WO2018143495A1 - 씬디스크 레이저 장치 - Google Patents

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WO2018143495A1
WO2018143495A1 PCT/KR2017/001170 KR2017001170W WO2018143495A1 WO 2018143495 A1 WO2018143495 A1 WO 2018143495A1 KR 2017001170 W KR2017001170 W KR 2017001170W WO 2018143495 A1 WO2018143495 A1 WO 2018143495A1
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parabolic reflector
signal light
light
thin disk
mirror
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PCT/KR2017/001170
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김남성
김성훈
진대현
신동준
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(주)이오테크닉스
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    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser device, and more particularly, to a thin disk laser device using a laser medium having a thin disk shape.
  • the present invention relates to a high efficiency laser device capable of efficiently constructing a high power picosecond or femtosecond laser / device for ultrafine / non-thermal processing for microelectronics products and components such as semiconductors, displays, PCBs, smart phones, and the like.
  • the thin disc laser has a thin thickness (thin disc) laser active medium (amplifier medium) that can be satisfactorily cooled. Therefore, the concept of a thin disk laser having a very high cooling efficiency is suitable for applying high laser power in the range of several kilowatts.
  • the thin thickness of the amplifier medium due to the thin thickness of the amplifier medium, only one or a small number of passes during the passage through the laser active medium absorb little pump radiation, resulting in low efficiency of the laser system without providing appropriate measures in pumping the laser active medium. do.
  • a multipass pumping structure with multiple pass absorption structures for pump radiation is generally required. .
  • Prior art 1 is a conventional thin disc laser technology that uses two pairs of V-shaped prism reflectors, one parabolic reflector, and one thin disc laser medium to achieve dozens of multi-pass pumps for laser light pumping. If the two pairs of prism reflectors do not align the optical axis with high precision, an error occurs in the overlapping of the pumped light, which may lower the pumping efficiency and deteriorate the amplification factor. In addition, as one thin disc laser medium is used, absorption rate is very low in one round trip of the thin disc laser medium, and thus dozens of round trip absorption processes are required.
  • Prior art 2 (US2013-0039378) has been proposed to overcome the problems of the prior art 1.
  • Prior art 2 uses two parabolic reflectors, one thin disk laser medium, and one adjustment mirror to overcome the disadvantage of the need for the ultra-precise optical axis alignment of the prior art 1, so that parallel light incident on the parabolic reflectors is focused on the parabolic reflectors. It is possible to reduce the burden on the ultra-precise optical axis alignment by maximizing the incidence of incident light.However, since one thin disc laser medium is used, one thin disc module typically requires dozens of reciprocating absorptions, usually 24 or 48 times or more. Since the process is the same, there is a problem that it is rather inefficient to increase amplification efficiency in a single amplifier.
  • prior art 3 (CN102684051A) has been proposed to overcome the problems of the prior art 1.
  • the prior art 3 has a structure that can maximize the advantage that the parallel light incident on the parabolic reflector enters the focal point of the parabolic reflector by using two parabolic reflectors and two thin disc laser media, but the two parabolic reflectors are used for pumping light.
  • the burden on the ultra-precision optical axis alignment is increased because it is used simultaneously as the pass mirror and the signal light resonator.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is intended to more easily align the optical elements while obtaining a laser resonator or laser amplifier output.
  • a thin disk laser device includes: a first parabolic reflector and a second parabolic reflector disposed coaxially facing each other; A reflection surface positioned on the back surface of the laser medium and the laser medium, respectively, and disposed at the vertices of the first parabolic reflector and the second parabolic reflector, respectively, to pump the light together with the first parabolic reflector and the second parabolic reflector.
  • a first thin disk and a second thin disk to form a multipath A first inner mirror and a second inner mirror disposed in a space between the first parabolic reflector and the second parabolic reflector to reflect signal light; And a plurality of mirrors disposed on an optical path of a signal light to connect between the first inner mirror and the second inner mirror, wherein the first inner mirror, the second inner mirror, and the plurality of mirrors Amplifies the signal light by repeating the reflection between the first and second thin disks.
  • the first inner mirror is disposed so that signal light incident from the first inner mirror to the first thin disk is reflected toward the first inner mirror, and the second inner mirror is the second thin disk in the second inner mirror.
  • the incident signal light may be disposed to be reflected toward the second internal mirror.
  • the first internal mirror is located at or near the normal of the front of the first thin disk
  • the second internal mirror is located at the normal of the front of the second thin disk or near the normal. It can be located at
  • Signal light is not reflected by the first parabolic reflector and the second parabolic reflector.
  • first thin disk and the second thin disk may amplify the seed light into a signal light.
  • the seed light emitted from the seed light source may be polarized laser light.
  • the thin disk laser device may further include an optical path converter disposed on the optical path of the signal light between the first thin disk and the second thin disk to change the path of the signal light according to a control signal and output the signal to the outside. Can be.
  • the optical path converter may include an electro-optical device for changing the polarization of the signal light according to a control signal, and a polarizing beam splitter for separating the signal light according to the polarization direction.
  • An alignment beam may be irradiated onto the first thin disk and the second thin disk through the first inner mirror and the second inner mirror, respectively.
  • a thin disk laser device includes: a first parabolic reflector and a second parabolic reflector disposed coaxially facing each other; A reflection surface positioned on the back surface of the laser medium and the laser medium, respectively, and disposed at the vertices of the first parabolic reflector and the second parabolic reflector, respectively, to pump the light together with the first parabolic reflector and the second parabolic reflector.
  • a first thin disk and a second thin disk to form a multipath A first inner mirror and a second inner mirror disposed in a space between the first parabolic reflector and the second parabolic reflector to reflect first and second signal light oscillated from the first and second scene discs; And a first signal light output reflecting a part of the first signal light and the second signal light reflected from the first inner mirror and the second inner mirror to the first inner mirror and the second inner mirror, respectively, and outputting another part thereof.
  • a coupler and a second signal light output coupler are examples of the first signal light and the second signal light reflected from the first inner mirror and the second inner mirror, respectively, and outputting another part thereof.
  • a thin disk laser device includes: a first parabolic reflector and a second parabolic reflector disposed coaxially facing each other; A reflection surface positioned on the back surface of the laser medium and the laser medium, respectively, and disposed at the vertices of the first parabolic reflector and the second parabolic reflector, respectively, to pump the light together with the first parabolic reflector and the second parabolic reflector.
  • a first thin disk and a second thin disk to form a multipath;
  • a first inner mirror disposed in a space between the first parabolic reflector and the second parabolic reflector, wherein the first inner mirror includes a first signal light incident from the first inner mirror to the first thin disk. It may be disposed on the front surface of the first thin disk to be reflected toward the first internal mirror.
  • the thin disk laser device of the embodiment further includes a second inner mirror disposed in a space between the first parabolic reflector and the second parabolic reflector, the second inner mirror being the second scene in the second inner mirror.
  • the second signal light incident on the disk may be disposed on the front surface of the second thin disk so as to be reflected toward the second internal mirror.
  • a thin disk laser device may include a plurality of mirrors configured to send a first signal light transmitted from the first inner mirror to the second inner mirror and to send a second signal light transmitted from the second inner mirror to the first inner mirror. It may further include.
  • the first signal light and the second signal light may be optically separated to be amplified separately in the first and second scene discs.
  • the first signal light and the second signal light are not reflected by the first parabolic reflector and the second parabolic reflector.
  • the thin disk laser device further includes a second signal light total reflection mirror and a second signal light output coupler provided outside the first parabolic reflector, and the first parabolic reflector includes an output coupler side passage for the second signal light.
  • a total reflection mirror side passage wherein the second signal light reflected by the second signal light total reflection mirror is directed to the second thin disc through the total reflection mirror side passage, and the second signal light reflected by the second thin disc is output
  • the second signal light output coupler is directed to the second signal light output coupler through a coupler side passage, and a part of the second signal light may be partially reflected from the second signal light output coupler to the second thin disk, and the other part of the second signal light is the second signal light.
  • the thin disk laser device sends the first signal light transmitted from the first thin disk through the first internal mirror to the second thin disk through the output coupler side passage, and is reflected back from the second thin disk.
  • the apparatus may further include a plurality of mirrors capable of sending the second signal light passing through the output coupler side passage back to the first internal mirror.
  • a thin disk laser device includes: a first parabolic reflector; A second parabolic reflector disposed coaxially with the first parabolic reflector and including a first output coupler side passage and a first total reflection mirror side passage for the first signal light; A reflection surface positioned on the back surface of the laser medium and the laser medium, respectively, and disposed at the vertices of the first parabolic reflector and the second parabolic reflector, respectively, to pump the light together with the first parabolic reflector and the second parabolic reflector.
  • a first thin disk and a second thin disk to form a multipath A first signal light output coupler disposed outside the second parabolic reflector and reflecting a part of the signal light to direct to the first scene disk through the first output coupler side passage and outputting a part of the first signal light; And a first signal light total reflection mirror disposed outside the second parabolic reflector to reflect the signal light from the first thin disk back to the first thin disk.
  • the thin disk laser device of the present embodiment further includes a second signal light output coupler and a second signal light total reflection mirror disposed outside the first parabolic reflector, and the first parabolic reflector has a second output coupler side to a second signal light.
  • a passage and a second total reflection mirror side passage are provided, wherein the first signal light output coupler reflects a portion of the second signal light and directs it from the first thin disk through the second output coupler side signal light passage. And a part of the signal light total reflection mirror may reflect back the second signal light from the first thin disk to the first thin disk through the second total reflection mirror side passage.
  • the first signal light and the second signal light are not reflected by the first parabolic reflector and the second parabolic reflector.
  • the first and second thin disks may be inclined with respect to the optical axes of the first parabolic reflector and the second parabolic reflector.
  • the thin disk laser device of the exemplary embodiment may further include a first heat sink and a second heat sink disposed on the rear surface of each of the first thin disk and the second thin disk.
  • a vertex of each of the first parabolic reflector and the second parabolic reflector may be provided with a first mounting hole and a second mounting hole on which the first and second thin disks are mounted.
  • the thin disk laser device of one embodiment further includes a first pumping light source for emitting a first pumping light for exciting the laser medium, wherein the first pumping light is a space between the first parabolic reflector and the second parabolic reflector.
  • a first pumping light inlet for incidence may be formed in the first parabolic reflector.
  • the thin disk laser device of the exemplary embodiment may further include a second pumping light source that emits a second pumping light for exciting the laser medium.
  • a second pumping light inlet for allowing the second pumping light to enter the space between the first parabolic reflector and the second parabolic reflector may be formed in the first parabolic reflector.
  • the first pumping light entrance hole and the second pumping light entrance hole may be formed symmetrically with respect to a vertex of the first parabolic reflector.
  • a second pumping light inlet for allowing the second pumping light to enter the space between the first parabolic reflector and the second parabolic reflector may be formed in the second parabolic reflector.
  • the second pumping light may be incident into a space between the first parabolic reflector and the second parabolic reflector through the second pumping light inlet.
  • the thin disk laser device may further include a third pumping light source and a fourth pumping light source for emitting the third pumping light and the fourth pumping light to excite the laser medium.
  • the thin disk laser device may further include a pumping beam mode observation device configured to capture a first pumping light spot and a second pumping light spot formed on front surfaces of the first thin disk and the second thin disk.
  • a pumping beam mode observation device configured to capture a first pumping light spot and a second pumping light spot formed on front surfaces of the first thin disk and the second thin disk.
  • two thin disks are installed in one thin disk module and used together with two parabolic reflectors to input the total pumping power of twice the conventional pumping power with only one thin disk module.
  • two thin disks are installed in one thin disk module and used together with two parabolic reflectors to input the same total pumping power to one thin disk module. Since the input pumping power can be reduced to half of the existing temperature, the temperature operating condition can be reduced by half to obtain a much more stable thin disc laser or thin disc amplifier operation.
  • two thin disks and two parabolic reflectors are installed in one thin disk module, and two reflectors for changing the traveling direction of the laser signal light in the middle between the two parabolic reflectors.
  • two thin disks and two parabolic reflectors are installed in one thin disk module, and two reflectors for changing the traveling direction of the laser signal light in the middle between the two parabolic reflectors.
  • a pumping light mode observing device capable of observing a pumping light spot in real time is provided in the thin disc module, whereby each thin disc is installed at a position that is observable and free from mechanical interference. It is possible to observe substantially perfect overlap of more than one pumping light spots and to be able to control the overlap substantially, thereby enabling smooth and effective reciprocating pumping absorption.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin disk laser device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a light path of pumped light in the thin disc laser device of FIG. 1.
  • 3A and 3B illustrate pumping light spots and paths of pumping light formed in the first parabolic reflector and the second parabolic reflector in the thin disk laser device of FIG. 1.
  • 4A to 4C illustrate the incidence, amplification, and output of the seed light source in the thin disk laser device of FIG. 1, respectively.
  • FIG. 5 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device according to another embodiment of the present invention.
  • 9A and 9B illustrate a path of pumping light spots and pumping light formed in the first parabolic reflector and the second parabolic reflector in the thin disk laser device of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin disk laser device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the thin disk laser device 100 of the present embodiment includes a first thin disk 111, a second thin disk 112, a first parabolic reflector 121, a second parabolic reflector 122, and a seed.
  • the light source 130, the signal light optical system 140, and the pumping light source 150 are included.
  • the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122 are disposed coaxially with the parabolic reflecting surfaces facing each other.
  • the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122 may have a parabolic shape having the same curvature, but are not limited thereto.
  • the vertex of the first parabolic reflector 121 becomes the focal point of the second parabolic reflector 122 and the second parabolic reflector 122 of the second parabolic reflector 122.
  • the vertex is disposed to be the focal point of the first parabolic reflector 121.
  • Parabolic reflector adjustment devices may be provided in the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122 so as to perform fine optical axis alignment.
  • the parabolic reflector adjusting device enables the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122 to independently adjust the inclination in the horizontal and vertical axis directions.
  • the reflective surfaces of the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122 may be circular in cross-section, but are not limited thereto.
  • a pumping light incident opening 125 is formed at one side of the first parabolic reflector 121 to allow the pumping light P to enter from the outside of the first parabolic reflector 121.
  • the shape of the pumping light entrance port 125 may have a rectangular opening shape as shown in FIG. 2, but is not limited thereto.
  • the shape of the pumping light entrance hole 125 may have various opening shapes such as a circle and a polygon.
  • the first thin disk 111 and the second thin disk 112 include a laser medium.
