WO2015076474A1 - 나노초 펄스 레이저 장치 및 그것의 교번형 레이저 파장 출력 방법 - Google Patents

나노초 펄스 레이저 장치 및 그것의 교번형 레이저 파장 출력 방법 Download PDF

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이상원
이재용
이은성
김창석
임국빈
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한국표준과학연구원
부산대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a laser device, and more particularly to a nanosecond pulse laser device capable of obtaining a high-speed image and an alternating laser wavelength output method thereof.
  • laser devices are used in various fields.
  • one of the laser devices used for medical applications is a variety of optics-based medical imaging devices.
  • Optical coherence tomography is one of the medical imaging devices.
  • OCT optical coherence tomography
  • uses three-dimensional images with high spatial resolution can do.
  • the spatial resolution is drastically reduced at a depth of more than 1 millimeter (mm).
  • a photoacoustic imaging apparatus is an apparatus for overcoming the shortcomings of an optical coherent tomographic imaging apparatus having a spatial resolution.
  • the photoacoustic imaging device is a device that combines the advantages of an ultrasound imaging device that is less influenced by scattering in living tissues due to the high spatial resolution of the optical device and light.
  • a photoacoustic imaging apparatus requires a wavelength tunable laser having a wavelength that is strongly absorbed in the sample.
  • Such wavelength tunable lasers include optical parametric oscillators (OPO) and dye lasers.
  • OPO optical parametric oscillators
  • these tunable lasers are expensive and have a low pulse repetition rate of less than 20 kHz, making it difficult to obtain high-speed real-time images.
  • Another object of the present invention is to provide a nanosecond pulse laser device capable of high-speed image acquisition and an alternating laser wavelength output method thereof.
  • a nanosecond pulse laser apparatus includes a light source for outputting a laser beam of a nanosecond pulse, a lens for focusing the laser beam, and pulse lasers corresponding to a plurality of wavelengths through an inductive Raman scattering Raman shift optical fiber, a wavelength splitter for dividing pulse lasers of a predetermined wavelength among the pulse lasers, an optical switch for selecting pulse lasers alternately output from the wavelength divider in response to an externally applied switch control signal, And a wavelength coupler which combines and outputs pulse lasers alternately outputting wavelengths in the switch.
  • the laser light is continuous coherent light.
  • the nanosecond pulse laser device further includes an isolator disposed between the light source and the lens, for blocking the reflection of the laser light output from the light source.
  • the Raman shift optical fiber is an optical fiber having the highest refractive index at the core at the center.
  • the nanosecond pulsed laser apparatus further comprises a waveform generator for providing a first operating pulse to the light source and providing a second operating pulse to the optical switch, wherein the switch outputs an alternating pulse
  • the time period of the second operation pulse has at least twice the time period of the first operation pulse, and the time period is an inverse number of the frequency period.
  • An alternate laser wavelength output method of a nanosecond pulse laser device includes the steps of outputting a laser beam of a nanosecond pulse, outputting the laser beam to a Raman shift optical fiber, Generating pulsed lasers corresponding to the wavelengths, dividing the pulsed lasers corresponding to predetermined wavelengths, selecting the wavelengths of the divided pulsed lasers to alternate with each other, And outputting the combined data.
  • the laser light is continuous coherent light.
  • the Raman shift optical fiber is an optical fiber having the highest refractive index at the core at the center.
  • the time period of the operation pulse for selecting the alternate wavelength is at least twice the time period of the operation pulse for generating the laser light, and the time period is an inverse number of the frequency period .
  • the nanosecond pulse laser device of the present invention can generate a pulse laser having a high pulse repetition rate by using Raman induced scattering.
  • the nanosecond pulse laser device generates a pulse laser having a high pulse repetition rate, thereby realizing high-speed real-time image acquisition when acquiring a video image.
  • FIG. 1 is a view illustrating an example of a nanosecond pulse laser device according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram exemplarily showing a change in pulse width of a pulse laser according to the inductive Raman scattering according to the present invention
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary operation for outputting an alternating laser wavelength in a nanosecond pulse laser apparatus according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view illustrating an example of an operation of irradiating an inspection object with an alternating laser wavelength according to the present invention
  • FIG. 5 is a view illustrating an example of a medical imaging apparatus including a nanosecond pulse laser apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing the best mode for carrying out the present invention.
  • the present invention provides a nanosecond pulse laser device for generating a pulsed laser having a high pulse repetition rate.
  • the nanosecond pulsed laser device can generate a pulsed laser having a high pulse repetition rate of, for example, about 20 kHz (kHz) or more.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a nanosecond pulse laser device according to the present invention.
  • a nanosecond pulse laser apparatus 100 includes a light source 110, an isolator 120, a lens 130, a Raman shift optical fiber 140, a wavelength divider 150, an optical switch 160, (170), and a waveform generator (180).
  • the light source 110 generates a laser beam of a nanosecond pulse and outputs the generated laser beam to the isolator 120.
  • the laser light has a constant period (cycle of several tens of hertz (Hz) to several hundreds of kHz) and is continuously coherent light.
  • the light source 110 may utilize a Ytterbium fiber laser as a pump light source.
  • the ytterbium fiber laser frequency doubles a wavelength of about 1064 nanometers (nm) to generate a nanosecond pulse laser beam having a wavelength of about 532 nm.
  • the light source 110 can output laser light having a wavelength of about 532 nm.
  • the isolator 120 outputs the input laser light to the lens 130. [ In addition, the isolator 120 blocks the reflection of the laser light in the direction of the light source 110.
  • the lens 130 condenses the input laser light with the Raman shift optical fiber 140. Thus, the lens 130 transmits the laser light to the Raman shift optical fiber 140.
  • the Raman shift optical fiber 140 is composed of a medium capable of inducing stimulated Raman scattering (SRS) by the input laser light.
  • SRS stimulated Raman scattering
  • the input laser light of 532 nm by the Raman shift optical fiber 140 has a wavelength value converted into the n-th ordered Raman scattering.
  • the inputted wavelength of 532 nm is changed by the Raman shift optical fiber 140 from the wavelength of 544.7 nm of the first order to the wavelength of 636.3 nm of the seventh order.
