WO2016167604A1 - 큐스위치 nd:yag 레이저 발생 장치 및 발생 방법 - Google Patents

큐스위치 nd:yag 레이저 발생 장치 및 발생 방법 Download PDF

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WO2016167604A1
WO2016167604A1 PCT/KR2016/003956 KR2016003956W WO2016167604A1 WO 2016167604 A1 WO2016167604 A1 WO 2016167604A1 KR 2016003956 W KR2016003956 W KR 2016003956W WO 2016167604 A1 WO2016167604 A1 WO 2016167604A1
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WO
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laser
output
waveform
cue switch
switch
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PCT/KR2016/003956
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Inventor
강동환
이수건
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주식회사 제이시스메디칼
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials

Definitions

  • the present invention relates to a cue switch Nd: YAG laser generating apparatus and method for generating the same, and more particularly, the 1/4 lambda waveplate actuated in order to delay the phase of the laser in the cue switch portion is removed and applied to the cue switch.
  • the present invention relates to a Q-switched Nd: YAG laser generator and a method of generating the Q-switched laser when the driving voltage is from 3.3kV to 0V.
  • an Nd: YAG laser device activates a yttrium aluminum garnet crystal treated with 1 to 3% of neodymium ions using a high-pressure scintillator to generate a laser beam with a wavelength in the near-infrared region of 1064 nm. It is a device to investigate.
  • the Andy-Yag laser device uses a known cue switch configured to cover part of the laser reflector to control the distribution reversal energy of the pulse. It can be converted into a short pulse band having a high output energy.
  • Lasers using the 1064nm long pulse wavelength band have relatively long irradiation time and low energy, and are used for vascular treatment such as permanent hair removal, facial vasodilation, and venous vasodilation, and are widely used for non-invasive facial skin regeneration.
  • Lasers using pulse bands converted to short pulses with extremely short pulse widths and high output energy are used for typos, eyebrow tattoos and eyeline tattoos as lasers to treat lesions located deep in the dermis.
  • the general Andy-Yag laser device has a limitation in miniaturization due to the complicated structure of the device when a laser having a wavelength of 1064 nm is used as a long pulse wavelength band or configured to convert a laser into a short pulse through a cue switch. There is a structural problem that increases the manufacturing cost.
  • the prior art Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0084141 'laser device' relates to a laser device for efficiently converting the laser pulse and the output energy to output, the laser beam between the high reflector mirror and the output coupler mirror
  • a pulse generator installed to irradiate and amplify and resonate, a pulse output unit configured to receive and output the amplified and resonated laser pulses through the output coupler mirror, and a laser formed between the pulse generator and the high reflector mirror. It consists of a cue switch provided to be detachable from the path of the beam, and a laser beam mode converter for escaping the path of the laser beam output from the output coupler mirror and converting the laser beam mode.
  • This configuration can implement a TOG mode capable of outputting a laser beam of a plurality of wavelengths.
  • the TOG mode means to output a plurality of pulse energies by opening and closing a cue switch to a single laser beam during a specific period.
  • the 1 / 4 ⁇ waveplate provided in the cue switch part needs to be positioned or separated in the path of the laser beam. There is a problem that is difficult to implement.
  • FIG. 1A illustrates a process in which a laser is not output in a conventional conventional Q-switched laser device.
  • the light generated from the laser oscillator changes in phase through a 1 / 4 ⁇ waveplate, and light that passes through the 1 / 4 ⁇ waveplate is not output.
  • the cue switch does not work at this time.
  • Figure 1b shows a process in which a free running laser (Non Q laser) is output in a conventional conventional Q-switched laser device.
  • a free running laser Non Q laser
  • the light generated from the laser oscillation device passes through the cue switch part, but since the 1 / 4 ⁇ waveplate provided inside the cue switch part is separated from the laser beam path, the laser beam passing through the cue switch is output.
  • the cue switch does not work at this time.
  • FIG. 1C illustrates a process of outputting a Q-switched laser (Q laser) in a conventional conventional Q-switched laser device.
  • Q laser Q-switched laser
  • the laser device as described above has a problem in that it is not effective to output a laser having various pulses and energies since the time required for the 1 / 4 ⁇ waveplate to be inserted or removed according to each mode.
  • the present invention eliminates the 1 / 4 ⁇ waveplate acting as a switchgear to delay the phase of the laser in the cue switch unit, and the driving voltage applied to the cue switch is 0 kV to 3.3 kV.
  • a Q-switched Nd YAG laser generating device and method for generating a Q-switched laser when the light is emitted.
  • the present invention provides a Q-switch Nd: YAG laser generator. It comprises a first waveform generator for forming a first output waveform, one or more 45 degree total reflection mirrors for receiving the first output waveform formed at the first waveform generator and refracting the received first output waveform, forty-five degree total reflection mirrors.
  • a second waveform generator configured to receive the refracted first output waveform and amplify the received first output waveform to form a second output waveform, and a controller to control the first waveform generator and the second waveform generator,
  • the first waveform generator includes a cue switch unit for selectively limiting the output of the laser, and the cue switch unit includes a cue switch and a polarization mirror, which are DKDP elements capable of converting the wavelength of the laser beam.
  • the driving voltage applied to the cue switch is controlled by the controller
  • the laser When the driving voltage is applied to the cue switch, the laser is not emitted. When the driving voltage becomes 0V, the laser is emitted.