  • the laser medium may have a disk shape, for example very thin with a thickness of submm and having a diameter of several mm to several tens of mm.
  • the disc may have the shape of a circle, square, polygon, or the like.
  • the first thin disk 111 and the second thin disk 112 include a front surface and a rear surface of a relatively large area, and a side surface of a relatively small area. As will be described later, the pumping light and the signal light are incident on the front surface of the laser medium.
  • the front surface of the laser medium may be provided with an antireflection layer for both the pumping light and the signal light.
  • the laser medium serves to amplify the signal light by exciting the ions in the medium by the pumping light.
  • the front face of the laser medium may be slightly inclined with respect to the back face in order to suppress Amplified Spontaneous Emission (ASE).
  • ASE Amplified Spontaneous Emission
  • On the back of the laser medium a total reflection layer for both signal light and pumping light is formed.
  • the first heat sink 115 and the second heat sink 116 are disposed on the rear surfaces of the first and second thin disks 111 and 112, respectively.
  • a thermally-conductive adhesive is provided between the back surface of the first thin disk 111 and the second thin disk 112 and the cooling surfaces of the first heat sink 115 and the second heat sink 116. The thermal conductivity and adhesion can be improved.
  • first thin disk 111, the second thin disk 112, the first heat sink 115, and the second heat sink 116 may be combined using a pressure difference or mechanical means without an adhesive layer.
  • the first heat sink 115 and the second heat sink 116 may remove heat generated from the first and second thin disks 111 and 112 by, for example, a fluid cooling method using a refrigerant.
  • the coolant may be, for example, water, but is not limited thereto.
  • the first and second thin disks 111 and 112 are respectively provided in the first mounting hole 123 and the second mounting hole 124 provided in the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122. Is installed.
  • the first thin disk 111 and the second thin disk 112 may be disposed such that their front centers are located at the vertices of the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122, respectively.
  • Front surfaces of the first and second thin disks 111 and 112 are inclined with respect to the optical plane.
  • the optical plane refers to a plane that lies between the optical axis OA and the pumping light P incident light rays of the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122.
  • the optical axes OA of the normals 111a and 112a and the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122 in front of the first and second thin disks 111 and 112 are zero. It opens at predetermined angles (theta) 1 and (theta) 2 larger than (zero).
  • the inclined angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the first and second thin discs 111 and 112 may be the same, but they are not limited thereto.
  • the first thin disk 111 and the second thin disk 112 may be inclined in the same direction or in opposite directions, but are not limited thereto.
  • the inclination angles ⁇ 1 and ⁇ 2 and the inclination directions of the first and second thin disks 111 and 112 are designed to implement multipaths of the pumped light as described below.
  • Each of the first and second thin disks 111 and 112 may be provided with a thin disk adjusting device (not shown) for fine optical axis alignment.
  • the thin disk adjusting apparatus may independently adjust the inclination of the first and second thin disks 111 and 112 in the horizontal and vertical axis directions, respectively.
  • the seed light source 130 may be, for example, a semiconductor laser diode or a laser source including a picosecond or femtosecond mode-locked fiber laser radar or a nanosecond Q-switched solid state laser, but is not limited thereto.
  • the seed light source 130 may emit seed light L of horizontal polarization, for example.
  • the signal optical system 140 includes a first polarized beam splitter 141, a Faraday rotator 142, a half-wavelength plate 143, and a second polarized beam splitter beam splitter 144, quarter-wavelength plate 145, Pockels cell 146, and first to eighth mirrors M1, M2, M3, M4, M5 , M6, M7, M8).
  • the first polarization beam splitter 141 passes light of horizontal polarization and reflects light of vertical polarization.
  • the Faraday rotor 142 converts the polarized light of the incident horizontally polarized light into a 45 degree linearly polarized light by generating a 45 degree phase shift by using the Faraday effect, and reenters the Faraday rotor 142 after exiting. An additional 45 degree phase shift is generated to the light of the linearly polarized light, thereby converting the light into vertically polarized light.
  • the half-wave plate 143 is a wave plate that makes the light in the polarization direction going to the slow axis with respect to the fast axis to be different by half wavelength. Is converted into 45 degree linearly polarized light.
  • the second polarization beam splitter 144 may separate two mutually perpendicular linearly polarized light components in a direction of transmitting or reflecting horizontally polarized light and vertically polarized light, respectively. Can be applied as
  • the 1/4 wavelength plate 145 is a polarizing plate that makes the polarization going to the slow axis with respect to the fast axis different by a quarter wavelength, and converts the light of the horizontal polarization into the right polarized light and converts the light of the left circular polarized light into the vertical polarization Can be converted to light.
  • the Pockelscell 146 is an element that actively performs polarization conversion by applying a voltage to a crystal having a Pockels effect.
  • the Pockelscell 146 passes light without polarization conversion when no voltage is applied, and acts like a quarter-wave plate when voltage is applied to convert the light of the left circularly polarized light into horizontally polarized light. Light of horizontally polarized light can be converted into left circularly polarized light.
  • the first polarization beam splitter 141, the Faraday rotor 142, the half wave plate 143, the second polarization beam splitter 144, the quarter wave plate 145, and the Pockelcell 146 are described later.
  • the first polarization beam splitter 141 and the first polarization beam splitter 141 may be formed by generating a phase difference between the horizontal polarization component and the vertical polarization component of the incident polarization according to the voltage applied to the Pockel cell 146.
  • the first to eighth mirrors M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, and M8 are disposed so that the seed beams are incident on the first and second scene discs 111 and 112. After the seed beam is amplified, the seed beam is arranged to form an optical path that is resonated and output by the signal light. At least two of the first to eighth mirrors M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, and M8, that is, a fourth mirror (first internal mirror) M4 and an eighth mirror (second The inner mirror M8 is disposed in a space, for example near the middle, between the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122.
  • the fourth mirror (first inner mirror) M4 the signal light incident from the fourth mirror (first inner mirror) M4 to the first thin disk 111 is transmitted to the fourth mirror (first inner mirror) M4. It is arranged to reflect toward.
  • the eighth mirror (second inner mirror) M8 has a signal light incident from the eighth mirror (second inner mirror) M8 to the second thin disk 112 to be an eighth mirror (second inner mirror) ( It is arranged to reflect toward M8).
  • the fourth mirror (first internal mirror) M4 is disposed at an angle of 45 degrees on the normal 111a of the front surface of the first thin disk 111 or in the vicinity of the normal 111a.
  • the eighth mirror (second internal mirror) M8 may be disposed at an inclination of 45 degrees on the normal 112a of the front surface of the second thin disk 112 or near the normal 112a.
  • the inclination angles of the fourth mirror (first inner mirror) M4 and the eighth mirror (second inner mirror) M8 are 45 degrees, for example, but the present invention is not limited thereto.
  • the first to eighth mirrors M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, and M8 may be planar mirrors. In some cases, some of the first to eighth mirrors M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, and M8 may be focusing mirrors.
  • the pumping light source 150 emits the pumping light P that excites the first and second thin disks 111 and 112.
  • the pumping light P passes through the pumping light entrance port 125 of the first parabolic reflector 121 to the space between the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122. It is arranged to be incident.
  • the pumping light source 150 may be disposed such that the pumping light P is incident in parallel to the optical axis OA through the pumping light incident hole 125, but is not limited thereto.
  • the pumping light source 150 may be provided with a pumping light adjusting device (not shown) to perform fine optical axis alignment.
  • the thin disk laser device 100 of the present embodiment may further include a first pumping beam mode observation device 161 and a second pumping beam mode observation device 162.
  • the first pumping beam mode observation device 161 and the second pumping beam mode observation device 162 may be, for example, a photographing device (ie, a camera) capable of acquiring an image in real time, respectively, and have mechanical and optical interference. It is installed at a position where no picture is taken to photograph the front surfaces of the first and second thin disks 111 and 112.
  • the pumping light P emitted from the pumping light source 150 is incident and reflected while repeating the dozens of times on the first and second thin disks 111 and 112, and thus, the first and second thin disks 111 and 2 are exposed.
  • a pumping light spot is formed on the front surface of the thin disk 112.
  • the first pumping beam mode observation device 161 and the second pumping beam mode observation device 162 include a first thin disk 111 and a pumping light spot.
  • the surface of the second thin disk 112 may be observed in real time through the display. In this way, by observing the pumping light spot in real time through the first pumping beam mode observing device 161 and the second pumping beam mode observing device 162, it is possible to control the pumping light spot so that the superimposition can be substantially completely overlapped. Thus, smooth and effective multipath reciprocating pumping absorption is possible.
  • the thin disk laser device 100 of the present embodiment may further include a laser output monitoring device for measuring the intensity of the output signal light.
  • the laser output monitoring apparatus may be a photodiode in the case of an optical power meter or a pulse laser disposed at an output side of the first polarization beam splitter 141.
  • the first thin disk 111, the second thin disks 111 and 112, the first parabolic reflector 121, the second parabolic reflector 122, and the signal light optical system 140 are provided.
  • Some optical components eg, the fourth mirror (first inner mirror) M4 and the eighth mirror (second inner mirror) M8 of the one thin disk module that can be installed independently in the laser processing apparatus
  • the seed light source 130, the remaining optical components of the signal light optical system 140, and the pumping light source 150 may be mounted on the thin disk module and used together as a kind of plug-in module.
  • FIGS. 3A and 3B show the first parabolic reflector 121 and the second parabolic plane in the thin disc laser device 100 of the present embodiment.
  • the pumping light spot formed in the reflector 122 and the optical paths of the pumping light are respectively shown.
  • the pumping light P emitted from the pumping light source 150 is a space between the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122 through the pumping light inlet 125 of the first parabolic reflector 121. Incident. As shown in FIGS. 3A and 3B, the pumping light P incident through the pumping light incident hole 125 may reflect the reflective surface of the fourth quadrant (the second parabolic reflector 122) of the second parabolic reflector 122. A pumping light spot is formed at the first position S1 located at the top of the reference).
  • the pumping light P Since the pumping light P is incident parallel to the optical axis OA, the pumping light P reflected at the first position S1 of the second parabolic reflector 122 is located at the vertex of the first parabolic reflector 121.
  • the first thin disk 111 is incident. After entering the first thin disk 111, the pumping light P is reflected to form a pumping light spot at a second position S2 slightly above the bottom of the second quadrant of the second parabolic reflector 122. do. Since the first thin disk 111 is slightly inclined, the second position S2 is not symmetrical with the first position S1 with respect to the vertex of the second parabolic reflector 122 and has a slight deviation in the vertical direction.
  • the left and right sides are symmetrical, but the distance up and down slightly in the vertical direction is proportional to the inclination angle of the first thin disk 111. Since the apex of the second parabolic reflector 122 is the focal point of the first parabolic reflector 121, after being incident at the second position S2 of the second parabolic reflector 122, the pumping light P is moved to the second position ( In S2) it is reflected parallel to the optical axis OA. The pumping light P reflected in parallel with the optical axis at the second position S2 of the second parabolic reflector 122 may reflect the reflective surface of the first quadrant (the second parabolic reflector 122) of the first parabolic reflector 121.
  • the pumping light P which is reflected from the second thin disk 112 and exits from the focal point of the first thin disk 111, is positioned at a fourth position slightly below the top of the third quadrant of the first parabolic reflector 121 ( A pumping light spot is formed in S4).
  • the fourth position S4 is not symmetrical with the third position S3 with respect to the vertex of the first parabolic reflector 121 and has a slight deviation in the vertical direction. . Since the vertex of the second parabolic reflector 122 is the focal point of the first parabolic reflector 121, the pumping light P incident at the fourth position S4 of the first parabolic reflector 121 is the light emitted from the focal point and thus the optical axis. Reflected parallel to (OA). The advancing of the pumping light P as described above is repeated, so that the first position S1, the second position S2,.
  • the pumping light P repeatedly excites the laser medium ions in the first and second thin disks 111 and 112.
  • the number of repetitions of the pumping light P in FIGS. 3A and 3B is exemplary, and multi-pass pumping may be implemented by repeatedly reflecting the light, for example, 24 times or 48 times.
  • 4A illustrates a process in which the seed light L is incident on the signal light optical system 140, wherein the Pockelscell 146 is in a state where no voltage is applied.
  • the seed light L of horizontally polarized light emitted from the seed light source 130 is reflected by the first mirror M1 and is incident on the signal light optical system 140.
  • the seed light L of horizontally polarized light passes through the first polarization beam splitter 141 as it is.
  • the polarization of the horizontal linearly polarized light L passing through the first polarization beam splitter 141 becomes the linearly polarized light rotated 45 degrees in the Faraday rotator 142, and again through the half-wave plate 143.
  • the light is converted to L.
  • the Faraday rotor 142 is a device that rotates the linearly polarized light based on the magneto-optic effect to another linearly polarized light, and the rotation size is Faraday medium length (d) in the beam traveling direction and the strength of the magnetic field (B). proportional to the magnetic flux density and the Verdet constant. (At this time, if the Faraday rotor 142 uses a permanent magnet, the magnetic field secured using the permanent magnet has directionality in the absolute coordinate system and thus has absolute direction during linear polarization rotation. If the polarization direction of the incident beam is rotated 45 degrees in the clockwise direction, the polarization direction of the beam reentering the exit point is rotated 45 degrees in the asymmetrical counterclockwise direction.
  • the light L passes through the second polarization beam splitter 144 as it is in a horizontal polarization state and is incident on the quarter wave plate 145.
  • the light L of the horizontally polarized light is converted into the light L of the right circularly polarized light in the quarter-wave plate 145 and then incident on the Pockelscell 146.
  • the 1/4 wave plate 145 has no directional device unlike the Faraday rotor 142 and thus has symmetry in the absolute coordinate system.
  • the Pockelscell 146 is in a state where no voltage is applied, and thus the light L of the right circularly polarized light is the Pockelsell ( In 146) it is passed as it is without polarization conversion.
  • the light L passing through the Pockelscell 146 is incident to the first thin disk 111 vertically through the second mirror M2, the third mirror M3, and the fourth mirror M4.
  • the light L incident on the first thin disk 111 is reflected in the state amplified by the first thin disk 111 excited by the pumping light P.
  • the vertically polarized light L1 is reflected by the second polarization beam splitter 144 and passes through the fifth mirror M5, the sixth mirror M6, the seventh mirror M7_, and the eighth mirror M8. 2 is incident perpendicularly to the scene disk 112.
  • the light L1 incident on the second scene disk 112 is reflected in the state amplified by the second scene disk 112 excited by the pumping light P.