  • pulse lasers having wavelengths corresponding to a plurality of orders are output from the Raman shift optical fiber 140.
  • the order of Raman scattering can be determined. Therefore, the order of Raman scattering in the Raman shift optical fiber 140 may have a degree of seventh order or higher, and more wavelengths may be generated.
  • the nanosecond pulse laser apparatus 100 requires a reflector such as a fiber Bragg grating (FBG) I never do that.
  • FBG fiber Bragg grating
  • the length of the Raman shift optical fiber 140 can be determined.
  • the Raman shift optical fiber 140 is a Graded-Index Multimode optical fiber in which the refractive index of the core and the cladding is the highest in the core at the central portion and the refractive index gradually decreases toward the outside, Fiber).
  • the Raman shift optical fiber 140 composed of the multi-mode optical fiber compensates for the difference in speed of light due to the path difference with a well-designed refractive index to minimize the spread of the pulse.
  • Pulse lasers for photoacoustic imaging have a narrow pulse width and a pulse energy of more than 100 nanojoules (nJ), so that the average energy of the pulse laser increases as the repetition rate increases. This can be expressed by the following equation (1).
  • the Raman shift optical fiber 140 can use a multimode fiber, and the silica-based optical fiber can be doped with a core doped with germanium to minimize the spread of the pulse width.
  • Graded-Index Multimode Fiber is used.
  • the wavelength divider 150 divides the pulse lasers of a predetermined wavelength from the pulse lasers corresponding to the plurality of wavelengths.
  • the wavelength divider 150 outputs pulsed lasers of the divided wavelengths to the optical switch 160.
  • the wavelength divider 150 separates two pulse lasers having wavelengths of lambda 1 and lambda 2 and outputs them to the optical switch 160.
  • the optical switch 160 alternately selects the pulse lasers inputted in response to the switch control signal SW_CL from the outside.
  • the optical switch 160 can alternately select the wavelength corresponding to? 1 and the wavelength corresponding to? 2 in response to the switch control signal SW_CL.
  • the optical switch 160 selects the pulse laser corresponding to ⁇ 1 to a first time point, and selecting the laser pulse corresponding to ⁇ 2 to a second point in time, the pulse corresponding to ⁇ 1 to the third point, the laser And selects the pulse laser corresponding to? 2 at the fourth time point.
  • the optical switch 160 divides the two wavelengths according to time and outputs them one by one. That is, the optical switch 160 selects and outputs the wavelength of the pulse laser alternately.
  • the wavelength combiner 170 combines and outputs pulse lasers output from the optical switch 160.
  • a pulse laser having a wavelength of? 1 and a pulse laser having a wavelength of? 2 are alternately inputted to the wavelength combiner 170 at different time intervals.
  • the wavelength combiner 170 combines and outputs pulses of different wavelengths.
  • the wavelength of the pulse laser output from the wavelength combiner 170 is alternately output in the order of ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 1 , and ⁇ 2 .
  • the pulse laser output through the wavelength coupler 170 can be used for image acquisition from a test object or the like in a medical imaging apparatus or the like.
  • the waveform generator 180 generates operation pulses and outputs the generated operation pulses to the nanosecond pulse light source 110 and the optical switch 160.
  • the waveform generator 180 outputs the first operation pulse to the nanosecond pulse light source 110 and the second operation pulse to the optical switch 160.
  • the waveform generator 180 generates an operation pulse such that the time period of the second operation pulse is at least twice the time period of the first operation pulse.
  • the time period is an inverse number of the frequency period.
  • the first operation pulse and the second operation pulse are represented by a graph
  • the abscissa of the graph represents time (microseconds ( ⁇ s)
  • the ordinate of the graph represents amplitude (voltage (V)).
  • the nanosecond pulse laser apparatus 100 proposed in the present invention can output a pulsed laser having an adjustable repetition rate from several kHz to several hundred kHz through inductive Raman scattering. Accordingly, the nanosecond pulse laser apparatus 100 proposed in the present invention outputs a pulse laser capable of obtaining a high-speed image.
  • the nanosecond pulse laser device 100 when the nanosecond pulse laser device 100 is intended to inspect an object to be inspected with pulse lasers having two or more wavelengths, the two nanosecond pulse laser devices 100 alternately output two wavelengths to inspect the object through one scanning rather than a plurality of times .
  • the nanosecond pulse laser device 100 can acquire a higher-speed image by using a pulsed laser of alternating wavelength.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a pulse width change of a pulse laser according to an inductive Raman scattering according to the present invention.
  • the horizontal axis of the two graphs is time, and the unit is nanoseconds (ns).
  • the vertical axis of the two graphs represents the intensity.
  • the pulse width of the laser light 101 input to the Raman shift optical fiber 140 is 3.6 nanoseconds (ns).
  • the pulse width of the pulse laser 102 output through the inductive Raman scattering of the Raman shift optical fiber 140 is 3.9 ns.
  • the pulse laser 102 has a wavelength of about 602 nm.
  • the pulse laser output from the Raman shift optical fiber 140 has a sufficiently thin pulse width since it has a pulse width of 10 ns or less to produce a photoacoustic signal. That is, the pulse laser output through the Raman shift optical fiber 140 can have a high pulse repetition rate.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary operation for outputting an alternating laser wavelength in a nanosecond pulse laser apparatus according to the present invention.
  • the light source 110 generates a laser beam having a nanosecond pulse (step S110).
  • the light source 110 outputs laser light to the lens 130 through the isolator 120.
  • the lens 130 condenses the laser beam of the nanosecond pulse and outputs the laser beam to the Raman shift optical fiber 140 (step S120).
  • the Raman shift optical fiber 140 generates pulsed lasers having a plurality of wavelengths by the laser light input through the inductive Raman scattering (step S130).
  • the Raman shift optical fiber 140 outputs the pulsed lasers to the wavelength divider 150.
  • the wavelength divider 150 divides the pulse lasers corresponding to the selected wavelengths from the inputted pulse lasers (step S140). For reference, in FIG. 1, the wavelength divider 150 divides two pulse lasers corresponding to two wavelengths? 1 and? 2 . However, this is for convenience of explanation, and the wavelength divider 150 may divide the pulse lasers corresponding to three or more wavelengths. The wavelength divider 150 outputs the divided pulse lasers to the optical switch 160.