  • the voltage applied when the driving voltage is applied to the cue switch is characterized in that 3.3kV.
  • the cue switch laser is emitted.
  • the first waveform generating unit receives a first pumping lamp that receives an operation signal from the controller and outputs light, receives the light output from the first pumping lamp, and converts the received light into a laser beam, and a cue switch
  • the total reflection mirror reflecting the laser excited from the first laser rod when closed, the output mirror outputting the laser reflected from the total reflection mirror, and the laser beam reflected from the total reflection mirror are provided for phase adjustment before output through the output mirror. It further comprises a 1 / 4 ⁇ waveplate.
  • the second waveform generator includes a second pumping lamp that receives an operation signal from a controller and outputs light, a second laser rod and a cue switch that receive the light output from the second pumping lamp, and convert the received light into a laser beam.
  • a first output waveform output from the first laser rod when closed is incident and amplified by the second laser rod, and includes a KTP optical device for converting the amplified second output waveform into pulses of short wavelength.
  • the present invention provides a Q-switch Nd: YAG laser generation method to achieve the above object.
  • the control unit receives a first step of driving the first pumping lamp, a second step of generating output light by generating light from the first pumping lamp, and receives the output light of the first pumping lamp from the first laser rod.
  • the control unit controls the cue switch of the cue switch unit to close the cue switch element so that the laser beam excited on the first laser rod is reflected from the total reflection mirror.
  • the first output waveform refracted by the 45 degree total reflection mirror is input to the second laser rod.
  • the controller pumps the second output wave.
  • a seventh step of driving the pump and the eighth step of outputting the second output waveform by driving the second laser rod as the second pumping lamp is driven, the driving voltage required to close the cue switch element in the fourth step is 0V and the drive voltage required to open is 3.3kV.
  • the laser output from the second output waveform is incident on the KTP optical device for outputting a pulse of short wavelength.
  • the cue switch Nd YAG laser generating apparatus and the generating method of the present invention are varied by simply removing the 1 / 4 ⁇ waveplate acting as a retractable to delay the phase of the laser in the cue switch unit and adjusting the driving voltage applied to the cue switch. Since the laser having the anti-pulse and the energy can be output, the conversion time between the modes is shortened and the configuration of the laser device is simplified, thereby reducing the unit cost.
  • 1a to 1c is a view showing the principle that the laser oscillation in a conventional conventional Q-switched laser device
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a cu switch Nd: YAG laser generating apparatus of the present invention
  • 3a to 3c is a view showing the principle that the laser oscillation in the Q-switch Nd: YAG laser generator of the present invention
  • Figure 4 is a flow chart showing the step-by-step method of generating a cue switch Nd: YAG laser of the present invention
  • FIG. 5 is a graph showing a comparison of the pulse waveform according to the difference between the voltage driving method of the TOG mode of the prior art and the present invention.
  • the Q-switch Nd: YAG laser generator receives a first waveform generator 100 and a first output waveform formed by the first waveform generator 100 to form a first output waveform.
  • the second waveform generator 200 and the first waveform generator 100 and the control unit 300 for controlling the second waveform generator 200, the first waveform generator 100 is the output of the laser And a cue switch unit 110 for selectively limiting the cue switch unit 110.
  • the cue switch unit 110 includes a cue switch 111 and a polarization mirror 112, which are DKDP elements capable of converting a wavelength of a laser beam.
  • the first waveform generator 100 receives the light output from the first pumping lamp 120 and the first pumping lamp 120 to output light by receiving an operation signal from the controller 300.
  • the first laser rod 130 for converting the laser beam into a laser beam, the total reflection mirror 140 and the total reflection mirror 140 for reflecting the laser excited from the first laser rod 130 when the cue switch 111 is closed. It further includes an output mirror 150 for outputting the reflected laser and 1 / 4 ⁇ waveplate 160 is provided for phase adjustment before the laser reflected from the total reflection mirror 140 is output through the output mirror 150.
  • the cue switch unit 110 is characterized in that the 1 / 4 ⁇ waveplate operating in a closed manner to remove the phase of the laser is removed.
  • the second waveform generator 200 receives the operation signal from the controller 300 to output the light to the second pumping lamp 220,
  • the first output waveform is incident to the second laser rod 230 and amplified, and includes a KTP optical device 210 for converting the amplified second output waveform into a short wavelength pulse.
  • the first laser rod 130 serves to oscillate the laser by absorbing the emitted light energy into a medium by emitting light energy from the first pumping lamp 120.
  • the first pumping lamp 120 receives power from the controller 300 and emits light.
  • Nd Nd: YAG, but is not limited thereto.
  • YAG is a laser with a wavelength of 1,064nm and 532nm, and light of 1064nm wavelength penetrates deep into the skin and selectively destroys melanin to treat lesions in the dermis such as tattoos, otamos, and bilateral otamos.
  • Light with a wavelength of 532 nm removes the pigment from the epidermis and is used to selectively treat brown lesions such as freckles, blotch, and blemishes.
  • the laser generating device of the present invention can be used for skin treatment.
  • the total reflection mirror 140 and the output mirror 150 are provided at both ends of the first laser rod 130 to amplify and oscillate the oscillated laser.