  • Light L2 of vertically polarized light is reflected from the second scene disc 112 to maintain the polarization state, and reference number L2 is a light reflected from the second scene disc 112 for convenience and proceeds in a counterclockwise direction.
  • the light L2 of the vertically polarized light is returned in order of the eighth mirror M8, the seventh mirror M7, the sixth mirror M6, and the fifth mirror M5, and the second polarization beam splitter Reflected at 144 is directed toward the first scene disc 111.
  • FIG. 4B illustrates a process in which the seed light L is amplified by configuring a regenerative amplifier in the first and second thin disks 111 and 112, wherein the Pockelscell 146 has a voltage.
  • the regenerative amplifier is a device that can obtain a desired number of resonance amplifications and amplify the desired pulse energy by constructing a separate resonator having a closed structure in the pulse beam process. It is called a regenerative amplifier in the sense of regeneratively amplifying the laser pulse in that it amplifies the laser pulse generated by the first laser with a separate resonator.
  • the voltage applied to the Pockelsell is such that the phase change of the two polarization components occurs by 1/4 wavelength, and the magnitude of the phase change is changed according to the magnitude of the voltage applied to the crystal used for the Pockelsell.
  • the Pockel effect a linear electro-optic effect, is used, and the magnitude of the phase change is the third square of the electric field amplitufe and the reflective index of ordinary beam applied in the direction of the beam's propagation. Is proportional to the product of the electro-optic constants, which are inherent to nonlinear crystals used in Pokel cells.
  • the applied electric field since the applied electric field has a direction in the absolute coordinate system, it has polarization rotation characteristics similar to that of a Faraday rotor. However, the difference is that linearly polarized light is changed by applying a 1/4 wavelength rotation voltage.
  • the light L2 of the vertically polarized light reflected by the second thin disk 112 may include the eighth mirror M8, the seventh mirror M7, the sixth mirror M6, and the eighth mirror M6.
  • the light is reflected by the second polarization beam splitter 144 via the fifth mirror M5 and converted into light L2 of the left circularly polarized light while passing through the quarter-wave plate 145.
  • the light L2 of the left circularly polarized light via the 1/4 wavelength plate 145 is a Pockelcell ( 146).
  • the Pockelscell 146 is in a voltage-applied state, and thus, the light L2 of the left circularly polarized light is further rotated by 1/4 wavelength in the Pockelscell 146 and polarized by the horizontally polarized light.
  • the horizontally polarized light L2 passing through the Pockelscell 146 is incident perpendicularly to the first thin disk 111 via the second mirror M2, the third mirror M3, and the fourth mirror M4.
  • the horizontally polarized light L1 is reflected from the first thin disk 111 to maintain the polarization direction, and then returns to the fourth mirror M4, the third mirror M3, and the second mirror M2. It is incident again on the Pockelsell 146.
  • Light L1 of horizontally polarized light is converted into polarized light L1 of left circularly polarized light in the Pockelscell 146 to which voltage is applied, and is converted into vertically polarized light from the quarter-wave plate 145.
  • the vertically polarized light L1 is reflected by the second polarization beam splitter 144 and passes through the fifth mirror M5, the sixth mirror M6, the seventh mirror M7, and the eighth mirror M8.
  • the vertically polarized light L2 is reflected by the second thin disk 112 to maintain the polarization state.
  • the vertically polarized light L2 is returned in the order of the eighth mirror M8, the seventh mirror M7, the sixth mirror M6, and the fifth mirror M5, and then in the second polarization beam splitter 144.
  • the reflection is directed toward the first thin disk 111.
  • the voltage is applied to the Pockelscell 146, the light L incident to the signal light optical system 140 is resonated and oscillated because the optical path is closed by a closed loop.
  • 4C illustrates a process of outputting amplified light, that is, signal light, from the first and second scene discs 111 and 112. If the intensity of the signal light satisfies a predetermined size or a predetermined time elapses in the amplifying step of the signal light referring to FIG. Block the application of the voltage to the Pockelscell 146.
  • the vertically polarized light L2 reflected by the second thin disk 112 may include an eighth mirror M8, a seventh mirror M7, a sixth mirror M6, and a fifth mirror M6.
  • the light is reflected by the second polarization beam splitter 144 via the fifth mirror M5 and converted into light L2 of the left circularly polarized light while passing through the quarter-wave plate 145.
  • the light L2 of the left circularly polarized light via the quarter wave plate 145 is incident on the Pockelsell 146.
  • the Pockelscell 146 is in a state where no voltage is applied, and thus the light L2 of the left circularly polarized light passes through the Pockelscell 146 without polarization conversion.
  • the light L2 of the left circularly polarized light that has passed through the Pockelscell 146 is incident perpendicularly to the first thin disk 111 via the second mirror M2, the third mirror M3, and the fourth mirror M4. Reflected in amplified state.
  • the light L2 of the left circularly polarized light is reflected by the first scene disk 111 and is converted into the light L1 of the right circularly polarized light, and is again the fourth mirror M4, the third mirror M3, and the second mirror M2.
  • the light is incident on the quarter-wave plate 145 after passing through the Pockelscell 146 in the order of.
  • Light L1 of the right circularly polarized light is converted into horizontally polarized light in the quarter-wave plate 145.
  • the horizontally polarized light L1 passes through the second polarization beam splitter 144 as it is, and is directed to the half-wave plate 143.
  • the horizontally polarized light L1 is converted into the vertically polarized light L1 through the half-wave plate 143 and the Faraday rotor 142 and is reflected by the first polarization beam splitter 141 and output.
  • the thin disk laser device 100 of the present embodiment operating as described above may be understood as an example of the regenerative amplifiers.
  • the optical axes of the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122 are used. Alignment or optical axis alignment of the first thin disk 111 and the second thin disk 112 may be performed by the first thin disk 111 and the second thin disk 112 even if the pumping light P is repeatedly reflected several times.
  • the pumping light spots formed on the need to match exactly.
  • the power amplification can be efficiently achieved only by repeating identically pumped light spots.
  • the thin disk laser device 100 of the present embodiment enters the alignment beam through the fourth mirror M4 and the eighth mirror M8, and thus the first and second thin disks 111 and 112 are disposed. It can be used for optical axis alignment of.
  • the thin disk laser apparatus 100 of the present embodiment includes a multipath optical system (the first thin disk 111 and the second thin disk 112, the first parabolic reflector and the second parabolic reflectors 121 and 122) for pumping light. And amplification optical systems (first and second thin disks 111 and 112 and first to eighth mirrors M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, and M8) Since they can be optically separated and adjusted independently, more freedom in alignment of the optical components can be obtained.
  • the first thin disk 111 and the second thin disk 112 amplify a common signal light
  • the amplification optical system for and the amplifying optical system for the second signal light alone to be amplified using the second scene disc 112 may be provided optically separated.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a thin disk laser device 200 according to another embodiment of the present invention. Since the components related to the pumping light in the thin disk laser device 200 of the present embodiment are substantially the same as those of the embodiment described with reference to FIG. 1, the following description will focus on differences.
  • the thin disk laser device 200 includes a first thin disk 111 and a second thin disk 112, a first parabolic reflector 121, a second parabolic reflector 122, and a first parabolic reflector 122. And a first signal light output coupler 241 and a second signal light output coupler 242. The first signal light output coupler 241 and the second signal light output coupler 242 are positioned outside the space formed between the first parabolic reflector 121 and the second parabolic reflector 122.
  • the first signal light output coupler 241 forms a first signal light resonator for the first signal light 246 together with the first scene disc 111 and the first internal mirror 243.
  • the first internal mirror 243 is disposed at a normal line or near the front surface of the first thin disk 111 and is disposed to be inclined at 45 degrees.
  • the first signal light output coupler 241 can have a 95% reflectivity, for example.
  • the first signal light 246 is amplified while resonating in the first signal light output coupler 241 and the first scene disk 111, and a part of the first signal light 246 is output through the first signal light output coupler 241. .
  • the second signal light output coupler 242 has a resonator structure for the second signal light 247 together with the second scene disc 112 and the second internal mirror 245.
  • the second inner mirror 245 is disposed on the front surface of the second thin disk 112 at a normal line or the vicinity thereof and is inclined at 45 degrees. When the second thin disk 112 is excited, it oscillates itself so that the second signal light 247 is interposed between the second thin disk 111 and the second signal light output coupler 241 with the second internal mirror 245 interposed therebetween. Can be resonant.
  • the second signal light output coupler 242 can have a 95% reflectivity, for example.
  • the second signal light 247 is amplified while resonating in the second signal light output coupler 242 and the second scene disk 112, and a part of the second signal light 247 is output through the second signal light output coupler 242. .
  • the first signal light 246 and the second signal light 247 may be independently output controlled.
  • the thin disc laser device 200 has a separate resonator structure for each of the first signal light 246 and the second signal light 247, but is not limited thereto.
  • the first signal light 246 and the second signal light 247 may be optically connected to constitute a resonator optical system for one signal light.
  • a plurality of mirrors are provided, and the first signal light 346 transmitted from the first thin disk 111 via the first inner mirror 243 is passed through the second inner mirror 245 to the second thin disk 112. And the second signal light 244 to be transmitted from the second thin disk 112 to the first thin disk 111 via the second inner mirror 245 via the first inner mirror 243. will be.
  • the thin disk laser device 200 of the present embodiment has a resonator structure, but is not limited thereto.
  • first signal light output coupler 241 and the second signal light output coupler 242 separate amplifier optics may be disposed for each of the first signal light 246 and the second signal light 247.
  • first optical signal 246 and the second optical signal 244 may be optically connected so that an amplifier optical system for one signal light may be disposed.
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device according to another embodiment of the present invention. Since the components related to the pumping light in the thin disk laser device 300 of the present embodiment are substantially the same as the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 5, the differences will be mainly described.
  • the thin disk laser device 300 of the present embodiment includes a first thin disk 111 and a second thin disk 112, a first parabolic reflector 321, and a second parabolic reflector 322. And a first signal light output coupler 341 and a second signal light output coupler 345, and a first signal light total reflection mirror 342 and a second signal light total reflection mirror 344.
  • the second parabolic reflector 322 is provided with a first output coupler side passage 323 and a first total reflection mirror side passage 324 through which the first signal light 343 can pass.
  • the first signal light output coupler 341 is provided outside the second parabolic reflector 322 and reflects or transmits the first signal light 343 via the first output coupler side passage 323. Since this structure is symmetrical, the first signal light output coupler 341, the first output coupler side passage 323, and the first signal light output coupler 341 are symmetrical to each other so that the first signal light output coupler 341 and the first total reflection
  • the mirror side passage 324 and the first signal light output coupler 341 may be used in this order.
  • the first signal light total reflection mirror 342 is provided outside the second parabolic reflector 322 and reflects the first signal light 343 via the first total reflection mirror side passage 324.
  • the first signal light output coupler 341, the first scene disc 111, and the first signal light total reflection mirror 342 form a first signal light resonator for the first signal light 343.
  • the first signal light 343 incident through the first signal light output coupler 341 is incident on the first scene disc 111 via the first output coupler side passage 323 of the second parabolic reflector 322.
  • the first signal light 343 is amplified and reflected by the first thin disk 111 to the first signal light total reflection mirror 342 via the first total reflection mirror side passage 324 of the second parabolic reflector 322, and then again.
  • the first signal light output coupler 341 may have a 95% reflectivity, for example.
  • the first signal light 343 is amplified while resonating in the first signal light resonator, and is output through the first signal light output coupler 341.
  • the first parabolic reflector 321 is provided with a second output coupler side passage 327 and a second total reflection mirror side passage 326 through which the second signal light 346 can pass.
  • the second signal light output coupler 345 is provided outside the first parabolic reflector 321 and reflects or transmits the second signal light 346 via the second output coupler side passage 327.
  • the second signal light total reflection mirror 344 is provided outside the first parabolic reflector 321 and reflects the second signal light 346 via the second total reflection mirror side passage 326.
  • the second signal light output coupler 345, the second scene disc 112, and the second signal light total reflection mirror 344 constitute a second signal light resonator for the second signal light 346.
  • the second signal light 346 incident through the second signal light output coupler 345 is incident on the second scene disc 112 via the second output coupler side passage 327 of the first parabolic reflector 321.
  • the second signal light 346 is amplified and reflected by the second scene disk 112 to the second signal light total reflection mirror 344 via the second total reflection mirror side passage 326 of the first parabolic reflector 321, and then again. Reflected and resonates on the same path.
  • the second signal light output coupler 345 may have a 95% reflectivity, for example.
  • the second signal light 346 is amplified while resonating in the second signal light resonator, and is output through the second signal light output coupler 345.
  • the first signal light 343 and the second signal light 346 may be independently output controlled.
  • the second output coupler side passage 327 and the second total reflection mirror side passage 326 provided in the first parabolic reflector 321 are provided.
  • the positions of the first output coupler side passage 323 and the first total reflection mirror side passage 324 provided in the second parabolic reflector 122 are provided at one side of the first parabolic reflector 321. It can be designed freely within a range that does not mechanically interfere with the 125.
  • the pumping beam entrance port 125 is provided on the same line as the second output coupler side passage 327 and the second total reflection mirror side passage 326, or is out of the same line. Can be provided.
  • the thin disc laser device 300 of the present embodiment has a resonator structure of each of the first signal light 343 and the second signal light 346, but is not limited thereto.
  • the first signal light 343 and the second signal light 346 may be optically connected to constitute a resonator optical system for one signal light.
  • a plurality of mirrors are provided, and the first signal light 343 transmitted from the first scene disc 111 through the first output coupler side passage 323 passes through the second output coupler side passage 327 to the second scene.
  • the second signal light 346 sent to the disc 112 and transmitted from the second thin disc 112 through the second output coupler side passage 327 passes through the first output coupler side passage 323 to the first thin disc. You can send it to (111).
  • the thin disk laser device 300 of the present embodiment has a resonator structure, but is not limited thereto.
  • first signal light output coupler 341 and the second signal light output coupler 345 separate amplifier optics may be disposed for each of the first signal light 443 and the second signal light 446.
  • first optical signal 343 and the second signal light 346 may be optically connected to provide an amplifier optical system for one signal light.
  • FIG. 7 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device 400 according to another embodiment of the present invention.
  • the remaining components except for the resonance structure of the signal light are substantially the same as the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 6, and thus, the differences will be mainly described.
  • the thin disk laser device 400 includes a first thin disk 111 and a second thin disk 112, a first parabolic reflector 421, a second parabolic reflector 422, and a first parabolic reflector 422.