  • the optical switch 160 selects the wavelengths of the divided pulse lasers to be alternated (step S150).
  • the optical switch 160 selects the different wavelengths to be alternated with each other in response to the switch control signal SW_CL from the outside.
  • the switch control signal SW_CL is a signal generated by an external controller or a user input.
  • the switch control signal SW_CL is a signal for selecting the wavelengths of the pulse lasers inputted to the optical switch 160 to be alternated with each other.
  • the wavelength combiner 170 combines the wavelengths of the pulse lasers alternately output from the optical switch 160 to generate a single pulse laser (step S160). Pulsed laser output at the wavelength coupler 170 is alternating (in the order of ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 1 , ⁇ 2 ...) between the two wavelength cross.
  • the wavelength coupler 170 outputs a pulse laser coupled with alternating wavelengths (step S170).
  • the wavelength coupler 170 outputs pulse lasers mixed with different wavelengths, thereby obtaining image images of different characteristics at a time according to wavelength from the inspection object. For example, an image acquired through a pulsed laser of a lambda 1 wavelength and an image obtained through a pulsed laser of a lambda 2 wavelength are used for analysis of different characteristics.
  • an image acquired through a pulsed laser of a lambda 1 wavelength and an image obtained through a pulsed laser of a lambda 2 wavelength are used for analysis of different characteristics.
  • the nanosecond pulse laser device 100 of the present invention two images corresponding to two wavelengths for analysis of two characteristics can be obtained at one time through a single scanning operation.
  • the optical switch 160 may determine whether a signal for terminating the switching operation has been input.
  • step S180 If it is determined in step S180 that the signal input for power termination or the power off operation is not generated, the process proceeds to step S150. Accordingly, the optical switch 160 alternately selects pulse lasers having different wavelengths.
  • step S180 when a signal input for shutting down the operation or a power-off operation is generated, the nanosecond pulse laser apparatus 100 ends the operation for the pulse laser output.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an operation of irradiating an inspection object with an alternating laser beam according to the present invention.
  • a surface 201 to be inspected is shown, and an operation of scanning a surface 201 to be inspected using a pulsed laser of a specific wavelength is shown.
  • a pulsed laser having a wavelength of? 1 scans the surface 201 of the object to be inspected.
  • a pulsed laser having a wavelength of? 2 scans the surface 201 of the object to be inspected.
  • the nanosecond pulse laser device 100 of the present invention outputs a pulsed laser having an alternating wavelength.
  • a pulsed laser having alternating wavelengths of lambda 1 and lambda 2 scans the surface of the object to be inspected.
  • the nanosecond pulse laser apparatus 100 of the present invention can acquire images acquired at 210 and 220 at one time by a single scanning operation as a pulse laser having an alternating wavelength is outputted.
  • the nanosecond pulse laser apparatus 100 proposed in the present invention can further shorten the time required for image acquisition.
  • FIG. 5 is a view illustrating an example of a medical imaging apparatus including a nanosecond pulse laser apparatus according to the present invention.
  • the medical imaging device 300 includes a nanosecond pulse laser device 100, a detector 310, an image generator 320, and a display unit 330 .
  • the medical imaging apparatus 200 is for explaining utilization of the nanosecond pulse laser apparatus 100, and the nanosecond pulse laser apparatus 300 can be extended to other apparatuses other than the medical image apparatus described above.
  • the nanosecond pulse laser apparatus 100 outputs a pulsed laser having an adjustable repetition rate from several tens kHz to about several hundreds of kHz.
  • the nanosecond pulse laser device 100 outputs a pulse laser whose wavelengths are mutually alternated by using the wavelength divider 150, the optical switch 160, and the optical combiner 180.
  • the nanosecond pulse laser apparatus 100 can irradiate a pulse laser having an alternating wavelength to the surface 201 to be inspected for image acquisition. To this end, the nanosecond pulse laser apparatus 100 may adjust the output direction of the pulse laser using a scanner or the like.
  • the nanosecond pulse laser apparatus 100 outputs a pulsed laser having alternating wavelengths of? 1 and? 2 .
  • the detector 210 detects a signal that is absorbed, scattered, or reflected by the irradiation of the pulsed laser from the surface 201 to be inspected.
  • the detector 210 outputs the detected information to the image generating unit 220.
  • the image generation unit 220 generates an image for display based on the detected information. For example, the image generating unit 220 generates a two-dimensional image or a three-dimensional image, and outputs the generated image to the display device 230. Here, the image generating unit 220 generates a plurality of images corresponding to pulse lasers of alternating wavelengths.
  • the display device 230 displays the received images for output to the user.
  • the display device 230 displays the received images for output to the user.
  • optical parametric oscillators apply a pump laser to the crystal inside the resonator in order to utilize the secondary nonlinear phenomenon.
  • the wavelength changes depending on the temperature applied to the crystal inside the resonator and the length of the resonator Structure.
  • the optical parametric oscillator can not generate a nanosecond pulsed laser having a high pulse repetition rate and alternating wavelengths.
  • the nanosecond pulse laser device proposed in the present invention does not require an optical parametric oscillator by using a Raman shift optical fiber to utilize the Raman phenomenon.
  • nanosecond pulse laser device proposed in the present invention, it is possible to obtain real time image images at high speed while providing high spatial resolution.
  • the nanosecond pulse laser apparatus of the present invention it is possible to acquire an image by a single scanning operation without performing a plurality of scanning operations as a pulsed laser of alternating wavelengths is outputted. As a result, the speed of acquiring image images can be further increased.
  • the present invention relates to a laser device, and more particularly, to a nanosecond pulse laser device capable of obtaining a high-speed image and an alternating laser wavelength output method thereof.