  • the polarization mirror 112 is positioned between the total reflection mirror 140 and the first laser rod 130 to linearly polarize the laser.
  • the cue switch 111 produces an output laser between the polarization mirror 112 and the total reflection mirror 140. That is, the cue switch 111 outputs the laser accumulated between the total reflection mirror 140 and the output mirror 150.
  • the cue switch preferably uses Pockel's Cell.
  • the cue switch driver (not shown) is included in the control unit 300 to set and control the operation of the cue switch 111, and includes a signal controller, a delay controller, a queue controller, and a voltage controller.
  • control unit 300 selects a cue switch method and selects a single pulse or two or more pulse cue switching.
  • the signal controller receives a signal according to the selected method through the control unit 300.
  • the delay controller adjusts the pulse delay time between the pulse of the cue switch 111 and the pulse.
  • the delay controller adjusts a pulse delay time between 1 ns and 330 us.
  • the queue controller delivers information of the signal controller and information of the delay controller. At this time, the queue control unit varies a voltage within a range of 0 to 5kV.
  • the driving voltage value transmitted from the voltage controller and the queue controller to the queue switch 111 is determined.
  • the voltage controller applies the same voltage or different voltages.
  • the light generated in the medium by excitation of the first pumping lamp 120 passes through the polarization mirror 112 and is linearly linearly polarized (P wave), and thus the vertically polarized P wave is applied with a voltage. Passing through the switch 111, ie, the Pockels cell, results in right circularly polarization.
  • the light polarized by the right circularly polarized light is reflected by the total reflection mirror 140 to be the light of the left circularly polarized light, and is linearly horizontally polarized while passing through the cue switch 111 to become an S wave.
  • the S-waves linearly polarized horizontally do not penetrate through the polarization mirror 112 and are reflected.
  • the applied pulse voltage may be the same voltage as the first applied pulse or may be a different voltage.
  • 3a to 3c are diagrams showing the principle that the laser is oscillated in the Q-switch Nd: YAG laser generator of the present invention.
  • the light generated from the first laser rod is incident on the polarization mirror through the above-described laser generation process, but is not oscillated due to the S py, but is reflected by the polarization mirror.
  • the P wave component of the light in the medium passes through the polarization mirror and the non-Q laser is oscillated.
  • the light generated from the laser oscillator passes through the cue switch, but when the driving voltage applied to the cue switch is cut off, the laser, which is not excited in FIG. 3A and is excited in the inside of the medium, becomes a cue.
  • the switch laser is output.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating step-by-step method of generating a cue switch Nd: YAG laser of the present invention.
  • the q-switch Nd: YAG laser generating method of the present invention includes a first step (S100) of driving a first pumping lamp in a control unit, and a second step of generating output light by generating light in the first pumping lamp. (S200), the third step of receiving the output light of the first pumping lamp at the first laser rod, and converts the output light of the received first pumping lamp into a laser beam (S300), the cue switch of the cue switch unit in the control unit By controlling and closing the cue switch element, the fourth step (S400) in which the laser beam excited on the first laser rod is reflected by the total reflection mirror and passes through the output mirror, is output as the first output waveform (S400).
  • the first output waveform is incident on the 45 degree total reflection mirror, and the fifth output wave is refracted by the first output waveform incident on the 45 degree total reflection mirror (S500).
  • Sixth step (S60) input to the rod 0) in order to pump the first output waveform input to the second laser rod again, the second laser rod is driven as the control unit drives the second pumping lamp (S700) and the second pumping lamp is driven.
  • An eighth step S800 of outputting the second output waveform is performed.
  • the driving voltage required to close the QSwitch element is 0V
  • the driving voltage required for opening is 3.3kV. .
  • the cue switch laser when the cue switch laser is output as shown in FIG. 3c, the cue switch laser output from the second output waveform is incident on the KTP optical device for outputting a pulse of short wavelength.
  • FIG. 5 is a graph showing a comparison of the pulse waveform according to the difference between the voltage driving method of the TOG mode of the prior art and the present invention.
  • the purpose of changing the voltage driving scheme is to reduce the time required for switching from Non Q to Q.
  • a voltage driving method for implementing a TOG mode of the present invention (pull-down method) is applied when 3.0 to 5.0 kV is applied (pull-up method).
  • the QSwitch laser can be oscillated without the 1 / 4 ⁇ waveplate included in the QSwitch part, and the time required when the 1 / 4 ⁇ waveplate is positioned or deviated from the path of the laser beam is shortened. This minimizes the time delay between non-Q and Q modes, maximizing the efficiency of the laser system.

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Abstract

본 발명은 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치 및 발생 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 큐스위치부에서 레이저의 위상을 지연시키기 위해 개폐식으로 작동하는 1/4λ waveplate가 제거되고 큐스위치에 인가되는 상기 구동 전압이 3.3kV에서 0V가 될 때 큐스위치 레이저가 방출되는 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치 및 발생 방법에 관한 것이다. 본 발명의 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치 및 발생 방법은 큐스위치부에서 레이저의 위상을 지연시키기 위해 개폐식으로 작동하는 1/4λ waveplate가 제거되고 큐스위치에 인가 되는 구동 전압을 조절하는 것만으로 다양항 펄스와 에너지를 가지는 레이저를 출력할 수 있기 때문에 모드간 변환 시간이 단축되고 레이저 장치의 구성이 간소화되기 때문에 단가 절감의 효과가 있다.

