 레이저 매질의 여기 시 발생하는 광 또는 상기 공진기 거울에 의해 반사되어 상기 입출사면부를 통해 입사되는 광을 임계각에 의한 전반사를 통해 상기 레이저 매질 내부에서 순환시킨 후 상기 입출사면부를 통해 출사시키는 반사면부를 포함하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 광펌핑부는, 상기 레이저 매질을 여기시키기 위한 펌프광을 제공하는 다이오드 레이저(diode laser)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 레이저 매질 내부에서의 광 순환 경로 면과 평행한 상기 레이저 매질의 상부면 또는 하부면 또는 상하부 양면에서 상기 레이저 매질을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 광펌핑부는, 상기 레이저 매질의 측면에서 광, 전류, 또는 방전을 이용하여 상기 레이저 매질을 여기시키는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 냉각부는, 펌프광이 통과하는 홀을 형성하고,
    상기 광펌핑부는, 상기 홀을 통해 펌프광을 방출하여 상기 레이저 매질을 여기시키는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 광펌핑부에서 상기 레이저 매질의 측면에서 광을 이용하여 상기 레이저 매질을 여기시킬 때 여기 레이저 빛에는 무반사가 되고, 상기 레이저 매질에서 발생하는 레이저 빛의 파장에 대해서는 내부 입사각에 대해서 전반사가 일어나도록 상기 프리즘 구조를 이용한 레이저의 측면부를 코팅 한 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 광펌핑부에서 상기 레이저 매질의 측면에서 광을 이용하여 상기 레이저 매질을 여기시킬 때 상기 프리즘 레이저의 측면부에 여기 광을 부루스터(brewster) 각으로 입사시키는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 광펌핑부에서 상기 레이저 매질을 상부 혹은 하부에서 여기 광을 입사시켜 여기시킬 때 상기 여기 광의 파장에 대하여 상기 상부 혹은 하부면에 무반사 코팅을 하여 매질을 여기시키는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
  29. 제21항에 있어서,
    상기 광펌핑부에서 상기 레이저 매질을 상부 혹은 하부에서 여기 광을 입사시켜 여기시킬 때 상기 프리즘 레이저 상부 혹은 하부에서 여기 광을 부루스터(brewster) 각으로 입사시키는 것을 특징으로 하는 프리즘 구조를 이용한 레이저.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219137A (ja) * 2012-04-06 2013-10-24 Mitsubishi Electric Corp 平面導波路型レーザ装置
CN112992650A (zh) * 2021-02-09 2021-06-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种提升一体式液冷氙灯泵浦光传输效率的结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5748664A (en) * 1994-05-06 1998-05-05 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Solid state laser with positive thermal lens
US5815523A (en) * 1996-11-27 1998-09-29 Mcdonnell Douglas Corporation Variable power helix laser amplifier and laser
US6373866B1 (en) * 2000-01-26 2002-04-16 Lumenis Inc. Solid-state laser with composite prismatic gain-region

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3725144A1 (de) 1987-07-29 1989-02-09 Baasel Carl Lasertech Festkoerperlaser-stab

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5748664A (en) * 1994-05-06 1998-05-05 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Solid state laser with positive thermal lens
US5815523A (en) * 1996-11-27 1998-09-29 Mcdonnell Douglas Corporation Variable power helix laser amplifier and laser
US6373866B1 (en) * 2000-01-26 2002-04-16 Lumenis Inc. Solid-state laser with composite prismatic gain-region

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219137A (ja) * 2012-04-06 2013-10-24 Mitsubishi Electric Corp 平面導波路型レーザ装置
CN112992650A (zh) * 2021-02-09 2021-06-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种提升一体式液冷氙灯泵浦光传输效率的结构
CN112992650B (zh) * 2021-02-09 2024-04-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种提升一体式液冷氙灯泵浦光传输效率的结构

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