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Abstract

본 발명은 나노초 펄스 레이저 장치에 관한 것이다. 본 발명의 나노초 펄스 레이저 장치는 나노초 펄스의 레이저 광을 출력하는 광원, 레이저 광을 집속하는 렌즈, 집속된 레이저 광을 유도 라만 산란을 통해 복수의 파장들에 대응되는 펄스 레이저들을 생성하는 라만 시프트 광섬유, 펄스 레이저들 중에서 미리 결정된 파장의 펄스 레이저들을 분할하는 파장 분할기, 외부로부터 인가되는 스위치 제어신호에 응답하여 파장 분할기로부터 출력되는 펄스 레이저들을 상호 간에 파장이 교번되도록 선택하는 광스위치, 및 스위치에서 파장이 교번되어 출력되는 펄스 레이저들을 결합하여 출력하는 파장 결합기를 포함한다.

Description

나노초 펄스 레이저 장치 및 그것의 교번형 레이저 파장 출력 방법
본 발명은 레이저 장치에 관한 것으로서, 특히 고속의 이미지를 획득할 수 있는 나노초 펄스 레이저 장치 및 그것의 교번형 레이저 파장 출력 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 레이저 장치들은 다양한 분야에서 활용되고 있다. 예를 들어, 의료용으로 활용되는 레이저 장치의 하나로 광학 기반의 다양한 의료 영상 장비들이 있다.
이와 같은, 의료 영상 장비의 하나로 광간섭 단층 영상기(OCT: optical coherence tomography)가 있으며, 광간섭 단층 영상기는 빛의 가간섭 특성과 미세한 집광 능력을 이용함으로써, 높은 공간 분해능으로 3차원 영상을 획득할 수 있다. 하지만, 생체 조직에서는 빛의 강한 산란으로 인해 1밀리미터(mm) 이상의 깊이에서는 공간 분해능이 급격히 떨어지는 단점이 있다.
공간 분해능을 갖는 광간섭 단층 영상기의 단점을 극복하기 위한 장치로 광음향 이미징 장치가 있다. 광 음향 이미징 장치는 광학 장치의 높은 공간 분해능과 빛에 의한 생체 조직 내에서 산란의 영향을 덜 받는 초음파 영상 장치의 장점을 융합한 장치이다. 광 음향 효과를 얻기 위해, 광 음향 이미징 장치는 샘플에서 강하게 흡수되는 파장을 갖는 파장 가변 레이저를 필요로 한다. 이러한 파장 가변 레이저로 광 파라메트릭 오실레이터(OPO: Optical parametric oscillators)와 색소 레이저(dye laser) 등이 있다. 하지만, 이러한 파장 가변 레이저들은 가격이 고가이고, 펄스 반복율이 20kHz 미만의 낮은 값을 가져 고속의 실시간 영상을 획득하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 고속의 펄스 반복률을 갖는 펄스 레이저를 생성하는 나노초 펄스 레이저 장치 및 그것의 교번형 레이저 파장 출력 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 고속의 이미지 획득이 가능한 나노초 펄스 레이저 장치 및 그것의 교번형 레이저 파장 출력 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 나노초 펄스 레이저 장치는 나노초 펄스의 레이저 광을 출력하는 광원, 상기 레이저 광을 집속하는 렌즈, 상기 집속된 레이저 광을 유도 라만 산란을 통해 복수의 파장들에 대응되는 펄스 레이저들을 생성하는 라만 시프트 광섬유, 상기 펄스 레이저들 중에서 미리 결정된 파장의 펄스 레이저들을 분할하는 파장 분할기, 외부로부터 인가되는 스위치 제어신호에 응답하여 상기 파장 분할기로부터 출력되는 펄스 레이저들을 상호 간에 파장이 교번되도록 선택하는 광스위치, 및 상기 스위치에서 파장이 교번되어 출력되는 펄스 레이저들을 결합하여 출력하는 파장 결합기를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 레이저 광은 연속적으로 코히어런트한 광인 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 나노초 펄스 레이저 장치는 상기 광원과 렌즈 사이에 위치되며, 상기 광원으로부터 출력된 레이저 광의 역반사를 차단하기 위한 아이솔레이터를 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 라만 시프트 광섬유는 중심부의 코어에서 굴절률이 가장 높은 광섬유임을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 나노초 펄스 레이저 장치는 상기 광원에 제 1 동작 펄스를 제공하고, 상기 광스위치에 제 2 동작 펄스를 제공하는 파형 발생기를 더 포함하고, 상기 스위치에서 교번된 펄스를 출력하도록 상기 제 2 동작 펄스의 시간 주기는 상기 제 1 동작 펄스의 시간 주기의 적어도 두 배를 갖고, 상기 시간 주기는 주파수 주기의 역수인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노초 펄스 레이저 장치의 교번형 레이저 파장 출력 방법은 나노초 펄스의 레이저 광을 출력하는 단계, 상기 레이저 광을 라만 쉬프트 광섬유로 출력하는 단계, 상기 라만 쉬프트 광섬유의 유도 라만 산란을 통해 복수의 파장들에 대응되는 펄스 레이저들을 생성하는 단계, 미리 결정된 파장들에 대응되는 펄스 레이저들을 분할하는 단계, 상기 분할된 펄스 레이저들을 상호 간에 파장이 교번되도록 선택하는 단계, 및 상기 파장이 교번된 펄스 레이저들을 결합하여 출력하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 레이저 광은 연속적으로 코히어런트한 광인 것을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 라만 시프트 광섬유는 중심부의 코어에서 굴절률이 가장 높은 광섬유임을 특징으로 한다.
이 실시예에 있어서, 상기 교번된 파장을 선택하기 위한 동작 펄스의 시간 주기는 상기 레이저 광을 생성하기 위한 동작 펄스의 시간 주기의 적어도 두 배인 것을 특징으로 하고, 상기 시간 주기는 주파수 주기의 역수이다.