Description

큐스위치 ND:YAG 레이저 발생 장치 및 발생 방법
본 발명은 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치 및 발생 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 큐스위치부에서 레이저의 위상을 지연시키기 위해 개폐식으로 작동하는 1/4λ waveplate가 제거되고 큐스위치에 인가되는 상기 구동 전압이 3.3kV에서 0V가 될 때 큐스위치 레이저가 방출되는 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치 및 발생 방법에 관한 것이다.
일반적으로 앤디-야그(Nd:YAG) 레이저 장치는 1 ~ 3%의 네오디뮴 이온을 처리한 니트륨 알루미늄 가닛(yttrium aluminumgarnet) 결정을 고압 섬광방전관으로 활성화 시켜 1064nm의 근적외선 영역에 속하는 파장의 레이저 빔을 조사하는 장치이다. 앤디-야그 레이저 장치는 레이저 반사경 일부를 가려 펄스의 분포 역전 에너지를 컨트롤 할 수있도록 구성되는 공지의 큐스위치를 이용하여 1064nm의 롱 펄스 파장대역을 큐스위치 펄스 즉, 1064nm 펄스를 극히 짧은 펄스 폭과 높은 출력 에너지를 갖는 숏 펄스대역으로 변환 시킬 수 있다.
1064nm 롱 펄스 파장대역을 이용하는 레이저는 비교적 긴 조사 시간을 갖고 적은 에너지를 가지므로 영구 제모, 안면 혈관 확장증, 정맥 혈관 확장증 등 혈관 치료에 이용되고, 비 침습적 안면 피부 재생술에도 폭 넓게 이용되고 있다. 극히 짧은 펄스 폭과 높은 출력 에너지를 갖는 숏 펄스로 변환된 펄스 대역을 이용하는 레이저는 진피 깊숙이 위치하는 병변을 치료하는 레이저로서 오타 모반, 눈썹 문신, 아이라인 문신 등에 많이 이용된다.
상기 일반적인 앤디-야그 레이저 장치는 1064nm 파장의 레이저를 롱 펄스 파장대역으로 이용하거나, 큐스위치를 개재하여 레이저를 숏 펄스로 변환할 수 있도록 구성할 경우 장치의 구조가 복잡하여 소형화 하는데 한계가 있고, 제조비용이 증가하는 구조적인 문제점이 있다.
종래기술인 대한민국공개특허공보 제10-2013-0084141호인 '레이저 장치'에서는 레이저 펄스 및 출력 에너지를 효율적으로 변환하여 출력할 수 있도록 하는 레이저 장치에 관한 것으로, 하이 리플렉터 미러와 아웃풋 커플러 미러 사이에 레이저 빔을 조사하여 증폭 및 공진할 수 있도록 설치되는 펄스 발생기와, 상기 아웃풋 커플러 미러를 통하여 상기 증폭 및 공진된 레이저 펄스를 입력 받아 출력하는 펄스 출력부와, 상기 펄스 발생기와 상기 하이 리플렉터 미러 사이에 형성된 레이저 빔의 경로 상에서 이탈 가능하도록 설치되는 큐 스위치와, 상기 아웃풋 커플러 미러에서 출력되는 레이저 빔의 경로상에서 이탈하고 레이저 빔모드를 변환하는 레이저 빔 모드 변환장치로 구성로 되어 있다. 이러한 구성으로 복수 파장의 레이저빔을 출력할 수 있는 TOG 모드를 구현할 수 있다. TOG 모드란 특정 주기동안의 단일의 레이저 빔에 큐스위치 개폐를 통해 복수의 펄스 에너지를 출력하도록 하는 것을 의미한다.
그러나 이러한 종래의 레이저 장치에서의 TOG 모드를 구현하기 위해서는 큐스위치부 내부에 구비되어 있는 1/4λ waveplate를 레이저 빔의 경로 상에 위치 또는 이탈시켜야 하는데, 이에 소모되는 시간이 길기 때문에 효과적인 TOG 모드를 구현하기 어렵다는 문제가 있다.
또한 큐스위치부에 1/4λ waveplate가 구비됨으로써 레이저 장치의 구조가 복잡해지고 단가가 상승한다는 문제점이 있다.
도 1a는 일반적인 종래의 큐스위치 레이저 장치에서 레이저가 출력되지 않는 과정을 나타낸 것이다. 도 1a를 참조하면 레이저 발진 장치로부터 생성된 빛이 1/4λ waveplate를 지나 위상이 변화하고, 1/4λ waveplate를 통과한 빛은 출력되지 않는다. 이 때 큐스위치는 작동하지 않는다.
도 1b는 일반적인 종래의 큐스위치 레이저 장치에서 Free running 레이저(Non Q laser)가 출력되는 과정을 나타낸 것이다. 도 1b를 참조하면 레이저 발진 장치로부터 생성된 빛이 큐스위치부를 통과하되, 큐스위치부 내부에 구비되는 1/4λ waveplate가 레이저 빔 경로에서 이탈되기 때문에 큐스위치를 통과하는 레이저 빔이 출력된다. 이 때 큐스위치는 작동하지 않는다.