  • the second parabolic reflector 422 is provided with an output coupler side passage 423 and a total reflection mirror side passage 424 through which the first signal light 443 can pass.
  • the first signal light output coupler 441, the first scene disc 111, and the first signal light total reflection mirror 442 have a resonator structure for the first signal light 443.
  • the resonator structure for the first signal light 443 is substantially the same as the resonator structure for the first signal light described with reference to FIG. 6.
  • the second signal light inner mirror 444 is disposed at a normal line to or near the front surface of the second thin disk 112 and is inclined at 45 degrees.
  • the second signal light output coupler 445, the second scene disc 112, and the second signal light inner mirror 444 have a resonator structure for the second signal light 446.
  • the resonator structure of the second signal light 446 is substantially the same as the resonator structure of the second signal light described with reference to FIG. 5.
  • the thin disk laser device 400 of the present embodiment may be provided with a first signal light resonance structure and a second signal light resonance structure independently, but is not limited thereto.
  • the first signal light 443 and the second signal light 446 may be optically connected to constitute a resonator optical system for one signal light.
  • a plurality of mirrors are provided to pass the first signal light 443 transmitted from the first thin disk 111 through the output coupler side passage 423 via the second signal light inner mirror 444 to the second thin disk 112.
  • a plurality of mirrors are provided to pass the first signal light 443 transmitted from the first thin disk 111 through the output coupler side passage 423 via the second signal light inner mirror 444 to the second thin disk 112.
  • the thin disk laser device 400 of the present embodiment has a resonator structure, but is not limited thereto.
  • separate amplifier optics may be disposed for each of the first signal light 443 and the second signal light 446.
  • the first optical signal 443 and the second optical signal 446 may be optically connected to provide an amplifier optical system for one signal light.
  • FIGS. 8 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device 500 according to another embodiment of the present invention. Except for the multipath pumping structure of the punctured light in the thin disk laser apparatus 500 of the present embodiment, the remaining components may be substantially the same as the embodiments described with reference to FIGS.
  • the thin disk laser apparatus 500 of the present embodiment may include a first thin disk 111 and a second thin disk 112, a first parabolic reflector 521, a second parabolic reflector 522, and a second parabolic reflector 522. And a first pumping light source 551 and a second pumping light source 552.
  • the first parabolic reflector 521 and the second parabolic reflector 522 are coaxially arranged while the parabolic reflecting surfaces face each other.
  • the first parabolic reflector 521 is provided with a first pumping light inlet 525 and a second pumping light inlet 526 symmetrically with respect to the vertex.
  • the first pumping light P1 and the second pumping light P2 may be respectively provided with the first pumping light inlet 525 and the second pumping light P2. It is arranged to be incident to the space between the first parabolic reflector 521 and the second parabolic reflector 522 through the pumping light incident port 526.
  • FIGS 9A and 9B illustrate a first pumping light spot and a second pumping light spot S1_1 and S1_2 formed in the first parabolic reflector 521 and the second parabolic reflector 522 in the thin disk laser device 500 of the present embodiment.
  • the first pumping light P1 emitted from the first pumping light source 551 passes through the first pumping light inlet 525 of the first parabolic reflector 521 and the first parabolic reflector 521 and the second parabolic reflector It is incident to the space between 522 parallel to the optical axis OA.
  • the multipath pumping light path of the first pumping light P1 is substantially the same as that of the pumping light of the embodiment described with reference to FIGS. 2, 3A, and 3B.
  • the second pumping light P2 emitted from the second pumping light source 552 passes through the first pumping light inlet 526 of the first parabolic reflector 521 and the first parabolic reflector 521 and the second parabolic surface.
  • the light is incident to the space between the reflecting mirrors 522 so as to be parallel to the optical axis OA. Since the second pumping light incident hole 526 is provided symmetrically with respect to the apex of the first parabolic reflector 521, the multi-pass pumping light path of the second pumping light P2 is formed of the first pumping light P1. It is formed symmetrically with respect to the multipath pumping optical path and the optical axis OA. Accordingly, the first pumping light spot and the second pumping light spot S1_1, S1_2,..., S1_S13; S2_1, S2_2,..., S2_13 are formed in the first parabolic reflector 521 and the second parabolic reflector 522. Since the first parabolic reflector 521 and the second parabolic reflector 522 are formed over the entire area, the first parabolic reflector 521 and the second parabolic reflector 522 can be efficiently utilized.
  • FIGS. 10 is a schematic diagram of a thin disk laser device 600 according to another embodiment of the present invention. Except for the multipath pumping structure of the punctured light in the thin disk laser device 600 of the present embodiment, the other components may be substantially the same as the embodiments described with reference to FIGS.
  • the thin disk laser apparatus 600 of the present embodiment may include a first thin disk 111 and a second thin disk 112, a first parabolic reflector 621, a second parabolic reflector 622, and a second parabolic reflector 622. And a first pumping light source 651 and a second pumping light source 652.
  • the first parabolic reflector 621 and the second parabolic reflector 622 are disposed coaxially with the parabolic reflecting surfaces facing each other.
  • the first parabolic reflector 621 is provided with a first pumping light inlet 625
  • the second parabolic reflector 622 is provided with a second pumping light inlet 626.
  • the second pumping light inlet 626 is symmetrical with respect to the center point between the first parabolic reflector 621 and the second parabolic reflector 622 of the optical axis OA and two first pumping light inlet 625. It is provided to be symmetrical with respect to the center point of the parabolic reflector.
  • the first pumping light source 651 and the second pumping light source 652 have the first pumping light P1 and the second pumping light P2 that are emitted from the first pumping light inlet 625 and the second pumping light, respectively.
  • the light incident port 626 is disposed to be incident into the space between the first parabolic reflector 521 and the second parabolic reflector 522.
  • the multipath pumping light path of the first pumping light P1 is substantially the same as that of the pumping light of the embodiment described with reference to FIGS. 2, 3A, and 3B.
  • the multipath pumping light path of the second pumping light P2 is also substantially the same as that of the pumping light of the embodiment described with reference to FIGS. 2, 3A, and 3B.
  • the first parabolic reflector 621 and the second parabolic reflector 622 are provided. Since the first pumping light spot and the second pumping light spots are formed over the entire area of the first parabolic reflector 621 and the second parabolic reflector 622, the first parabolic reflector 621 and the second parabolic reflector 622 ) Can be used efficiently.
  • FIG. 11 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device 700 according to another embodiment of the present invention. Except for the multipath pumping structure of the pumping light in the thin disk laser device 700 of the present embodiment, the other components may be substantially the same as the embodiments described with reference to FIGS.
  • the thin disk laser apparatus 700 includes a first thin disk 111 and a second thin disk 112, a first parabolic reflector 721 and a second parabolic reflector 722, and a second parabolic reflector 722. And from one pumping light source to a fourth pumping light source 751, 752, 753, 754.
  • the first parabolic reflector 721 and the second parabolic reflector 722 are coaxially disposed while the parabolic reflecting surfaces face each other.
  • the first pumping light inlet 725 and the second pumping light inlet 726 are provided symmetrically with respect to the vertex of the first parabolic reflector 721
  • the second parabolic reflector The third pumping light inlet 727 and the fourth pumping light inlet 728 are provided symmetrically with respect to the vertex of the second parabolic reflector 721.
  • the first pumping light to the fourth pumping light P1, P2, P3, and P4 may be first pumped light entrance holes, respectively. It is arranged to be incident to the space between the first parabolic reflector 721 and the second parabolic reflector 722 through the fourth pumping light inlet 725, 726, 727, 728.
  • the multipath pumping light paths of the first to fourth pumping lights P1, P2, P3, and P4 are substantially the same as those of the pumping light of the embodiment described with reference to FIGS. 2, 3A, and 3B.
  • the position where the first pumping light inlet to the fourth pumping light inlet 725, 726, 727, and 728 is formed, or the inclination angle and the inclination direction of the first and second scene discs 111 and 112 are determined by the first direction.
  • the first to fourth pumping light spots formed in the parabolic reflector 721 and the second parabolic reflector 722 may be set so as not to overlap each other. In the thin disk laser device 700 of the present exemplary embodiment, since the first to fourth pumping light spots are formed over the entire area of the first parabolic reflector 721 and the second parabolic reflector 722, the first parabolic reflector ( 721 and the second parabolic reflector 722 can be utilized efficiently.
  • FIG. 12 is a schematic structural diagram of a thin disk laser device 800 according to another embodiment of the present invention. Except for the multipath pumping structure of the punctured light in the thin disk laser device 800 of the present embodiment, the other components may be substantially the same as the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 11, and thus the differences will be mainly described.
  • the thin disk laser apparatus 800 of the present embodiment may include a first thin disk 111 and a second thin disk 112, a first parabolic reflector 821, a second parabolic reflector 822, and a second parabolic reflector 822. And a second pumping light source 851 and a second pumping light source 852.
  • the first parabolic reflector 821 and the second parabolic reflector 822 are coaxially arranged while the parabolic reflecting surfaces face each other.
  • One pumping light entrance hole 825 is provided in the first parabolic reflector 821.
  • the first pumping light source 851 and the second pumping light source 852 include one parabolic reflector through the pumping light inlet 825 where the first pumping light P1 and the second pumping light P2 are the same. And side by side to be incident into the space between the second parabolic reflectors 821 and 822.
  • the multipath pumping light path of each of the first pumping light P1 and the second pumping light P2 is substantially the same as that of the pumping light of the embodiment described with reference to FIGS. 2, 3A, and 3B.
  • the thin disk laser device 800 has been described as an example in which two pumping lights are incident on one pumping light incident hole 825, but three or more pumping lights may be incident side by side.
  • a plurality of pumping light entrance holes as in the embodiments described with reference to FIGS. 8 to 11, a plurality of pumping beams may be incident to each of the pumping light entrance holes.

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Abstract

씬디스크 레이저 장치가 개시된다. 개시된 씬디스크 레이저 장치는 서로 마주보며 동축으로 배치되는 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경과, 각기 레이저 매질과 반사면을 구비하며 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경의 정점에 각각 배치되어 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경과 함께 펌핑광의 멀티패스를 형성하는 제1 씬디스크 및 제2 씬디스크와, 제1 포물면 반사경과 제2 포물면 반사경 사이의 공간에 배치되어 신호광을 반사시키는 제1 내부 미러 및 제2 내부 미러와, 제1 내부 미러와 제2 내부 미러 사이의 신호광의 광경로상에 배치되는 복수의 미러를 포함하며, 제1 내부 미러, 제2 내부 미러, 및 복수의 미러는 신호광을 제1 씬디스크과 제2 씬디스크 사이에서 반사를 반복시킴으로서 증폭시킨다.

Description

씬디스크 레이저 장치
본 개시는 레이저 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 씬디스크 형상의 레이저 매질을 이용한 씬디스크 레이저 장치에 관한 것이다.
본 발명은 반도체, 디스플레이, PCB, 스마트폰 등과 같은 마이크로전자산업 제품과 부품들을 위한 초미세/비열가공을 위한 고출력 피코초 또는 펨토초 레이저/장치를 효율적으로 구성할 수 있는 고효율 레이저장치에 대한 것이다.
씬디스크 레이저는 만족스럽게 냉각될 수 있는 얇은 두께(씬디스크)의 레이저 활성 매질(증폭기 매질)을 갖는다. 따라서, 냉각효율이 매우 높은 씬디스크 레이저의 개념은 수 킬로와트 범위의 높은 레이저 파워까지 적용되기에 적절하다. 그러나, 증폭기 매질의 얇은 두께로 인해, 레이저 활성 매질을 통한 통과 중에 1회나 낮은 횟수의 통과만으로는 펌프 복사가 거의 흡수되지 않으므로 레이저 활성 매질의 펌핑시에 적절한 조치의 제공 없이는 레이저 시스템의 낮은 효율을 초래한다. 레이저 활성 매질에서의 레이저 발진 또는 증폭조건을 만족시키는 데에 필요한 최소 에너지 또는 최소 레이저 파워를 달성하기 위하여, 펌프 복사에 대한 다중 경로(multiple pass) 흡수구조를 가진 멀티 패스 펌핑 구조가 일반적으로 요구된다.
종래기술1(EP1252687)은 통상의 씬디스크 레이저 기술로서 V자형 프리즘 반사경 2쌍, 포물면 반사경 1개, 씬디스크 레이저 매질 1개를 사용하면서 레이저광 펌핑을 위하여 수십 회 이상의 멀티 패스 펌핑을 달성하고 있는데, 프리즘 반사경 2쌍을 초정밀로 광축 정렬하지 못하면 펌핑광 중첩에 오차가 발생하여 펌핑 효율이 저하되고 증폭율이 나빠질 수 있게 된다. 또한 씬디스크 레이저 매질 1개를 사용하다 보니 씬디스크 레이저 매질 1회 왕복시 흡수율이 매우 낮으므로 수십 회의 왕복 흡수 과정이 필요하게 된다. 왕복 횟수가 많아질수록 정밀 중첩을 해야만 하는 펌핑광의 개수가 증가하여 광축 정렬에 대한 정밀도가 더욱 높아져서 광축 정렬 오차, 기계 가공 오차, 장기 신뢰성 관련 기구 광학적 안정성 오차 등에 대한 부담이 크게 높아지게 된다.
또한 종래기술2(US2013-0039378)는 종래기술1의 문제점을 극복하기 위하여 제시되었다. 종래기술2는 종래기술1의 초정밀 광축 정렬이 필요하다는 단점을 극복하기 위하여 포물면 반사경 2개, 씬디스크 레이저 매질 1개, 조정 미러 1개를 사용함으로써 포물면 반사경에 입사하는 평행광이 포물면 반사경의 초점으로 입사한다는 장점을 극대화시킴으로써 초정밀 광축 정렬에 대한 부담은 경감시킬 수 있는 구조이나, 씬디스크 레이저 매질을 1개 사용하다 보니 씬디스크 모듈 1개에서는 필요한 통상 24회 또는 48회 이상인 수십 회 이상의 왕복 흡수 과정이 동일하므로 단일 증폭기에서 증폭효율 증대에 다소 비효율적이라는 문제점이 있었다.