본 발명의 나노초 펄스 레이저 장치는 라만 유도 산란을 이용함으로써, 고속의 펄스 반복율을 갖는 펄스 레이저를 생성할 수 있다. 또한, 나노초 펄스 레이저 장치는 고속의 펄스 반복율을 갖는 펄스 레이저를 생성함으로써, 영상 이미지 획득 시 고속으로 실시간 이미지 획득을 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 나노초 펄스 레이저 장치를 예시적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 유도 라만 산란에 따른 펄스 레이저의 펄스 폭 변화를 예시적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 나노초 펄스 레이저 장치에서 교번형 레이저 파장을 출력하기 위한 동작을 예시적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 교번형 레이저 파장을 검사 대상에 조사하는 동작을 예시적으로 도시한 도면, 및
도 5는 본 발명에 따른 나노초 펄스 레이저 장치를 포함한 의료 영상 장비를 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 실시를 위한 최선의 형태를 보여주는 도면은 도 1이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 고속의 펄스 반복율을 갖는 펄스 레이저를 생성하는 나노초 펄스 레이저 장치를 제공한다. 여기서, 나노초 펄스 레이저 장치는 일예로, 약 20 키로헤르쯔(kHz) 이상의 고속의 펄스 반복율을 갖는 펄스 레이저를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 나노초 펄스 레이저 장치를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 광원(110), 아이솔레이터(120), 렌즈(130), 라만 시프트 광섬유(140), 파장 분할기(150), 광스위치(160), 파장 결합기(170), 및 파형 발생기(180)를 포함한다.
광원(110)은 나노초 펄스의 레이저 광을 생성하고, 생성된 레이저 광을 아이솔레이터(120)로 출력한다. 여기서, 레이저 광은 일정한 주기(수십 헤르쯔(Hz)에서 수백 kHz의 주기)를 갖고, 연속적으로 코히어런트한 광이다.
예를 들어, 광원(110)은 이터븀 파이버 레이저(Ytterbium fiber laser)를 펌프 광원으로 이용할 수 있다. 여기서, 이터븀 파이버 레이저는 약 1064나노미터(nm)의 파장을 주파수 더블링(frequency doubling)시켜 약 532nm의 파장을 갖는 나노초 펄스의 레이저 광을 생성한다. 이를 통해, 광원(110)은 약 532nm의 파장을 갖는 레이저 광을 출력할 수 있다.
아이솔레이터(120)는 입력된 레이저 광을 렌즈(130)로 출력한다. 또한, 아이솔레이터(120)는 광원(110) 방향으로의 레이저 광의 역반사를 차단한다.
렌즈(130)는 입력된 레이저 광을 라만 시프트 광섬유(140)로 집광한다. 이를 통해, 렌즈(130)는 레이저 광을 라만 시프트 광섬유(140)로 전달한다.
라만 시프트 광섬유(140)는 입력된 레이저 광에 의해 유도 라만 산란(SRS: Stimulus Raman Scattering)을 발생시킬 수 있는 매질로 구성된다. 이를 통해, 532nm의 파장을 갖는 레이저 광은 n차의 유도 라만 산란으로 파장값이 변환된다.
예를 들어, 라만 시프트 광섬유(140)에 의해 532nm의 입력 레이저광이 n차의 유도 라만 산란으로 변환된 파장값을 갖는 것을 하기의 표 1에 나타내었다.
표 1
입력광 1차 2차 3차 4차 5차 6차 7차
파장(nm) 532 544.7 558.1 572.2 587.0 602.5 618.9 636.3
이때, 입력된 532nm의 파장은 라만 시프트 광섬유(140)에 의해 1차의 544.7nm의 파장부터 7차의 636.3nm의 파장까지 파장이 변화한다. 이로 인해, 라만 시프트 광섬유(140)로부터 복수의 차수들에 대응되는 파장을 갖는 펄스 레이저들이 출력된다.
라만 시프트 광섬유(140)의 길이와 입력되는 레이저 광의 세기를 조절하면, 라만 산란의 차수가 결정될 될 수 있다. 따라서, 라만 시프트 광섬유(140)에서의 라만 산란의 차수는 7차 이상의 차수를 가질 수 있고, 더 많은 파장들이 생성될 수도 있다.
이와 같이, 라만 쉬프트 광섬유(140)를 통과하는 레이저 광의 유도 라만 산란을 이용함으로써, 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 광섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Brag Grid)와 같은 리플렉터(reflector)를 추가로 필요로 하지 않는다.
한편, 라만 산란으로 인한 파장 변환은 광섬유의 길이가 길고 빛의 세기가 강할수록 변환 효율이 높기 때문에 너무 짧은 길이의 광섬유는 충분한 차수의 라만 산란을 만들어 내지 못하고, 너무 긴 길이의 광섬유는 에너지 손실이 크다. 이를 고려하여, 라만 시프트 광섬유(140)의 길이가 결정될 수 있다.
또한, 라만 시프트 광섬유(140)는 코어(core)와 클래딩(cladding)의 굴절률이 중심부의 코어에서 가장 높고, 바깥쪽으로 향해 갈수록 굴절률이 점차 낮아지는 광섬유인 그래디드형 멀티모드 광섬유(Graded-Index Multimode Fiber)로 구성될 수 있다. 그래디드형 멀티모드 광섬유로 구성된 라만 시프트 광섬유(140)는 경로 차이에 의한 빛의 속도 차이를 고르게 디자인된 굴절률로 보상시켜 펄스의 퍼짐을 최소화한다.
광음향 이미징을 위한 펄스 레이저는 펄스의 폭이 좁고 펄스 에너지가 100나노주울(nJ) 이상 출력되어야 하므로, 반복율이 커질수록 펄스 레이저의 평균 에너지가 증가한다. 이는 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2014006100-appb-M000001
예를 들어, 532nm인 펄스 레이저를 평균 파워가 700mW를 갖는 펄스 레이저를 단일 모드 광섬유(single mode fiber)로 집광시키면 열적 손상에 의해 말단이 타버린다.
광음향 이미징을 위한 펄스 레이저의 펄스 에너지는 높을수록 광음향 효과를 내기에 유리하다. 그렇기 때문에, 고속의 반복률을 갖는 펄스 레이저로 높은 펄스 에너지를 내려면 높은 평균 파워를 견딜 수 있는 광섬유 이득 매질(gain medium)이 필요하다. 이로 인해, 라만 시프트 광섬유(140)는 다중모드 광섬유(multimode fiber)를 이용할 수 있고, 펄스폭의 퍼짐을 최소화할 수 있도록 실리카 기반의 광섬유에 게르마늄(Germanium)으로 코어를 도핑(core doping)한 그레디드형 멀티모드 광섬유(Graded-Index Multimode Fiber)를 사용한다.