도 1c는 일반적인 종래의 큐스위치 레이저 장치에서 큐스위치 레이저(Q laser)가 출력되는 과정을 나타낸 것이다. 도 1c를 참조하면 레이저 발진 장치로부터 생성된 빛이 큐스위치부를 통과하되, 큐스위치부 내부에 구비되는 1/4λ waveplate가 다시 레이저 빔 경로 상에 위치하고 큐스위치에 구동 전압이 인가되어 작동하기 때문에 레이저 빔이 출력된다.
위와 같은 레이저 장치는 1/4λ waveplate가 각 모드에 따라 삽입 또는 이탈되어야하는 시간이 필요하기 때문에 다양한 펄스와 에너지를 가지는 레이저를 출력하는데 효과적이지 않다는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 큐스위치부에서 레이저의 위상을 지연시키기 위해 개폐식으로 작동하는 1/4λ waveplate가 제거되고 큐스위치에 인가되는 구동 전압이 3.3kV에서 0V가 될 때 큐스위치 레이저가 방출되는 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치 및 발생 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치를 제공한다. 이는 제1 출력파형을 형성하는 제1 파형생성부, 제1 파형생성부에서 형성된 제1 출력파형을 수신하고, 수신된 제1 출력파형을 굴절시키는 하나 이상의 45도 전반사미러, 45도 전반사미러로부터 굴절된 제1 출력파형을 수신하고, 수신된 제1 출력파형을 증폭시켜서 제2 출력파형을 형성하는 제2 파형생성부 및 제1 파형생성부와 제2 파형생성부를 제어하는 제어부를 포함하고, 제1 파형생성부는 레이저의 출력을 선택적으로 제한하는 큐스위치부를 포함하고 큐스위치부는 레이저 빔의 파장을 변환할 수 있는 DKDP 소자인 큐스위치와 편광미러로 구성된다.
제어부에 의해 큐스위치에 인가되는 구동 전압이 조절되되,
구동 전압이 큐스위치에 인가되면 레이저가 방출되지 않고, 구동 전압이 0V가 될 때 레이저가 방출된다.
큐스위치에 구동 전압을 인가할 때 인가되는 전압은 3.3kV인 것을 특징으로 한다.
큐스위치에 인가되는 구동 전압이 3.3kV에서 0V가 될 때 큐스위치 레이저가 방출되는 것을 특징으로 한다.
제1 파형생성부는 제어부로부터 동작 신호를 인가 받아 빛을 출력하는 제1 펌핑램프, 제1 펌핑램프로부터 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제1 레이저봉, 큐스위치가 닫혔을 때 제1 레이저봉에서 여기되어 있던 레이저를 반사시키는 전반사미러, 전반사미러에서 반사된 레이저를 출력시키는 출력미러 및 전반사미러에서 반사된 레이저가 출력미러를 통해 출력되기 전 위상 조절을 위해 구비되는 1/4λ waveplate를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제2 파형생성부는 제어부로부터 동작 신호를 인가 받아 빛을 출력하는 제2 펌핑램프, 제2 펌핑램프로부터 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제2 레이저봉 및 큐스위치가 닫혔을 때 제1 레이저봉으로부터 출력되는 제1 출력파형이 제2 레이저봉으로 입사하여 증폭되고, 증폭된 제2 출력파형을 짧은 파장의 펄스로 변환시키는 KTP 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 방법을 제공한다. 이는 제어부에서 제1 펌핑램프를 구동시키는 제1 단계, 제1 펌핑램프에서 광을 발생함으로써 출력광을 생성하는 제2 단계, 제1 펌핑램프의 출력광을 제1 레이저봉에서 수신하고, 수신한 제1 펌핑램프의 출력광을 레이저빔으로 전환시키는 제3 단계, 제어부에서 큐스위치부의 큐스위치를 제어하여 큐스위치 소자를 닫음으로써, 제1 레이저봉에 여기되어 있던 레이저빔이 전반사미러에서 반사되고 출력미러를 통과함으로써 제1 출력파형으로 출력되는 제4 단계, 제1 레이저봉에서 출력된 제1 출력파형이 45도 전반사미러에 입사하고, 45도 전반사미러에 입사된 제1 출력파형이 굴절되는 제5 단계, 45도 전반사미러에서 굴절된 제1 출력파형이 제2 레이저봉으로 입력되는 제6 단계, 제2 레이저봉에 입력된 제1 출력파형을 다시 펌핑하기 위해서, 제어부가 제2 펌핑램프를 구동시키는 제7 단계 및 제2 펌핑램프가 구동됨에 따라 제2 레이저봉이 구동됨으로써 제2 출력파형을 출력하는 제8 단계로 이루어지되, 제4 단계에서 큐스위치 소자를 닫는데 필요한 구동 전압은 0V이고, 여는데 필요한 구동 전압은 3.3kV인 것을 특징으로 한다.
큐스위치 레이저가 출력되는 경우 제2 출력파형으로부터 출력된 레이저가 짧은 파장의 펄스를 출력하기 위한 KTP 광학 장치에 입사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치 및 발생 방법은 큐스위치부에서 레이저의 위상을 지연시키기 위해 개폐식으로 작동하는 1/4λ waveplate가 제거되고 큐스위치에 인가 되는 구동 전압을 조절하는 것만으로 다양항 펄스와 에너지를 가지는 레이저를 출력할 수 있기 때문에 모드간 변환 시간이 단축되고 레이저 장치의 구성이 간소화되기 때문에 단가 절감의 효과가 있다.