또한 종래기술3(CN102684051A)은 종래기술1의 문제점을 극복하기 위하여 제시되었다. 종래기술3은 포물면 반사경 2개, 씬디스크 레이저 매질 2개를 사용함으로써 포물면 반사경에 입사하는 평행광이 포물면 반사경의 초점으로 입사한다는 장점을 극대화시킬 수 있는 구조이나, 2개의 포물면 반사경을 펌핑광용 멀티패스 미러와 신호광용 공진기로 동시에 사용하기에 초정밀 광축 정렬에 대한 부담은 가중되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 레이저 공진기 또는 레이저 증폭기 출력을 얻으면서 광학소자들의 정렬을 좀 더 용이하게 하고자 하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따르는 씬디스크 레이저 장치는, 서로 마주보며 동축으로 배치되는 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경; 각기 레이저 매질과 상기 레이저 매질의 배면에 위치하는 반사면을 포함하며, 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경의 정점에 각각 배치되어 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경과 함께 펌핑광의 멀티패스를 형성하는 제1 씬디스크 및 제2 씬디스크; 상기 제1 포물면 반사경과 상기 제2 포물면 반사경 사이의 공간에 배치되어 신호광을 반사시키는 제1 내부 미러 및 제2 내부 미러; 및 상기 제1 내부 미러와 상기 제2 내부 미러 사이를 연결해 주기 위하여 신호광의 광경로상에 배치되는 복수의 미러;를 포함하며, 상기 제1 내부 미러, 상기 제2 내부 미러, 및 상기 복수의 미러는 신호광을 상기 제1 씬디스크와 상기 제2 씬디스크 사이에서 반사를 반복시킴으로서 증폭시킨다.
상기 제1 내부 미러는 상기 제1 내부 미러에서 상기 제1 씬디스크로 입사된 신호광이 상기 제1 내부 미러 쪽으로 반사되도록 배치되며, 상기 제2 내부 미러는 상기 제2 내부 미러에서 상기 제2 씬디스크로 입사된 신호광이 상기 제2 내부 미러 쪽으로 반사되도록 배치될 수 있다.
상기 제1 내부 미러는 상기 제1 씬디스크의 전면의 법선상에 위치하거나 상기 법선의 근방에 위치하며, 상기 제2 내부 미러는 상기 제2 씬디스크의 전면의 법선상에 위치하거나 상기 법선의 근방에 위치할 수 있다.
신호광은 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경에서 반사되지 않는다.
시드광을 공급하는 시드광 소스를 더 포함하며, 상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크는 시드광을 신호광으로 증폭할 수 있다.
상기 시드광 소스에서 방출되는 시드광은 편광된 레이저광일 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 제1 씬디스크와 상기 제2 씬디스크 사이의 신호광의 광경로상에 배치되어 제어 신호에 따라 신호광의 경로를 변경하여 외부로 출력시키는 광경로 변환기를 더 포함할 수 있다.
상기 광경로 변환기는 제어 신호에 따라 신호광의 편광을 변경시키는 전기광학소자와, 편광 방향에 따라 신호광을 분리해 주는 편광빔스플리터를 포함할 수 있다.
상기 제1 내부 미러 및 상기 제2 내부 미러를 통해 정렬용 빔을 상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크에 각기 조사할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르는 씬디스크 레이저 장치는, 서로 마주보며 동축으로 배치되는 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경; 각기 레이저 매질과 상기 레이저 매질의 배면에 위치하는 반사면을 포함하며, 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경의 정점에 각각 배치되어 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경과 함께 펌핑광의 멀티패스를 형성하는 제1 씬디스크 및 제2 씬디스크; 상기 제1 포물면 반사경과 상기 제2 포물면 반사경 사이의 공간에 배치되어 상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크로부터 발진되는 제1 및 제2 신호광을 반사시키는 제1 내부 미러 및 제2 내부 미러; 및 상기 제1 내부 미러 및 상기 제2 내부 미러로부터 반사되는 제1 신호광 및 제2 신호광의 일부를 각각 상기 제1 내부 미러 및 상기 제2 내부 미러로 재반사시키고 다른 일부는 출력시키는 제1 신호광 출력 커플러 및 제2 신호광 출력 커플러;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 씬디스크 레이저 장치는, 서로 마주보며 동축으로 배치되는 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경; 각기 레이저 매질과 상기 레이저 매질의 배면에 위치하는 반사면을 포함하며, 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경의 정점에 각각 배치되어 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경과 함께 펌핑광의 멀티패스를 형성하는 제1 씬디스크 및 제2 씬디스크; 상기 제1 포물면 반사경과 상기 제2 포물면 반사경 사이의 공간에 배치되는 제1 내부 미러;를 포함하며, 상기 제1 내부 미러는 상기 제1 내부 미러에서 상기 제1 씬디스크로 입사된 제1 신호광이 상기 제1 내부 미러 쪽으로 반사되도록 상기 제1 씬디스크의 전면에 배치될 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 제1 포물면 반사경과 상기 제2 포물면 반사경 사이의 공간에 배치되는 제2 내부 미러를 더 포함하며, 상기 제2 내부 미러는 상기 제2 내부 미러에서 상기 제2 씬디스크로 입사된 제2 신호광이 상기 제2 내부 미러 쪽으로 반사되도록 상기 제2 씬디스크의 전면에 배치될 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 제1 내부 미러에서 전달되는 제1 신호광을 상기 제2 내부 미러로 보내고 상기 제2 내부 미러에서 전달되는 제2 신호광을 상기 제1 내부 미러로 보내는 복수의 미러를 더 포함할 수 있다.
제1 신호광과 제2 신호광은 광학적으로 분리되어 상기 제1 씬디스크와 상기 제2 씬디스크에서 각기 개별적으로 증폭될 수 있다.
제1 신호광 및 제2 신호광은 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경에서 반사되지 않는다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 제1 포물면 반사경의 외측에 마련되는 제2 신호광 전반사 미러와 제2 신호광 출력 커플러를 더 포함하며, 상기 제1 포물면 반사경은 제2 신호광에 대한 출력 커플러측 통로와 전반사 미러측 통로를 포함하며, 상기 제2 신호광 전반사 미러에서 반사된 제2 신호광이 상기 전반사 미러측 통로를 통해 상기 제2 씬디스크로 향하며, 상기 제2 씬디스크에서 반사된 제2 신호광이 상기 출력 커플러측 통로를 통해 상기 제2 신호광 출력 커플러로 향하며, 제2 신호광의 일부는 상기 제2 신호광 출력 커플러에서 상기 제2 씬디스크로 일부가 재반사될 수 있으며 제2 신호광의 다른 일부는 제2 신호광 출력 커플러를 통과하여 진행하던 방향으로 출력광이 되어 출력됨으로써 제2 신호광에 대한 공진기를 구성할 수 있으며, 제 2 신호광 전반사 미러와 제2 신호광 출력 커플러는 서로 교환하여 배치될 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 제1 씬디스크로부터 상기 제1 내부 미러를 통해 전달된 제1 신호광을 상기 출력 커플러측 통로를 통해 제2 씬디스크로 보내고 상기 제2 씬디스크로부터 재반사되어 상기 출력 커플러측 통로를 통과하는 제2 신호광을 다시 상기 제1 내부 미러로 보낼 수 있는 복수의 미러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 씬디스크 레이저 장치는, 제1 포물면 반사경; 상기 제1 포물면 반사경과 서로 마주보며 동축으로 배치되며, 제1 신호광에 대한 제1 출력 커플러측 통로와 제1 전반사 미러측 통로를 포함하는 제2 포물면 반사경; 각기 레이저 매질과 상기 레이저 매질의 배면에 위치하는 반사면을 포함하며, 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경의 정점에 각각 배치되어 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경과 함께 펌핑광의 멀티패스를 형성하는 제1 씬디스크 및 제2 씬디스크; 상기 제2 포물면 반사경의 외곽에 배치되어 신호광의 일부는 반사시켜 상기 제1 출력 커플러측 통로를 통해 상기 제1 씬디스크로 직접 향하게 하며, 제1 신호광의 일부를 출력시키는 제1 신호광 출력 커플러; 및 상기 제2 포물면 반사경의 외곽에 배치되어 상기 제1 씬디스크에서 오는 신호광을 상기 제1 씬디스크로 재반사시키는 제1 신호광 전반사 미러;를 포함할 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 제1 포물면 반사경의 외곽에 배치되는 제2 신호광 출력 커플러 및 제2 신호광 전반사 미러를 더 포함하며, 상기 제1 포물면 반사경에는 제2 신호광에 대한 제2 출력 커플러측 통로와 제2 전반사 미러측 통로가 마련되며, 상기 제1 신호광 출력 커플러는 제2 신호광의 일부를 반사시켜 상기 제2 출력 커플러측 신호광 통로를 통해 상기 제1 씬디스크에서 직접 향하게 하며, 제2 신호광의 일부는 출력시키며, 상기 신호광 전반사 미러는 상기 제2 전반사 미러측 통로를 통해 상기 제1 씬디스크에서 오는 제2 신호광을 상기 제1 씬디스크로 재반사시킬 수 있다.
제1 신호광 및 제2 신호광은 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경에서 반사되지 않는다.
상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크는 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경의 광축에 대해 경사질 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크 각각에 배면에 배치되는 제1 히트싱크 및 제2 히트싱크를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경 각각의 정점에는 상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크가 장착되는 제1 장착 구멍 및 제2 장착 구멍이 마련될 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 레이저 매질을 여기시키는 제1 펌핑광을 출사하는 제1 펌핑광 소스를 더 포함하며, 상기 제1 펌핑광이 상기 제1 포물면 반사경과 제2 포물면 반사경 사이의 공간으로 입사되도록 하는 제1 펌핑광 입사구가 상기 제1 포물면 반사경에 형성될 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 레이저 매질을 여기시키는 제2 펌핑광을 출사하는 제2 펌핑광 소스를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 펌핑광이 상기 제1 포물면 반사경과 제2 포물면 반사경 사이의 공간으로 입사되도록 하는 제2 펌핑광 입사구가 상기 제1 포물면 반사경에 형성될 수 있다.
상기 제1 펌핑광 입사구와 상기 제2 펌핑광 입사구는 상기 제1 포물면 반사경의 정점을 기준으로 좌우 대칭적으로 형성될 수 있다.
상기 제2 펌핑광이 상기 제1 포물면 반사경과 제2 포물면 반사경 사이의 공간으로 입사되도록 하는 제2 펌핑광 입사구가 상기 제2 포물면 반사경에 형성될 수 있다.
상기 제2 펌핑광은 상기 제2 펌핑광 입사구를 통해 상기 제1 포물면 반사경과 제2 포물면 반사경 사이의 공간으로 입사될 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 레이저 매질을 여기시키는 제3 펌핑광 및 제4 펌핑광을 출사하는 제3 펌핑광 소스 및 제4 펌핑광 소스를 더 포함할 수 있다.
일 실시예의 씬디스크 레이저 장치는 상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크의 전면에 형성되는 제1 펌핑광 스폿 및 제2 펌핑광 스폿을 촬상하는 펌핑빔모드관찰장치를 더 포함할 수 있다.
개시된 실시예들에 의한 씬디스크 레이저 장치는 씬디스크 모듈 1개에 2개의 씬디스크를 설치하고 2개의 포물면 반사경과 함께 사용함으로써 1개의 씬디스크 모듈만으로도 기존의 펌핑파워의 2배인 총펌핑파워를 입력시킬 수 있으므로 동일한 최대 온도 동작 조건에서도 2배의 씬디스크 레이저 출력 또는 2배의 씬디스크 증폭기 출력을 얻을 수 있다.
개시된 실시예들에 의한 씬디스크 레이저 장치는 씬디스크 모듈 1개에 2개의 씬디스크를 설치하고 2개의 포물면 반사경과 함께 사용함으로써 1개의 씬디스크 모듈에 기존과 동일한 총펌핑파워를 입력하더라도 씬디스크당 입력되는 펌핑파워를 기존의 절반으로 감소시킬 수 있으므로 온도 동작조건이 절반으로 감소하여 훨씬 안정적인 씬디스크 레이저 또는 씬디스크 증폭기 동작을 얻을 수 있다.
개시된 실시예들에 의한 씬디스크 레이저 장치는 씬디스크 모듈 1개에 2개의 씬디스크와 2개의 포물면 반사경을 설치하고, 2개의 포물면 반사경 사이의 중간쯤에 레이저 신호광의 진행방향을 변경하는 2개의 반사경을 설치함으로써, 씬디스크 모듈을 레이저로 조립시 자체 발진(Self-Lasing)을 원활하게 할 수 있다.
개시된 실시예들에 의한 씬디스크 레이저 장치는 씬디스크 모듈 1개에 2개의 씬디스크와 2개의 포물면 반사경을 설치하고, 2개의 포물면 반사경 사이의 중간쯤에 레이저 신호광의 진행방향을 변경하는 2개의 반사경을 설치함으로써, 씬디스크 모듈의 조립시 광학소자들의 정렬을 좀 더 용이하게 할 수 있다.
개시된 실시예들에 의한 씬디스크 레이저 장치는 펌핑광 스폿을 실시간으로 관찰할 수 있는 펌핑광 모드 관찰 장치를 씬디스크 모듈에 마련함으로써, 씬디스크마다 관찰가능하고 기구적 간섭이 없는 위치에 설치하여 수십 회 이상의 펌핑광 스폿들이 실질적으로 완벽하게 중첩되는 것을 관찰하고 실질적으로 중첩을 가능하게 조절할 수 있게 할 수 있으므로 원활하고 효과적인 왕복 펌핑 흡수가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 씬디스크 레이저 장치에서 펌핑광의 광선 경로를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 씬디스크 레이저 장치에서 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경에 형성되는 펌핑광 스폿 및 펌핑광의 경로를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 도 1의 씬디스크 레이저 장치에서 시드광 소스의 입사, 증폭 및 출력을 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8의 씬디스크 레이저 장치에서 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경에 형성되는 펌핑광 스폿 및 펌핑광의 경로를 도시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치(100)의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)는 제1 씬디스크(111), 제2 씬디스크(112), 제1 포물면 반사경(121), 제2 포물면 반사경(122), 시드광 소스(130), 신호광 광학계(140), 및 펌핑광 소스(150)를 포함한다.
제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)은 포물면 형상의 반사면이 서로 마주보면서 동축으로 배치된다. 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)은 동일한 곡률의 포물면 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)에서, 제1 포물면 반사경(121)의 정점(vertex)은 제2 포물면 반사경(122)의 초점이 되고, 제2 포물면 반사경(122)의 정점은 제1 포물면 반사경(121)의 초점이 되도록 배치된다. 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)에는 미세한 광축 정렬 등을 할 수 있도록 각각 포물면 반사경 조정 장치(미도시)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 포물면 반사경 조정 장치는 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)를 각각 독립적으로 수평축, 수직축 방향의 기울기를 조절할 수 있게 해 준다.