파장 분할기(150)는 복수의 파장들에 대응되는 펄스 레이저들로부터 미리 결정된 파장의 펄스 레이저들을 분할한다. 파장 분할기(150)는 분할된 파장의 펄스 레이저들을 광스위치(160)로 출력한다. 예를 들어, 파장 분할기(150)는 λ1과 λ2의 파장을 갖는 두 개의 펄스 레이저를 분리하여 광스위치(160)로 출력한다.
광스위치(160)는 외부로부터의 스위치 제어신호(SW_CL)에 응답하여 입력된 펄스 레이저들을 교번 즉, 번갈아서 선택한다. 광스위치(160)는 스위치 제어신호(SW_CL)에 응답하여 λ1에 대응되는 파장과 λ2에 대응되는 파장을 교번하여 선택할 수 있다.
도면에서, 광스위치(160)는 제 1 시점에 λ1에 대응되는 펄스 레이저를 선택하고, 제 2 시점에 λ2에 대응되는 레이저펄스를 선택하고, 제 3 시점에 λ1에 대응되는 펄스 레이저를 선택하고, 제 4 시점에 λ2에 대응되는 펄스 레이저를 선택한다. 여기서, 제 1 시점부터 제 4 시점까지는 시간이 경과에 따른 순차적인 시점들을 나타낸다. 이와 같은 방식으로, 광스위치(160)는 두 개의 파장들을 시간에 따라 분할하여 한 번씩 번갈아가며 출력한다. 즉, 광스위치(160)는 펄스 레이저의 파장을 교번되도록 선택하여 출력한다.
파장 결합기(170)는 광스위치(160)로부터 출력되는 펄스 레이저들을 결합하여 출력한다. 파장 결합기(170)에 λ1의 파장을 갖는 펄스 레이저와 λ2의 파장을 갖는 펄스 레이저가 서로 다른 시간 간격으로 교번되어 입력된다. 파장 결합기(170)는 서로 다른 파장의 펄스를 결합하여 출력한다.
이를 통해, 파장 결합기(170)에서 출력되는 펄스 레이저의 파장은 λ1, λ2, λ1, 및 λ2 등의 순서로 교번되어 출력된다. 이와 같이, 파장 결합기(170)를 통해 출력된 펄스 레이저는 의료 영상 장비 등에서 검사 대상 등으로부터 영상 획득에 사용될 수 있다.
파형 발생기(180)는 동작 펄스들을 생성하고, 생성된 동작 펄스들을 나노초 펄스 광원(110)과 광스위치(160)로 출력한다. 파형 발생기(180)는 제 1 동작 펄스를 나노초 펄스 광원(110)으로 출력하고, 제 2 동작 펄스를 광스위치(160)로 출력한다. 이때, 제 1 파장(λ1)의 펄스 레이저가 선택될 때, 제 2 파장(λ2)의 펄스 레이저는 선택되지 않고, 제 2 파장(λ2)의 펄스 레이저가 선택될 때, 제 1 파장(λ1)의 펄스 레이저는 선택되지 않는다. 이를 위해, 파형 발생기(180)는 제 2 동작 펄스의 시간 주기는 제 1 동작 펄스의 시간 주기의 적어도 두 배가 되도록 동작 펄스를 생성한다. 여기서, 시간 주기는 주파수 주기의 역수이다.
여기서, 제 1 동작 펄스와 제 2 동작 펄스는 그래프로 표기되어 있으며, 그래프의 가로축은 시간(마이크로초(μs))을 나타내고, 그래프의 세로축은 진폭(전압(V))을 나타낸다. 이를 통해, 제 2 동작 펄스의 시간 주기는 제 1 동작 펄스의 두 배가 되는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 본 발명에서 제안된 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 유도 라만 산란을 통해 수 키로헤르쯔(kHz)부터 수백 키로헤르쯔(kHz)까지의 조절 가능한 반복률을 갖는 펄스 레이저를 출력할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에서 제안된 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 고속의 이미지를 획득할 수 있는 펄스 레이저를 출력한다.
또한, 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 검사 대상을 두 개 이상의 파장을 갖는 펄스 레이저들로 검사하고자 할 때, 두 개의 파장을 교번하여 출력함으로써 검사 대상을 여러 번이 아닌 한 번의 스캐닝을 통해 검사할 수 있다. 이로 인해, 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 교번된 파장의 펄스 레이저를 이용하여 더욱 고속의 이미지를 획득할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 유도 라만 산란에 따른 펄스 레이저의 펄스 폭 변화를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 두 그래프의 가로축은 시간(time)이고, 단위는 나노초(ns)이다. 두 그래프의 세로축은 세기(intensity)를 나타낸다.
라만 시프트 광섬유(140)에 입력되는 레이저 광(101)의 펄스폭은 3.6나노초(ns)이다. 라만 시프트 광섬유(140)의 유도 라만 산란을 통해 출력된 펄스 레이저(102)의 펄스폭은 3.9ns이다. 여기서, 펄스 레이저(102)는 약 602nm의 파장을 갖는 경우이다.
이를 통해, 라만 시프트 광섬유(140)로부터 출력된 펄스 레이저는 광음향 신호를 만들기 위해 10ns이하의 펄스폭을 가짐으로 충분히 얇은 펄스폭을 갖는다. 즉, 라만 시프트 광섬유(140)를 통해 출력된 펄스 레이저는 고속의 펄스 반복율을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 나노초 펄스 레이저 장치에서 교번형 레이저 파장을 출력하기 위한 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 광원(110)은 나노초 펄스의 레이저 광을 생성한다(S110단계). 광원(110)은 아이솔레이터(120)를 통해 렌즈(130)로 레이저 광을 출력한다.
렌즈(130)는 나노초 펄스의 레이저 광을 집광하여 라만 쉬프트 광섬유(140)로 출력한다(S120단계).
라만 쉬프트 광섬유(140)는 유도 라만 산란을 통해 입력된 레이저 광을 복수개의 파장을 갖는 펄스 레이저들을 생성한다(S130단계). 라만 쉬프트 광섬유(140)는 펄스 레이저들을 파장 분할기(150)로 출력한다.