도 1a 내지 1c는 일반적인 종래의 큐스위치 레이저 장치에서 레이저가 발진되는 원리를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치를 나타낸 구성도,
도 3a 내지 3c는 본 발명의 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치에서 레이저가 발진되는 원리를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 방법을 단계별로 나타낸 순서도 및
도 5는 종래 기술과 본 발명의 TOG 모드의 전압 구동 방식 차이에 따른 펄스 파형을 비교하여 나타낸 그래프이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치를 나타낸 구성도이다. 도 2를 참조하면 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치는 제1 출력파형을 형성하는 제1 파형생성부(100), 제1 파형생성부(100)에서 형성된 제1 출력파형을 수신하고, 수신된 제1 출력파형을 굴절시키는 하나 이상의 45도 전반사미러(10), 45도 전반사미러(10)로부터 굴절된 제1 출력파형을 수신하고, 수신된 제1 출력파형을 증폭시켜서 제2 출력파형을 형성하는 제2 파형생성부(200) 및 제1 파형생성부(100)와 제2 파형생성부(200)를 제어하는 제어부(300)를 포함하고, 제1 파형생성부(100)는 레이저의 출력을 선택적으로 제한하는 큐스위치부(110)를 포함하고 큐스위치부(110)는 레이저 빔의 파장을 변환할 수 있는 DKDP 소자인 큐스위치(111)와 편광미러(112)로 구성된다.
상기 제1 파형생성부(100)는 제어부(300)로부터 동작 신호를 인가 받아 빛을 출력하는 제1 펌핑램프(120), 제1 펌핑램프(120)로부터 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제1 레이저봉(130), 큐스위치(111)가 닫혔을 때 제1 레이저봉(130)에서 여기되어 있던 레이저를 반사시키는 전반사미러(140), 전반사미러(140)에서 반사된 레이저를 출력시키는 출력미러(150) 및 전반사미러(140)에서 반사된 레이저가 출력미러(150)를 통해 출력되기 전 위상 조절을 위해 구비되는 1/4λ waveplate(160)를 더 포함한다.
큐스위치부(110)에서는 레이저의 위상을 지연시키기 위해 개폐식으로 작동하는 1/4λ waveplate가 제거되는 것을 특징으로 한다.
제2 파형생성부(200)는 제어부(300)로부터 동작 신호를 인가 받아 빛을 출력하는 제2 펌핑램프(220),
제2 펌핑램프(220)로부터 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제2 레이저봉(230) 및 큐스위치(111)가 닫혔을 때 제1 레이저봉(130)으로부터 출력되는 제1 출력파형이 제2 레이저봉(230)으로 입사하여 증폭되고, 증폭된 제2 출력파형을 짧은 파장의 펄스로 변환시키는 KTP 광학 장치(210)를 포함한다.
이하 레이저가 발진되어 출력되는 과정을 설명하기로 한다. 제1 레이저봉(130)은 제1 펌핑램프(120)에서 광 에너지를 발산하여 발산된 광 에너지를 매질로 흡수하여 레이저를 발진시키는 역할을 한다. 제1 펌핑램프(120)는 제어부(300)로부터 전원을 공급 받아 발광한다.
본 발명의 실시 예에서 매질의 바람직한 예는 Nd:YAG이며, 이로 한정하지 않는다.
Nd:YAG는 1,064nm의 파장과 532nm의 파장을 가지는 레이저로서 1064nm 파장의 빛은 피부 속 깊이 침투되어 멜라닌을 선택적으로 파괴시켜 문신과 오타모반, 양측성 오타모반 등 진피에 있는 병변을 치료하며, 532nm 파장의 빛은 표피의 색소를 제거하며 주근깨, 검버섯, 잡티 등 갈색 병변을 선택적으로 치료할 때 사용한다.
본 발명의 레이저 발생 장치는 피부 치료용으로 사용될 수 있다.
전반사미러(140) 및 출력미러(150)는 제1 레이저봉(130)의 양단에 각각 구비하여 발진된 레이저를 증폭 및 발진시킨다.
편광미러(112)는 전반사미러(140)와 제1 레이저봉(130) 사이에 위치하여 레이저를 선형으로 편광시킨다.
큐스위치(111)는 편광미러(112)와 전반사미러(140) 사이에서 출력 레이저를 만든다. 즉, 큐스위치(111)는 전반사미러(140)과 출력미러(150) 사이에서 축적된 레이저를 출력한다.
본 발명의 실시 예에서 큐스위치는 Pockel's Cell을 이용함이 바람직하다.
큐스위치 드라이버(미도시)는 큐스위치(111)의 동작을 설정하고 제어하는 것으로 제어부(300)에 포함되고, 신호조절부, 지연 제어부, 큐 조절부 및 전압 조절부로 구성된다.
여기서, 제어부(300)는 큐스위치 방식을 선택하는 것으로, 싱글 펄스 또는 두 개 이상의 복수 펄스 큐스위칭을 선택할 수 있다.
여기서, 신호 조절부는 제어부(300)를 통해 선택된 방식에 따른 신호를 전달 받는다.