제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)의 반사면은 단면외곽 형상이 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122) 각각의 정점에는 제1 장착 구멍(123) 및 제2 장착 구멍(124)이 관통되어 있다. 또한, 제1 포물면 반사경(121)의 일측에는 펌핑광 입사구(125)가 형성되어, 제1 포물면 반사경(121)의 바깥에서 펌핑광(P)이 입사될 수 있도록 한다. 펌핑광 입사구(125)의 형상은 도 2에 도시된 것처럼 직사각형의 개구 형상을 가질 수 있으나, 이에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 펌핑광 입사구(125)의 형상은 원형, 다각형 등의 다양한 개구 형상을 가질 수 있다.
제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)는 레이저 매질을 포함한다. 레이저 매질은 예를 들어 서브mm의 두께로 매우 얇고 수 mm 내지 수십 mm의 직경을 가지는 디스크 형상을 가질 수 있다. 디스크는 원형, 사각형, 다각형 등의 형상을 지닐 수 있다. 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)은 상대적으로 넓은 면적의 전면 및 배면, 상대적으로 작은 면적의 측면을 포함한다. 후술하는 바와 같이 레이저 매질의 전면에서 펌핑광과 신호광이 입사된다. 레이저 매질의 전면에는 펌핑광과 신호광 모두에 대한 반사방지층이 마련되어 있을 수 있다. 레이저 매질은 펌핑광에 의해 매질 내의 이온들을 여기시켜서 신호광을 증폭시키는 역할을 수행한다. 레이저 매질의 전면은, 증폭자발방출 (ASE: Amplified Spontaneous Emission)을 억제하기 위하여, 배면에 대해 약간 경사지게 형성되어 있을 수도 있다. 레이저 매질의 배면에는 신호광과 펌핑광 모두에 대한 전반사층이 형성되어 있다. 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 배면에는 제1 히트 싱크(115) 및 제2 히트 싱크(116)가 각각 배치된다. 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 배면과 제1 히트 싱크(115) 및 제2 히트 싱크(116)의 냉각면 사이에는 열전도성 접착층 (Thermally-Conductive Adhesive)이 마련되어, 열전도율과 접착력을 향상시킬 수 있다. 다른 예로, 접착층 없이 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)와 제1 히트 싱크(115) 및 제2 히트 싱크(116)는 압력차나, 기계적인 수단 등을 이용하여 결합될 수도 있다. 제1 히트 싱크(115) 및 제2 히트 싱크(116)는 예를 들어 냉매를 이용한 유체 냉각 방식으로 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)에서 발생된 열을 제거할 수 있다. 냉매는 예를 들어 물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)는 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)에 마련된 제1 장착 구멍(123) 및 제2 장착 구멍(124)에 각각 설치된다. 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)는 전면 중심이 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)의 정점에 각각 위치하도록 배치될 수 있다. 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 전면은 광평면(Optical Plane)을 기준으로 경사져 있다. 여기서, 광편면은 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)의 광축(OA)과 펌핑광(P) 입사 광선으로 놓이는 평면을 의미한다. 달리 말하면, 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 전면의 법선(111a, 112a)과 제1포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)의 광축(OA)은 영(zero)보다 큰 소정의 각도(θ1, θ2)로 벌어져 있다. 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 경사진 각도(θ1, θ2)는 서로 같을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)은 서로 같은 방향으로 경사지거나 혹은 서로 반대 방향으로 경사질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이와 같은 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 경사 각도(θ1, θ2) 및 경사 방향은 후술하는 바와 같이 펌핑광의 멀티 패스를 구현하도록 설계된다. 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)에는 미세한 광축 정렬 등을 할 수 있도록 각각 씬디스크 조정 장치(미도시)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 씬디스크 조정 장치는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)를 각각 독립적으로 수평축, 수직축 방향의 기울기를 조절할 수 있다.
시드광 소스(130)는 예를 들어 반도체 레이저 다이오드 또는 피코초나 펨토초 모드잠금 광섬유 시드레이저 또는 나노초급의 큐스위치(Q-Switched) 고체레이저를 포함하는 레이저 소스일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 시드광 소스(130)는 일 예로 수평 편광의 시드광(L)을 방출할 수 있다.
신호광 광학계(140)는 제1 편광빔스플리터(polarized beam splitter)(141), 패러데이 회전자(Faraday rotator)(142), 반파장판(half-wavelength plate)(143), 제2 편광빔스플리터(polarized beam splitter)(144), 1/4파장판(quarter-wavelength plate)(145), 포켈셀(Pockels cell)(146), 및 제1 미러 내지 제8 미러(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8)를 포함할 수 있다.
제1 편광빔스플리터(141)는 수평 편광(horizontal polarization)의 광을 통과시키고, 수직 편광(vertical polarization)의 광은 반사한다.
패러데이 회전자(142)는 입사되는 수평 편광의 광의 편광을 패러데이 효과를 이용하여 45도 위상변화를 일으켜 45도 선편광의 광으로 변환시키며, 패러데이 회전자(142)를 출사후 되돌아 오는 재입사하는 45도 선편광의 광에 추가적인 45도 위상변화를 일으켜 수직 편광의 광으로 변환시킨다.
반파장판(143)은 빠른축(fast axis)에 대해 느린축으로 가는 편광 방향의 빛을 반파장만큼 차이가 나도록 만드는 파장판으로, 45도 선편광의 광을 수평 편광의 광으로 변환시키며, 수평 편광의 광을 45도 선편광의 광으로 변환시킨다.
제2 편광빔스플리터(144)는 수평 편광과 수직 편광을 각각 투과 또는 반사하는 방향으로 2개의 서로 수직인 선편광성분을 분리시킬 수 있는데, 수평 편광의 광을 통과시키고 수직 편광의 광은 반사시키는 방향으로 적용시킬 수 있다.
1/4파장판(145)은 빠른축에 대해 느린축으로 가는 편광을 4분의 1파장만큼 차이가 나도록 하는 편광판으로, 수평 편광의 광을 우원편광으로 변환시키고, 좌원편광의 광을 수직 편광의 광으로 변환시킬 수 있다.
포켈셀(146)은 포켈효과(Pockels effect)를 가지는 결정에 전압을 인가하여 편광 변환을 능동적으로 수행하는 소자이다. 예를 들어, 포켈셀(146)은 전압이 인가되지 않았을 때는 편광변환없이 광을 통과시키고, 전압이 인가된 상태에서는 1/4파장판처럼 동작하여 좌원편광의 광을 수평 편광의 광으로 변환시키고 수평 편광의 광을 좌원편광으로 변환시킬 수 있다.
제1 편광빔스플리터(141), 패러데이 회전자(142), 반파장판(143), 제2 편광빔스플리터(144), 1/4파장판(145), 및 포켈셀(146)은, 후술하는 바와 같이 포켈셀(146)에 인가되는 전압(즉, 제어신호)에 따라, 입사되는 편광의 수평편광성분과 수직편광성분의 위상차를 발생시켜 편광을 변화시킴으로써 제1 편광빔스플리터(141) 및 제2 편광빔스플리터(144)에서 반사되거나 투과시키도록 해 줌으로써 신호광을 공진되는 경로에서 벗어나 출력하도록 하는 광경로 변환기의 일 예이며, 공지된 다른 광학 배치가 채용될 수도 있음은 물론이다.
제1 미러 내지 제8 미러(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8)를 시드빔이 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)에 입사되도록 배치하고, 또한 시드빔이 증폭된 후에 신호광으로 공진되고 출력되는 광경로를 형성하도록 배치한다. 제1 미러 내지 제8 미러(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8) 중 적어도 2개 미러, 즉 제4 미러(제1 내부 미러)(M4)와 제8 미러(제2 내부 미러)(M8)는 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122) 사이의 공간, 예를 들어 중간 부근, 에 배치된다. 제4 미러(제1 내부 미러)(M4)는 제4 미러(제1 내부 미러)(M4)에서 제1 씬디스크(111)로 입사된 신호광이 제4 미러(제1 내부 미러)(M4) 쪽으로 반사되도록 배치된다. 또한, 제8 미러(제2 내부 미러)(M8)는 제8 미러(제2 내부 미러)(M8)에서 제2 씬디스크(112)로 입사된 신호광이 제8 미러(제2 내부 미러)(M8) 쪽으로 반사되도록 배치된다. 좀 더 구체적으로, 제4 미러(제1 내부 미러)(M4)는 제1 씬디스크(111)의 전면의 법선(111a)상에 또는 상기 법선(111a)의 근방에 45도로 경사지게 배치되고, 제8 미러(제2 내부 미러)(M8)는 제2 씬디스크(112)의 전면의 법선(112a)상에 또는 상기 법선(112a)의 근방에 45도로 경사지게 배치될 수 있다. 본 실시예는 제4 미러(제1 내부 미러)(M4) 및 제8 미러(제2 내부 미러)(M8)의 경사각도가 45도인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 미러 내지 제8 미러(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8)는 평면 미러일 수 있다. 경우에 따라서는 제1 미러 내지 제8 미러(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8) 중 일부가 집속미러(focusing mirror)일 수도 있다.
펌핑광 소스(150)는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)를 여기시키는 펌핑광(P)을 출사한다. 펌핑광 소스(150)는, 펌핑광(P)이 제1 포물면 반사경(121)의 펌핑광 입사구(125)를 통해 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122) 사이의 공간으로 입사되도록 배치된다. 나아가, 펌핑광 소스(150)는, 펌핑광(P)이 펌핑광 입사구(125)를 통해 광축(OA)에 평행하게 입사되도록 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 펌핑광 소스(150)에는 미세한 광축 정렬 등을 할 수 있도록 펌핑광 조정 장치(미도시)가 마련될 수 있다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)는 제1 펌핑빔모드관찰장치(161) 및 제2 펌핑빔모드관찰장치(162)를 더 포함할 수 있다. 제1 펌핑빔모드관찰장치(161) 및 제2 펌핑빔모드관찰장치(162)는 예를 들어 실시간으로 이미지를 획득할 수 있는 촬영장치(즉, 카메라)일 수 있으며, 각각 기구적 및 광학적 간섭이 없는 위치에 설치하여 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 전면을 촬영한다. 펌핑광 소스(150)에서 출사된 펌핑광(P)은 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)에서 수십차례 반복하면서 입사 및 반사되면서, 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 전면에 펌핑광 스폿을 형성하는데, 제1 펌핑빔모드관찰장치(161) 및 제2 펌핑빔모드관찰장치(162)는 펌핑광 스폿을 포함한 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 표면을 디스플레이를 통해 실시간으로 관찰할 수 있다. 이와 같이 제1 펌핑빔모드관찰장치(161) 및 제2 펌핑빔모드관찰장치(162)를 통해 펌핑광 스폿을 실시간으로 관찰함으로써, 펌핑광 스폿이 실질적으로 완벽하게 중첩을 가능하게 조절할 수 있게 할 수 있으므로, 원활하고 효과적인 멀티패스의 왕복펌핑흡수가 가능하다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)는 출력되는 신호광의 세기를 측정하는 레이저출력 모니터링 장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 레이저출력 모니터링 장치는 제1 편광빔스플리터(141)의 출력단 쪽에 배치되는 광파워 미터(optical power meter) 또는 펄스레이저인 경우에 광검출기(photodiode)일 수 있다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)에서 제1 씬디스크(111), 제2 씬디스크(111, 112), 제1 포물면 반사경(121), 제2 포물면 반사경(122) 및 신호광 광학계(140)의 일부 광학부품(예를 들어, 제4 미러(제1 내부 미러)(M4) 및 제8 미러(제2 내부 미러)(M8)는 레이저 가공 장치에 독립적으로 설치될 수 있는 하나의 씬디스크 모듈로 구성할 수 있다. 나아가, 시드광 소스(130), 신호광 광학계(140)의 나머지 광학부품들, 및 펌핑광 소스(150)는 일종의 플러그인 모듈처럼 씬디스크 모듈에 장착하여 함께 사용할 수 있다.
다음으로, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)에서 멀티패스 펌핑 동작을 설명한다.
도 2는 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)에서 펌핑광의 광선 경로를 도시하며, 도 3a 및 도 3b는 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)에서 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)에 형성되는 펌핑광 스폿 및 펌핑광의 광경로를 각각 도시한다.
펌핑광 소스(150)에서 출사된 펌핑광(P)은 제1 포물면 반사경(121)의 펌핑광 입사구(125)를 통해 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122) 사이의 공간으로 입사된다. 펌핑광 입사구(125)를 통해 입사된 펌핑광(P)은 도 3a 및 도 3b에 도시되듯이, 제2 포물면 반사경(122)의 제4 사분면(제2 포물면 반사경(122)의 반사면을 바라볼 때 기준)의 최상단에 위치한 제1 위치(S1)에 펌핑광 스폿을 형성한다. 펌핑광(P)은 광축(OA)에 평행하도록 입사되므로, 제2 포물면 반사경(122)의 제1 위치(S1)에서 반사된 펌핑광(P)은 제1 포물면 반사경(121)의 정점에 위치한 제1 씬디스크(111)에 입사된다. 제1 씬디스크(111)에 입사된 후, 펌핑광(P)은 반사되어 제2 포물면 반사경(122)의 제2 사분면의 최하단보다 약간 위쪽에 위치한 제2 위치(S2)에 펌핑광 스폿을 형성한다. 제1 씬디스크(111)는 약간 경사지어 있으므로, 제2 위치(S2)는 제2 포물면 반사경(122)의 정점을 기준으로 제1 위치(S1)와 대칭되지 않고 수직방향으로 약간 편차를 가지고 있어서 좌우는 대칭이 되지만 상하방향으로는 약간 올라가며 올라가는 거리는 제1 씬디스크(111)의 경사각에 비례한다. 제2 포물면 반사경(122)의 정점은 제1 포물면 반사경(121)의 초점이므로, 제2 포물면 반사경(122)의 제2 위치(S2)에 입사된 후, 펌핑광(P)은 제2 위치(S2)에서 광축(OA)에 평행하게 반사된다. 제2 포물면 반사경(122)의 제2 위치(S2)에서 광축에 평행하게 반사된 펌핑광(P)은 제1 포물면 반사경(121)의 제1 사분면(제2 포물면 반사경(122)의 반사면을 바라볼 때 기준)의 최하단에서 약간 위에 위치한 제3 위치(S3)에 광축(OA)에 평행하게 입사되고, 제2 포물면 반사경(122) 정점의 제2 씬디스크(112)로 반사된다. 이때 제2 포물면 반사경(122)의 제2 사분면은 제1 포물면 반사경(121)의 제1 사분면과 마주 보고 있다. 제2 씬디스크(112)에서 반사되므로 제1 씬디스크(111)의 초점에서 나오게 되는 펌핑광(P)은 제1 포물면 반사경(121)의 제3 사분면의 최상단에서 약간 아래에 위치한 제4 위치(S4)에 펌핑광 스폿을 형성한다. 제2 씬디스크(112)는 약간 경사지어 있으므로, 제4 위치(S4)는 제1 포물면 반사경(121)의 정점을 기준으로 제3 위치(S3)와 대칭되지 않고 수직방향으로 약간 편차를 가지고 있다. 제2 포물면 반사경(122)의 정점은 제1 포물면 반사경(121)의 초점이므로, 제1 포물면 반사경(121)의 제4 위치(S4)에 입사된 펌핑광(P)은 초점에서 나오는 광이므로 광축(OA)에 평행하게 반사된다. 상기와 같은 펌핑광(P)의 진행은 반복적으로 이루어져, 제1 위치(S1), 제2 위치(S2), …, 제13 위치(S13)와 같이 다중 경로를 형성하며, 펌핑광(P)은 제1 씬디스크(111), 제2 씬디스크(112)내의 레이저매질이온들을 반복적으로 여기시킨다. 도 3a 및 도 3b에서의 펌핑광(P)의 반복 횟수는 예시적인 것이며, 예를 들어 24회, 48회 등과 같이 반복 반사되면서 멀티패스 펌핑을 구현할 수 있다.