파장 분할기(150)는 입력된 펄스 레이저들로부터 선택된 파장들에 대응되는 펄스 레이저들을 분할한다(S140단계). 참고로, 도 1에서 파장 분할기(150)는 두 개 의 파장들(λ1, λ2)에 대응되는 두 개의 펄스 레이저들을 분할하고 있다. 하지만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 파장 분할기(150)는 세 개 이상의 파장에 대응되는 펄스 레이저들을 분할할 수도 있다. 파장 분할기(150)는 분할된 펄스 레이저들을 광스위치(160)로 출력한다.
광스위치(160)는 분할된 펄스 레이저들의 파장이 교번되도록 선택한다(S150단계). 광스위치(160)는 외부로부터의 스위치 제어신호(SW_CL)에 응답하여 서로 다른 파장이 상호 간에 교번되도록 선택한다. 여기서, 스위치 제어신호(SW_CL)는 외부의 제어기 또는 사용자 입력 등에 의해 발생된 신호이다. 스위치 제어신호(SW_CL)는 광스위치(160)에 입력된 펄스 레이저들의 파장들을 상호 간에 교번되도록 선택하기 위한 신호이다.
파장 결합기(170)는 광스위치(160)로부터 교번하여 출력되는 펄스 레이저들의 파장을 결합하여 하나의 펄스 레이저를 생성한다(S160단계). 파장 결합기(170)에서 출력되는 펄스 레이저는 두 개의 파장이 상호 간에 교번(λ1, λ2, λ1, λ2...의 순서로)된다.
파장 결합기(170)는 파장들이 교번하도록 결합된 펄스 레이저를 출력한다(S170단계). 이와 같이, 파장 결합기(170)는 서로 다른 파장이 혼합된 펄스 레이저를 출력함으로써, 검사 대상으로부터 파장에 따라 서로 다른 특성에 대한 영상 이미지를 한 번에 획득할 수 있다. 예를 들어, λ1 파장의 펄스 레이저를 통해 획득한 이미지와 λ2파장의 펄스 레이저를 통해 획득된 이미지는 서로 다른 특성의 분석에 이용된다. 하지만, 본 발명의 나노초 펄스 레이저 장치(100)를 이용하면, 한 번의 스캐닝 동작을 통해 두 가지 특성의 분석을 위한 두 개의 파장에 대응되는 두 개의 이미지를 한 번에 획득할 수 있다.
다음으로, 나노초 펄스 레이저 장치(100)가 동작을 종료하기 위한 신호를 입력받거나 또는 동작을 위한 전원이 차단되었는지 판단한다(S180). 또는 광스위치(160)가 스위칭 동작을 종료하기 위한 신호가 입력되었는지를 판단할 수도 있다.
S180단계에서, 동작 종료를 위한 신호 입력 또는 전원 차단 동작이 발생되지 않으면, S150단계로 진행한다. 이를 통해, 광스위치(160)는 서로 다른 파장의 펄스 레이저들을 교번하여 선택한다.
S180단계에서, 동작 종료를 위한 신호 입력 또는 전원 차단 동작이 발생되면, 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 펄스 레이저 출력을 위한 동작을 종료한다.
도 4는 본 발명에 따른 교번형 레이저 파장을 검사 대상에 조사하는 동작을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 검사 대상의 표면(201)이 도시되어 있으며, 검사 대상의 표면(201)을 특정 파장의 펄스 레이저를 이용하여 스캐닝하는 동작이 도시된다.
210에서, λ1의 파장을 갖는 펄스 레이저가 검사 대상의 표면(201)을 스캐닝한다.
220에서, λ2의 파장을 갖는 펄스 레이저가 검사 대상의 표면(201)을 스캐닝한다.
만약, λ1에 대응되는 이미지와 λ2에 대응되는 이미지를 획득하기 위해서는 210과 220과 같이 두 번의 스캐닝 동작을 수행하여야 한다. 하지만, 본 발명의 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 교번된 파장을 갖는 펄스 레이저를 출력한다.
230에서, λ1과 λ2의 교번된 파장을 갖는 펄스 레이저가 검사 대상의 표면을 스캐닝한다. 이때, 본 발명의 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 교번된 파장을 갖는 펄스 레이저를 출력함에 따라 한 번의 스캐닝 동작으로, 210과 220에서 획득한 이미지를 한 번에 획득할 수 있다.
이를 통해, 본 발명에서 제안된 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 이미지 획득에 소요되는 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 나노초 펄스 레이저 장치를 포함한 의료 영상 장비를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 의료 영상 장비(300)는 나노초 펄스 레이저 장치(100), 검출기(detector)(310), 이미지 생성기(image generator)(320), 및 디스플레이 기기(display unit)(330)를 포함한다. 여기서, 의료 영상 장비(200)는 나노초 펄스 레이저 장치(100)의 활용을 설명하기 위한 것으로, 나노초 펄스 레이저 장치(300)는 상술한 의료 영상 장비 이외의 다른 장치들에도 확장하여 사용될 수 있다.
나노초 펄스 레이저 장치(100)는 수십 kHz부터 약 수백 kHz까지의 조절 가능한 반복률을 갖는 펄스 레이저를 출력한다. 또한, 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 파장 분할기(150), 광스위치(160), 및 광결합기(180)를 이용하여 파장들이 상호 교번되어 있는 펄스 레이저를 출력한다.
나노초 펄스 레이저 장치(100)는 교번된 파장을 갖는 펄스 레이저를 영상 획득을 위한 검사 대상의 표면(201)에 조사할 수 있다. 이를 위해, 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 스캐너 등을 이용하여 펄스 레이저의 출력 방향을 조절할 수도 있다.
이때, 나노초 펄스 레이저 장치(100)는 λ1과 λ2의 파장이 교번된 펄스 레이저를 출력한다.
검출기(210)는 검사 대상의 표면(201)으로부터 펄스 레이저의 조사에 따라 흡수, 산란 또는 반사되는 신호를 검출한다. 검출기(210)는 검출된 정보를 이미지 생성부(220)로 출력한다.
이미지 생성부(220)는 검출된 정보에 근거하여 디스플레이를 위한 이미지를 생성한다. 예를 들어, 이미지 생성부(220)는 2차원 이미지 또는 3차원 이미지를 생성하고, 생성된 이미지를 디스플레이 기기(230)로 출력한다. 여기서, 이미지 생성부(220)는 교번된 파장의 펄스 레이저들에 대응되는 복수의 이미지들을 생성한다.