여기서, 지연 제어부는 큐스위치(111)의 펄스와 펄스 사이의 펄스 딜레이 타임을 조절한다.
이때, 지연 제어부는 1ns 내지 330us사이의 펄스 딜레이 타임을 조절한다.
여기서, 큐 조절부는 신호 조절부의 정보와 지연 제어부의 정보를 전달한다. 이때, 큐 조절부는 0 내지 5kV 범위 내의 전압을 가변한다.
여기서, 전압 조절부 및 큐 조절부에서 큐스위치(111)로 전달되는 구동 전압값을 결정한다.
이때, 두 개 이상의 복수 펄스 큐스위칭을 선택하는 경우, 전압 조절부는 동일한 전압을 인가하거나 각각 다른 전압을 인가한다.
이와 같은 구성으로 두 개 이상의 복수 펄스 큐스위칭이 이루어지는 방법은 다음과 같다.
제1 펌핑램프(120)의 여기에 의해서 매질에서 발생한 광은 편광미러(112)를 통과하면서 수직으로 선형 편광되고(P파), 이와 같이 수직으로 선형 편광된 P파가 전압이 인가되어 있는 큐스위치(111), 즉 포켈스 셀을 통과하면 우 원형 편광(Right Circularly Polarization)이 된다.
그리고, 상기와 같이 우 원형 편광으로 편광된 광은 전반사미러(140)에서 반사되어서 좌 원형 편광의 광으로 되며, 다시 큐스위치(111)를 통과하면서 수평으로 선형 편광 되어 S파가 된다.
이와 같이 수평으로 선형 편광된 S파는 편광미러(112)를 투과하지 못하고 반사된다.
이와 같이 S파가 편광미러(112)를 투과하지 못하면, 발진이 되지 못하고 매질 내부에서 들뜬 상태로 여기만 일어나게 되며, 이 때 큐스위치(111)에 인가되어 있던 전압이 끊기는 순간 발진이 되어서 강한 레이저 펄스를 형성한다.
그리고 두 번째 펄스를 큐스위치(111)에 인가하면 내부에서 에너지도 순간 발진되어 레이저 펄스를 형성한다.
이때 인가된 펄스 전압은 첫번째 인가된 펄스와 같은 전압 이거나 다른 전압일 수 있다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치에서 레이저가 발진되는 원리를 나타낸 도면이다. 도 3a를 참조하면 제1 레이저봉으로부터 생성된 빛이 상술한 레이저 생성 과정을 거쳐 편광미러로 입사되지만 S파이기 때문에 발진되지 못하고 편광미러에서 반사된다.
도 3b를 참조하면 큐스위치에 인가되는 전압이 0V인 경우 매질 내의 광 중 P파 성분이 편광미러를 통과하게 되고 Non Q레이저가 발진된다.
도 3c를 참조하면 레이저 발진 장치로부터 생성된 빛이 큐스위치를 통과하되, 큐스위치에 인가되어 있던 구동 전압을 끊으면 도 3a에서 발진 되지 못하고 매질 내부에서 들뜬 상태로 여기만 되었던 레이저가 발진이 되어서 큐스위치 레이저가 출력된다.
도 4는 본 발명의 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면 본 발명의 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 방법은 제어부에서 제1 펌핑램프를 구동시키는 제1 단계(S100), 제1 펌핑램프에서 광을 발생함으로써 출력광을 생성하는 제2 단계(S200), 제1 펌핑램프의 출력광을 제1 레이저봉에서 수신하고, 수신한 제1 펌핑램프의 출력광을 레이저빔으로 전환시키는 제3 단계(S300), 제어부에서 큐스위치부의 큐스위치를 제어하여 큐스위치 소자를 닫음으로써, 제1 레이저봉에 여기되어 있던 레이저빔이 전반사미러에서 반사되고 출력미러를 통과함으로써 제1 출력파형으로 출력되는 제4 단계(S400), 제1 레이저봉에서 출력된 제1 출력파형이 45도 전반사미러에 입사하고, 45도 전반사미러에 입사된 제1 출력파형이 굴절되는 제5 단계(S500), 45도 전반사미러에서 굴절된 제1 출력파형이 제2 레이저봉으로 입력되는 제6 단계(S600), 제2 레이저봉에 입력된 제1 출력파형을 다시 펌핑하기 위해서, 제어부가 제2 펌핑램프를 구동시키는 제7 단계(S700) 및 제2 펌핑램프가 구동됨에 따라 제2 레이저봉이 구동됨으로써 제2 출력파형을 출력하는 제8 단계(S800)로 이루어지되, 제4 단계(S400)에서 큐스위치 소자를 닫는데 필요한 구동 전압은 0V이고, 여는데 필요한 구동 전압은 3.3kV인 것을 특징으로 한다.
이때 도 3c와 같이 큐스위치 레이저가 출력되는 경우 상기 제2 출력파형으로부터 출력된 큐스위치 레이저가 짧은 파장의 펄스를 출력하기 위한 KTP 광학 장치에 입사되는 것을 특징으로 한다.