다음으로, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)에서 시드 광(신호광)의 입사, 증폭 및 출력을 설명한다.
도 4a는 시드 광(L)이 신호광 광학계(140)에 입사되는 과정을 설명하며, 이때 포켈셀(146)은 전압이 인가되지 않은 상태에 있다.
도 4a를 참조하면, 시드광 소스(130)에서 출사된 수평 편광의 시드 광(L)은 제1 미러(M1)에서 반사되어 신호광 광학계(140)에 입사된다. 수평 편광의 시드 광(L)은 제1 편광빔스플리터(141)에서 그대로 통과한다. 제1 편광빔스플리터(141)를 통과한 수평 선편광의 광(L)의 편광은 패러데이 회전자(142)에서 45도 회전된 선편광의 광이 되며, 반파장판(143)을 경유하여 다시 수평 편광의 광(L)으로 변환된다. 이때 패러데이 회전자(142)는 자기광학효과(magneto-optic effect)에 기반한 선편광을 또 다른 선편광으로 회전시켜 주는 장치이며, 회전크기는 빔진행방향의 패러데이 매질길이(d)와 자기장의 세기(B; magnetic flux density)와 매질고유특성인 베르데상수(Verdet constant)에 비례한다. (이때 패러데이 회전자(142)가 영구자석을 사용하는 경우, 영구자석을 사용하여 확보하는 자기장은 절대좌표계에서 방향성을 가지므로 선편광 회전시 절대적인 방향성을 가지게 된다. 패러데이 회전자(142)에선 입사지점에서 입사한 빔의 편광방향을 시계방향으로 45도 회전시킨다면, 출사지점으로 재입사하는 빔의 편광방향은 비대칭적인 반시계방향으로 45도 회전시킨다.) 반파장판(143)을 경유한 수평 편광의 광(L)은 제2 편광빔스플리터(144)을 수평편광 상태 그대로 통과하며, 1/4파장판(145)에 입사된다. 수평 편광의 광(L)은 1/4파장판(145)에서 우원편광의 광(L)으로 변환된 후, 포켈셀(146)에 입사된다. (1/4파장판(145)은 패러데이 회전자(142)와 달리 절대적인 방향성을 잡아 주는 장치가 없으므로 절대좌표계에서 대칭성을 가지게 되므로 입사지점으로 입사한 빔의 편광방향을 시계방향으로 45도 회전시킨다면, 출사지점으로 재입사하는 빔의 편광방향도 대칭적인 시계방향으로 45도 회전시킨다.) 포켈셀(146)은 전압이 인가되지 않은 상태에 있으며, 따라서 우원편광의 광(L)은 포켈셀(146)에서 편광변환없이 그대로 통과된다. 포켈셀(146)을 통과한 광(L)은 제2 미러(M2), 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)를 거쳐 제1 씬디스크(111)에 수직으로 입사된다. 제1 씬디스크(111)에 입사된 광(L)은 펌핑광(P)에 의해 여기된 제1 씬디스크(111)에서 증폭된 상태로 반사된다. 우원편광의 광(L)은 제1 씬디스크(111)에서 반사되면서 2개의 수직편광성분 사이에 180도의 위상차가 발생하므로 좌원편광의 광(L1)으로 변환된다. 참조번호 L1은, 편의상 제1 씬디스크(111)에서 반사되어 시계 반향으로 루프를 진행하는 광을 나타낸다. 좌원편광의 광(L1)은 다시 제4 미러(M4), 제3 미러(M3) 및 제2 미러(M2)의 순서대로 되돌아가며 포켈셀(146)을 편광변환없이 경유하고 1/4파장판(145)에서 수직편광으로 변환된다. 수직편광의 광(L1)은 제2 편광빔스플리터(144)에서 반사되고, 제5 미러(M5), 제6 미러(M6), 제7 미러(M7_, 및 제8 미러(M8)를 거쳐 제2 씬디스크(112)에 수직으로 입사된다. 제2 씬디스크(112)에 입사된 광(L1)은 펌핑광(P)에 의해 여기된 제2 씬디스크(112)에서 증폭된 상태로 반사된다. 수직편광의 광(L2)은 제2 씬디스크(112)에서 반사되면서 편광상태를 유지한다. 참조번호 L2은, 편의상 제2 씬디스크(112)에서 반사되어 반시계 반향으로 루프를 진행하는 광을 나타낸다. 수직편광의 광(L2)은 다시 제8 미러(M8), 제7 미러(M7), 제6 미러(M6) 및 제5 미러(M5)의 순서대로 되돌아가며, 제2 편광빔스플리터(144)에서 반사되어 제1 씬디스크(111) 쪽으로 향하게 된다.
도 4b는 시드 광(L)이 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)에서 재생증폭기(Regenerative Amplifier)를 구성하면서 증폭되는 과정을 설명하며, 이때 포켈셀(146)은 전압이 인가된 상태에 있다. 재생증폭기는 최초의 공진기에서 발진되어 출력되는 편광된 펄스빔을 펄스빔진행에 있어서 닫힌 구조의 별도공진기를 구성함으로써 원하는 횟수의 공진증폭을 얻고 원하는 펄스에너지까지 증폭시킬 수 있는 장치이다. 최초의 레이저에서 발생된 레이저펄스를 별도의 공진기로 증폭한다는 점에서 레이저펄스를 재생증폭한다는 의미에서 재생증폭기라고 부른다. 포켈셀에 인가되는 전압은 2개의 편광성분의 위상변화가 1/4파장만큼 발생할 정도의 크기를 사용하며, 포켈셀에 사용하는 결정에 인가되는 전압의 크기에 따라서 위상변화의 크기가 변화되는 선형 전기광학 효과(linear electro-optic effect)인 포켈효과를 사용하는데 위상변화의 크기는 빔의 진행방향으로 인가되는 전기장의 진폭(electric field amplitufe)과 정상광선 굴절율(refractive index of ordinary beam)의 3제곱과 포켈셀에 사용되는 비선형결정의 고유특성인 전기광학상수(electro-optic constant)의 곱에 비례한다. 이때 인가되는 전기장이 절대좌표계에서 방향성을 가지므로 패러데이 회전자와 유사한 편광회전 특성을 가지지만, 차이점은 1/4파장 회전전압을 인가하면 선편광을 원편광으로 변화시킨다는 점이다.
도 4b를 사용하여 먼저 펄스빔 1개를 재생증폭기 내부에 가두는 과정을 설명한다. 도 4b를 참조하면, 전술한 바와 같이 제2 씬디스크(112)에선 반사된 수직편광의 광(L2)은 제8 미러(M8), 제7 미러(M7), 제6 미러(M6) 및 제5 미러(M5)를 거쳐 제2 편광빔스플리터(144)에서 반사되며, 1/4파장판(145)을 경유하면서 좌원편광의 광(L2)으로 변환된다. (1/4파장판에 수평편광이 입사하면 우원편광으로, 수직편광이 입사하면 좌원편광으로 변환된다.) 1/4파장판(145)을 경유한 좌원편광의 광(L2)은 포켈셀(146)에 입사된다. 포켈셀(146)은 전압이 인가된 상태에 있으며, 따라서 좌원편광의 광(L2)은 포켈셀(146)에서 1/4파장만큼 추가로 회전되어 수평편광으로 편광변환되면서 통과된다. 포켈셀(146)을 통과한 수평편광의 광(L2)은 제2 미러(M2), 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)를 거쳐 제1 씬디스크(111)에 수직으로 입사되고 증폭된 상태로 반사된다. 수평편광의 광(L1)은 제1 씬디스크(111)에서 반사되면서 편광방향을 유지하며, 다시 제4 미러(M4), 제3 미러(M3) 및 제2 미러(M2)의 순서대로 되돌아가며 포켈셀(146)에 다시 입사된다. 수평편광의 광(L1)은 전압이 인가된 포켈셀(146)에서 좌원편광의 광(L1)으로 편광변환되고, 1/4파장판(145)에서 수직편광으로 변환된다. 수직편광의 광(L1)은 제2 편광빔스플리터(144)에서 반사되고, 제5 미러(M5), 제6 미러(M6), 제7 미러(M7), 및 제8 미러(M8)를 거쳐 제2 씬디스크(112)에 수직으로 입사되고 증폭된 상태로 반사된다. 수직편광의 광(L2)은 제2 씬디스크(112)에서 반사되면서 편광상태를 유지한다. 수직편광의 광(L2)은 다시 제8 미러(M8), 제7 미러(M7), 제6 미러(M6) 및 제5 미러(M5)의 순서대로 되돌아가며 제2 편광빔스플리터(144)에서 반사되어 제1 씬디스크(111) 쪽으로 향하게 된다. 상기와 같이 포켈셀(146)은 전압이 인가된 경우, 신호광 광학계(140)에 입사된 광(L)은 폐루프(closed loop)로 광경로가 닫히게 되어 공진하며 발진하게 된다. (이제까지의 편광변화들을 요약하면 다음과 같다. (a) 수평편광 -> 1/4파장판(145) -> 우원편광. (b) 우원편광 -> 거울반사(제1 씬디스크(111) 반사) -> 좌원편광. (c) 좌원편광 -> 1/4파장판(145) -> 수직편광. (d) 수직편광 -> 1/4파장판(145) -> 좌원편광. (e) 좌원편광 -> 포켈셀(146) -> 수평편광. (f) 수평편광 -> 거울반사(제2 씬디스크(112) 반사) -> 수평편광. (g) 수평편광 -> 포켈셀(146) -> 좌원편광. (h) 좌원편광 -> 1/4파장판(145) -> 수직편광. )
도 4c는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)에서 증폭된 광, 즉 신호광이 출력되는 과정을 설명한다. 도 4b를 참조한 신호광의 증폭단계에서 신호광의 세기가 소정 크기를 만족하거나 혹은 소정의 시간이 경과되면, 제2 씬디스크(112)에서 증폭되어 반사후 돌아오는 신호광이 포켈셀에 입사하기 직전의 시점에서 포켈셀(146)에 대한 전압 인가를 차단한다.
도 4c를 참조하면, 전술한 바와 같이 제2 씬디스크(112)에 반사된 수직편광의 광(L2)은 제8 미러(M8), 제7 미러(M7), 제6 미러(M6) 및 제5 미러(M5)를 거쳐 제2 편광빔스플리터(144)에서 반사되며, 1/4파장판(145)을 경유하면서 좌원편광의 광(L2)으로 변환된다. 1/4파장판(145)을 경유한 좌원편광의 광(L2)은 포켈셀(146)에 입사된다. 포켈셀(146)은 전압이 인가되지 않은 상태에 있으며, 따라서 좌원편광의 광(L2)은 포켈셀(146)에서 편광변환없이 그대로 통과된다. 포켈셀(146)을 통과한 좌원편광의 광(L2)은 제2 미러(M2), 제3 미러(M3) 및 제4 미러(M4)를 거쳐 제1 씬디스크(111)에 수직으로 입사되고 증폭된 상태로 반사된다. 좌원편광의 광(L2)은 제1 씬디스크(111)에서 반사되면서 우원편광의 광(L1)으로 변환되며, 다시 제4 미러(M4), 제3 미러(M3) 및 제2 미러(M2)의 순서대로 되돌아가며 포켈셀(146)를 거쳐, 1/4파장판(145)에 입사된다. 우원편광의 광(L1)은 1/4파장판(145)에서 수평편광으로 변환된다. 수평편광의 광(L1)은 제2 편광빔스플리터(144)에서 그대로 통과되어, 반파장판(143)으로 향하게 된다. 수평편광의 광(L1)은 반파장판(143) 및 패러데이 회전자(142)를 거쳐 수직편광의 광(L1)으로 변환되고, 제1 편광빔스플리터(141)에서 반사되어 출력된다.
상기와 같이 동작하는 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)는 상기 재생증폭기(Regenerative Amplifiers)의 일예로 이해될 수 있을 것이다.
본 실시예와 같이 2개의 포물면 반사경(즉, 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122))을 사용하는 경우, 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122)의 광축 정렬이나, 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 광축 정렬은, 펌핑광(P)이 수십번 반복하여 반사하더라도 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)에 맺히는 펌핑광 스폿이 정확하게 일치할 필요가 있다. 반복적으로 맺히는 상키 펌핑광 스폿들이 정확하게 일치해야만 파워증폭이 효율적으로 이루어질 수 있으며 빔모드가 나빠지지 않고 원하는 싱글모드나 멀티모드의 가우시안빔을 명확하게 구성할 수 있으며 씬디스크 레이저매질의 열분포가 균일해져서 손상 등을 방지할 수 있다. 이에 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)는, 제4 미러(M4) 및 제8 미러(M8)를 통해 정렬용 빔을 입사시켜, 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 광축 정렬용으로 사용할 수 있다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(100)는 펌핑광에 대한 멀티 패스 광학계(제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)와 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경(121, 122))과 신호광에 대한 증폭 광학계(제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)와, 제1 미러 내지 제8 미러(M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8))가 광학적으로 분리되어 독립적으로 조정될 수 있으므로, 광학부품들의 정렬에 좀 더 자유도를 확보할 수 있다.