디스플레이 기기(230)는 수신된 이미지들을 사용자에게 출력하기 위해 디스플레이한다.
디스플레이 기기(230)는 수신된 이미지들을 사용자에게 출력하기 위해 디스플레이한다.
한편, 광 파라메트릭 오실레이터(OPO: Optical parametric oscillators) 등은 이차비선형 현상을 이용하기 위해서 공진기 내부의 크리스탈에 펌프 레이저를 인가하며, 공진기 내부의 크리스탈에 인가되는 온도와 공진기 길이에 따라 파장이 변화하는 구조를 갖는다. 이로 인해, 광 파라메트릭 오실레이터는 고속의 펄스 반복률을 가지며 파장이 교번되는 나노초 펄스 레이저를 생성할 수 없다.
하지만, 본 발명에서 제안된 나노초 펄스 레이저 장치는 라만 현상을 이용하기 위해 라만 쉬프트 광섬유를 이용함으로써, 광 파라메트릭 오실레이터를 필요로 하지 않는다.
이로 인해, 본 발명에서 제안된 나노초 펄스 레이저 장치를 활용하면, 높은 공간 분해능을 제공함과 동시에 고속으로 실시간 영상 이미지를 획득할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 나노초 펄스 레이저 장치를 활용하면, 서로 다른 파장들이 교번된 펄스 레이저를 출력함에 따라 복수의 스캐닝 동작을 수행하지 않고도 한 번의 스캐닝 동작으로 이미지를 획득할 수 있다. 이로 인해, 영상 이미지 획득 속도가 더욱 증가될 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 레이저 장치에 관한 것으로서, 특히 고속의 이미지를 획득할 수 있는 나노초 펄스 레이저 장치 및 그것의 교번형 레이저 파장 출력 방법을 제공할 수 있다.

Claims (9)

  1. 나노초 펄스의 레이저 광을 출력하는 광원;
    상기 레이저 광을 집속하는 렌즈;
    상기 집속된 레이저 광을 유도 라만 산란을 통해 복수의 파장들에 대응되는 펄스 레이저들을 생성하는 라만 시프트 광섬유;
    상기 펄스 레이저들 중에서 미리 결정된 파장의 펄스 레이저들을 분할하는 파장 분할기;
    외부로부터 인가되는 스위치 제어신호에 응답하여 상기 파장 분할기로부터 출력되는 펄스 레이저들을 상호 간에 파장이 교번되도록 선택하는 광스위치; 및
    상기 스위치에서 파장이 교번되어 출력되는 펄스 레이저들을 결합하여 출력하는 파장 결합기를 포함하는 나노초 펄스 레이저 장치.
    나노초 펄스의 레이저 광을 출력하는 광원;
    상기 레이저 광을 집속하는 렌즈;
    상기 집속된 레이저 광을 유도 라만 산란을 통해 복수의 파장들에 대응되는 펄스 레이저들을 생성하는 라만 시프트 광섬유;
    상기 펄스 레이저들 중에서 미리 결정된 파장의 펄스 레이저들을 분할하는 파장 분할기;
    외부로부터 인가되는 스위치 제어신호에 응답하여 상기 파장 분할기로부터 출력되는 펄스 레이저들을 상호 간에 파장이 교번되도록 선택하는 광스위치; 및
    상기 스위치에서 파장이 교번되어 출력되는 펄스 레이저들을 결합하여 출력하는 파장 결합기를 포함하는 나노초 펄스 레이저 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광은 연속적으로 코히어런트한 광인 것을 특징으로 하는 나노초 펄스 레이저 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노초 펄스 레이저 장치는
    상기 광원과 렌즈 사이에 위치되며, 상기 광원으로부터 출력된 레이저 광의 역반사를 차단하기 위한 아이솔레이터를 더 포함하는 나노초 펄스 레이저 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 라만 시프트 광섬유는 중심부의 코어에서 굴절률이 가장 높은 광섬유임을 특징으로 하는 나노초 펄스 레이저 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노초 펄스 레이저 장치는
    상기 광원에 제 1 동작 펄스를 제공하고, 상기 광스위치에 제 2 동작 펄스를 제공하는 파형 발생기를 더 포함하고,
    상기 스위치에서 교번된 펄스를 출력하도록 상기 제 2 동작 펄스의 시간 주기는 상기 제 1 동작 펄스의 시간 주기의 적어도 두 배를 갖고,
    상기 시간 주기는 주파수 주기의 역수인 것을 특징으로 하는 나노초 펄스 레이저 장치.
  6. 나노초 펄스 레이저 장치의 교번형 레이저 파장 출력 방법에 있어서,
    나노초 펄스의 레이저 광을 출력하는 단계;
    상기 레이저 광을 라만 쉬프트 광섬유로 출력하는 단계;
    상기 라만 쉬프트 광섬유의 유도 라만 산란을 통해 복수의 파장들에 대응되는 펄스 레이저들을 생성하는 단계;
    미리 결정된 파장들에 대응되는 펄스 레이저들을 분할하는 단계;
    상기 분할된 펄스 레이저들을 상호 간에 파장이 교번되도록 선택하는 단계; 및
    상기 파장이 교번된 펄스 레이저들을 결합하여 출력하는 단계를 포함하는 교번형 레이저 파장 출력 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저 광은 연속적으로 코히어런트한 광인 것을 특징으로 하는 교번형 레이저 파장 출력 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 라만 시프트 광섬유는 중심부의 코어에서 굴절률이 가장 높은 광섬유임을 특징으로 하는 교번형 레이저 파장 출력 방법. 중심부로부터 멀어질수록 굴절률이 점차 감소하는 광섬유임을 특징으로 하는 교번형 레이저 파장 출력 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 교번된 파장을 선택하기 위한 동작 펄스의 시간 주기는 상기 레이저 광을 생성하기 위한 동작 펄스의 시간 주기의 적어도 두 배인 것을 특징으로 하고, 상기 시간 주기는 주파수 주기의 역수인 교번형 레이저 파장 출력 방법.
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