도 5는 종래 기술과 본 발명의 TOG 모드의 전압 구동 방식 차이에 따른 펄스 파형을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 전압 구동 방식을 변경하는 목적은 Non Q에서 Q로의 전환 시에 걸리는 시간 소요를 줄이고자 하는 것이다. 기존에는 Non-Q 상태에서 0V의 전압이 인가되다가 Q Switching될 때, 3.0~5.0 kV가 인가되었던 것(Pull-Up 방식)에 반하여 본 발명의 TOG 모드 구현을 위한 전압 구동 방식(Pull-Down 방식)은 Non-Q 상태에서 3.0~5.0 kV를 걸어주고, Q-Switching 상태에서 0V로 바꿔주는 것을 채택했다. 이로써 큐스위치부에 포함되던 1/4λ waveplate가 없이도 큐스위치 레이저를 발진할 수 있기 때문에 장치의 구성이 간소화되고, 1/4λ waveplate가 레이저 빔의 경로 상에 위치하거나 이탈될 때 소요되는 시간이 단축됨으로써 Non-Q 모드와 Q 모드 간의 시간 딜레이가 적어 레이저 시스템의 효율을 극대화 시킬 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (8)

  1. 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치에 있어서:
    제1 출력파형을 형성하는 제1 파형생성부;
    상기 제1 파형생성부에서 형성된 상기 제1 출력파형을 수신하고, 수신된 상기 제1 출력파형을 굴절시키는 하나 이상의 45도 전반사미러;
    상기 45도 전반사미러로부터 굴절된 상기 제1 출력파형을 수신하고, 수신된 상기 제1 출력파형을 증폭시켜서 제2 출력파형을 형성하는 제2 파형생성부 및
    상기 제1 파형생성부와 제2 파형생성부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 파형생성부는 레이저의 출력을 선택적으로 제한하는 큐스위치부를 포함하고 상기 큐스위치부는 레이저 빔의 파장을 변환할 수 있는 DKDP 소자인 큐스위치와 편광미러로 구성되는 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부에 의해 상기 큐스위치에 인가되는 구동 전압이 조절되되,
    상기 구동 전압이 상기 큐스위치에 인가되면 레이저가 방출되지 않고, 상기 구동 전압이 0V가 될 때 레이저가 방출되는 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 큐스위치에 상기 구동 전압을 인가할 때 인가되는 전압은 3.3kV인 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 큐스위치에 인가되는 상기 구동 전압이 3.3kV에서 0V가 될 때 큐스위치 레이저가 방출되는 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 파형생성부는,
    상기 제어부로부터 동작 신호를 인가 받아 빛을 출력하는 제1 펌핑램프;
    상기 제1 펌핑램프로부터 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제1 레이저봉;
    상기 큐스위치가 닫혔을 때 상기 제1 레이저봉에서 여기되어 있던 레이저를 반사시키는 전반사미러;
    상기 전반사미러에서 반사된 레이저를 출력시키는 출력미러 및
    상기 전반사미러에서 반사된 레이저가 상기 출력미러를 통해 출력되기 전 위상 조절을 위해 구비되는 1/4λ waveplate를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 파형생성부는,
    상기 제어부로부터 동작 신호를 인가 받아 빛을 출력하는 제2 펌핑램프;
    상기 제2 펌핑램프로부터 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제2 레이저봉 및
    상기 큐스위치가 닫혔을 때 상기 제1 레이저봉으로부터 출력되는 상기 제1 출력파형이 상기 제2 레이저봉으로 입사하여 증폭되고,
    증폭된 제2 출력파형을 짧은 파장의 펄스로 변환시키는 KTP 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 장치.
  7. 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 방법에 있어서:
    제어부에서 제1 펌핑램프를 구동시키는 제1 단계;
    상기 제1 펌핑램프에서 광을 발생함으로써 출력광을 생성하는 제2 단계;
    상기 제1 펌핑램프의 출력광을 제1 레이저봉에서 수신하고, 수신한 제1 펌핑램프의 출력광을 레이저빔으로 전환시키는 제3 단계;
    상기 제어부에서 큐스위치부의 큐스위치를 제어하여 큐스위치 소자를 닫음으로써, 상기 제1 레이저봉에 여기되어 있던 레이저빔이 전반사미러에서 반사되고 출력미러를 통과함으로써 제1 출력파형으로 출력되는 제4 단계;
    상기 제1 레이저봉에서 출력된 상기 제1 출력파형이 45도 전반사미러에 입사하고, 상기 45도 전반사미러에 입사된 제1 출력파형이 굴절되는 제5 단계;
    상기 45도 전반사미러에서 굴절된 상기 제1 출력파형이 제2 레이저봉으로 입력되는 제6 단계;
    상기 제2 레이저봉에 입력된 상기 제1 출력파형을 다시 펌핑하기 위해서, 상기 제어부가 제2 펌핑램프를 구동시키는 제7 단계 및
    상기 제2 펌핑램프가 구동됨에 따라 제2 레이저봉이 구동됨으로써 제2 출력파형을 출력하는 제8 단계로 이루어지되,
    상기 제4 단계에서 상기 큐스위치 소자를 닫는데 필요한 구동 전압은 0V이고, 여는데 필요한 구동 전압은 3.3kV인 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    큐스위치 레이저가 출력되는 경우 상기 제2 출력파형으로부터 출력된 레이저가 짧은 파장의 펄스를 출력하기 위한 KTP 광학 장치에 입사되는 것을 특징으로 하는 큐스위치 Nd:YAG 레이저 발생 방법.
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