본 실시예는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)가 공통의 신호광을 증폭시키는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 제1 씬디스크(111)를 이용하여 증폭시키는 제1 신호광 단독에 대한 증폭 광학계와, 제2 씬디스크(112)를 이용하여 증폭시키는 제2 신호광 단독에 대한 증폭 광학계가 광학적으로 분리되어 마련될 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치(200)의 개략적인 구성도이다. 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(200)에서 펌핑광과 관련된 구성요소들은 도 1을 참조하여 설명한 실시예와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(200)는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112), 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122), 제1 신호광 출력 커플러(241) 및 제2 신호광 출력 커플러(242)를 포함한다. 제1 신호광 출력 커플러(241) 및 제2 신호광 출력 커플러(242)는 제1 포물면 반사경(121) 및 제2 포물면 반사경(122) 사이에 형성되는 공간의 외곽에 위치한다.
제1 신호광 출력 커플러(241)는 제1 씬디스크(111), 제1 내부 미러(243)와 함께 제1 신호광(246)에 대한 제1 신호광 공진기를 형성한다. 제1 내부 미러(243)는 제1 씬디스크(111)의 전면에 법선 내지 그 근방에 위치하며 45도 경사지게 배치된다. 전술한 실시예에서와 같이 제1 씬디스크(111)가 여기되면, 자체 발진되어 제1 신호광(246)이 제1 내부 미러(243)를 사이에 두고 제1 씬디스크(111)와 제1 신호광 출력 커플러(241) 사이에서 공진될 수 있다. 제1 신호광 출력 커플러(241)는 예를 들어 95% 반사율을 가질 수 있다. 제1 신호광(246)은 제1 신호광 출력 커플러(241)와 제1 씬디스크(111)에서 공진하면서 증폭되며, 제1 신호광(246)의 일부는 제1신호광 출력 커플러(241)를 통해 출력된다.
제2 신호광 출력 커플러(242)는 제2 씬디스크(112), 제2 내부 미러(245)와 함께 제2 신호광(247)에 대한 공진기 구조를 지닌다. 제2 내부 미러(245)는 제2 씬디스크(112)의 전면에 법선 내지 그 근방에 위치하며 45도 경사지게 배치된다. 제2 씬디스크(112)가 여기되면, 자체 발진되어 제2 신호광(247)이 제2 내부 미러(245)를 사이에 두고 제2 씬디스크(111)와 제2 신호광 출력 커플러(241) 사이에서 공진될 수 있다. 제2 신호광 출력 커플러(242)는 예를 들어 95% 반사율을 가질 수있다. 제2 신호광(247)은 제2 신호광 출력 커플러(242)과 제2 씬디스크(112)에서 공진하면서 증폭되며, 제2 신호광(247)의 일부는 제2 신호광 출력 커플러(242)를 통해 출력된다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(200)는 제1 신호광 공진구조 및 제2 신호광 공진 구조가 독립적으로 마련되므로, 제1 신호광(246) 및 제2 신호광(247)은 독립적으로 출력 제어될 수 있다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(200)는 제1 신호광(246)과 제2 신호광(247) 각각에 대해 개별적인 공진기 구조를 가지고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 예로서, 제1 신호광(246)과 제2 신호광(247)이 광학적으로 연결되어, 하나의 신호광에 대한 공진기 광학계로 구성될 수 있음은 당업자에게 자명하게 이해될 수 있을 것이다. 가령, 복수의 미러가 마련되어, 제1 씬디스크(111)에서 제1 내부 미러(243)를 거쳐 전달된 제1 신호광(346)은 제2 내부 미러(245)를 거쳐 제2 씬디스크(112)로 보내고 제2 씬디스크(112)에서 제2 내부 미러(245)를 거쳐 전달될 제2 신호광(244)를 제1 내부 미러(243)를 거쳐 제1 씬디스크(111)로 보내도록 할 수 있을 것이다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(200)는 공진기 구조를 가지고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 예로서, 제1 신호광 출력 커플러(241) 및 제2 신호광 출력 커플러(242)를 대신하여, 제1 신호광(246)과 제2 신호광(247) 각각에 대해 개별적인 증폭기 광학계가 배치될 수도 있다. 또 다른 예로, 제1 신호광(246)과 제2 신호광(244)이 광학적으로 연결되어 하나의 신호광에 대한 증폭기 광학계가 배치될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치의 개략적인 구성도이다. 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(300)에서 펌핑광과 관련된 구성요소들은 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 실시예들와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(300)는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)와, 제1 포물면 반사경(321) 및 제2 포물면 반사경(322)와, 제1 신호광 출력 커플러(341) 및 제2 신호광 출력 커플러(345)와, 제1 신호광 전반사 미러(342) 및 제2 신호광 전반사 미러(344)를 포함한다.
제2 포물면 반사경(322)에는 제1 신호광(343)이 지나갈 수 있는 제1 출력 커플러측 통로(323) 및 제1 전반사 미러측 통로(324)가 마련된다. 제1 신호광 출력 커플러(341)는 제2 포물면 반사경(322)의 외측에 마련되며, 제1 출력 커플러측 통로(323)를 경유한 제1 신호광(343)을 반사하거나 투과시킨다. 이 구조는 대칭이므로 제1 신호광 출력 커플러(341), 제1 출력 커플러측 통로(323), 제1 신호광 출력 커플러(341)는 서로 각각 대칭으로 바꾸어서 제1 신호광 출력 커플러(341), 제1 전반사 미러측 통로(324), 제1 신호광 출력 커플러(341)의 순서로 사용될 수도 있다. 제1 신호광 전반사 미러(342)는 제2 포물면 반사경(322)의 외측에 마련되며, 제1 전반사 미러측 통로(324)를 경유한 제1 신호광(343)을 반사시킨다. 제1 신호광 출력 커플러(341), 제1 씬디스크(111), 및 제1 신호광 전반사 미러(342)는 제1 신호광(343)에 대한 제1 신호광 공진기를 형성한다. 제1 신호광 출력 커플러(341)를 통해 입사된 제1 신호광(343)은 제2 포물면 반사경(322)의 제1 출력 커플러측 통로(323)를 거쳐 제1 씬디스크(111)에 입사된다. 제1 신호광(343)은 제1 씬디스크(111)에서 증폭 반사되어 제2 포물면 반사경(322)의 제1 전반사 미러측 통로(324)를 거쳐 제1 신호광 전반사 미러(342)로 향하며, 다시 재반사되어 동일 경로를 되돌아가 공진한다. 제1 신호광 출력 커플러(341)는 예를 들어 95% 반사율을 가질 수있다. 제1 신호광(343)은 제1 신호광 공진기에서 공진하면서 증폭되며, 제1 신호광 출력 커플러(341)를 통해 출력된다.
제1 포물면 반사경(321)에는 제2 신호광(346)이 지나갈 수 있는 제2 출력 커플러측 통로(327) 및 제2 전반사 미러측 통로(326)가 마련된다. 제2 신호광 출력 커플러(345)는 제1 포물면 반사경(321)의 외측에 마련되며, 제2 출력 커플러측 통로(327)를 경유한 제2 신호광(346)을 반사하거나 투과시킨다. 제2 신호광 전반사 미러(344)는 제1 포물면 반사경(321)의 외측에 마련되며, 제2 전반사 미러측 통로(326)를 경유한 제2 신호광(346)을 반사시킨다. 제2 신호광 출력 커플러(345), 제2 씬디스크(112), 및 제2 신호광 전반사 미러(344)는 제2 신호광(346)에 대한 제2 신호광 공진기를 구성한다. 제2 신호광 출력 커플러(345)를 통해 입사된 제2 신호광(346)은 제1 포물면 반사경(321)의 제2 출력 커플러측 통로(327)를 거쳐 제2 씬디스크(112)에 입사된다. 제2 신호광(346)은 제2 씬디스크(112)에서 증폭 반사되어 제1 포물면 반사경(321)의 제2 전반사 미러측 통로(326)를 거쳐 제2 신호광 전반사 미러(344)로 향하며, 다시 재반사되어 동일 경로를 되돌아가 공진한다. 제2 신호광 출력 커플러(345)는 예를 들어 95% 반사율을 가질 수 있다. 제2 신호광(346)은 제2 신호광 공진기에서 공진하면서 증폭되며, 제2 신호광 출력 커플러(345)를 통해 출력된다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(300)는 제1 신호광 공진 구조 및 제2 신호광 공진 구조가 독립적으로 마련되므로, 제1 신호광(343) 및 제2 신호광(346)은 독립적으로 출력 제어될 수 있다.
제1 신호광 공진 구조 및 제2 신호광 공진 구조가 멀티패스 펌핑 구조와 독립적으로 마련되므로, 제1 포물면 반사경(321)에 마련되는 제2 출력 커플러측 통로(327) 및 제2 전반사 미러측 통로(326)과 제2 포물면 반사경(122)에 마련되는 제1 출력 커플러측 통로(323) 및 제1 전반사 미러측 통로(324)의 위치는 제1 포물면 반사경(321)의 일측에 마련되는 펌핑광 입사구(125)와 기구적으로 간섭되지 않는 범위내에서 자유롭게 설계될 수 있다. 가령, 제1 포물면 반사경(321)에서 펌핑빔 입사구(125)는, 제2 출력 커플러측 통로(327) 및 제2 전반사 미러측 통로(326와 동일 선상에 마련되거나, 혹은 동일 선상에서 벗어난 위치에 마련될 수 있다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(300)는 제1 신호광(343) 및 제2 신호광(346) 각각의 공진기 구조를 가지고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 예로서, 제1 신호광(343)과 제2 신호광(346)이 광학적으로 연결되어, 하나의 신호광에 대한 공진기 광학계로 구성될 수 있음은 당업자에게 자명하게 이해될 수 있을 것이다. 가령, 복수의 미러가 마련되어, 제1 씬디스크(111)에서 제1 출력 커플러측 통로(323)를 통해 전달되는 제1 신호광(343)은 제2 출력 커플러측 통로(327)를 거쳐 제2 씬디스크(112)로 보내지고 제2 씬디스크(112)에서 제2 출력 커플러측 통로(327)를 통해 전달된 제2 신호광(346)은 제1 출력 커플러측 통로(323)를 거쳐 제1 씬디스크(111)로 보내도록 할 수 있을 것이다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(300)는 공진기 구조를 가지고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 예로서, 제1 신호광 출력 커플러(341) 및 제2 신호광 출력 커플러(345)를 대신하여, 제1 신호광(443)과 제2 신호광(446) 각각에 대해 개별적인 증폭기 광학계가 배치될 수도 있다. 또 다른 예로, 제1 신호광(343)과 제2 신호광(346)이 광학적으로 연결되어 하나의 신호광에 대한 증폭기 광학계가 배치될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치(400)의 개략적인 구성도이다. 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(400)에서 신호광의 공진 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 실시예들와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(400)는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112), 제1 포물면 반사경(421) 및 제2 포물면 반사경(422), 제1 신호광 출력 커플러(441), 제1 신호광 전반사 미러(442), 제2 신호광 내부 미러(444) 및 제2 신호광 출력 커플러(445)를 포함한다.
제2 포물면 반사경(422)에는 제1 신호광(443)이 지나갈 수 있는 출력 커플러측 통로(423) 및 전반사 미러측 통로(424)가 마련된다. 제1 신호광 출력 커플러(441), 제1 씬디스크(111), 및 제1 신호광 전반사 미러(442)는 제1 신호광(443)에 대한 공진기 구조를 갖는다. 이러한 제1 신호광(443)에 대한 공진기 구조는 도 6을 참조하여 설명한 제1 신호광에 대한 공진기 구조와 실질적으로 동일하다.
제2 신호광 내부 미러(444)는 제2 씬디스크(112)의 전면에 법선 내지 그 근방에 위치하며 45도 경사지게 배치된다. 제2 신호광 출력 커플러(445), 제2 씬디스크(112), 제2 신호광 내부 미러(444)는 제2 신호광(446)에 대한 공진기 구조를 지닌다. 이러한 제2 신호광(446)에 대한 공진기 구조는 도 5를 참조하여 설명한 제2 신호광에 대한 공진기 구조와 실질적으로 동일하다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(400)는 제1 신호광 공진 구조 및 제2 신호광 공진 구조가 독립적으로 마련될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 예로서, 제1 신호광(443)과 제2 신호광(446)이 광학적으로 연결되어 하나의 신호광에 대한 공진기 광학계로 구성될 수 있음은 당업자에게 자명하게 이해될 수 있을 것이다. 가령, 복수의 미러가 마련되어, 제1 씬디스크(111)에서 출력 커플러측 통로(423)를 통해 전달되는 제1 신호광(443)을 제2 신호광 내부 미러(444)를 거쳐 제2 씬디스크(112)로 보내고 제2 씬디스크(112)에서 제2 신호광 내부 미러(444)로 재반사된 제2 신호광(446)을 출력 커플러측 통로(423)를 거쳐 제1 씬디스크(111)로 보내도록 할 수 있을 것이다.
본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(400)는 공진기 구조를 가지고 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 예로서, 제1 신호광 출력 커플러(441) 및 제2 신호광 출력 커플러(445)를 대신하여, 제1 신호광(443)과 제2 신호광(446) 각각에 대해 개별적인 증폭기 광학계가 배치될 수도 있다. 또 다른 예로, 제1 신호광(443)과 제2 신호광(446)이 광학적으로 연결되어 하나의 신호광에 대한 증폭기 광학계가 배치될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치(500)의 개략적인 구성도이다. 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(500)에서 펑핌광의 멀티패스 펌핑 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 실시예들와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(500)는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112), 제1 포물면 반사경(521) 및 제2 포물면 반사경(522), 제1 펌핑광 소스(551) 및 제2 펌핑광 소스(552)를 포함한다.
제1 포물면 반사경(521) 및 제2 포물면 반사경(522)은 포물면 형상의 반사면이 서로 마주보면서 동축으로 배치된다. 제1 포물면 반사경(521)에는, 정점을 기준으로 좌우 대칭되게 제1 펌핑광 입사구(525) 및 제2 펌핑광 입사구(526)가 마련된다. 제1 펌핑광 소스(551) 및 제2 펌핑광 소스(552)는, 출사된 제1 펌핑광(P1) 및 제2 펌핑광(P2)이 각각 제1 펌핑광 입사구(525) 및 제2 펌핑광 입사구(526)를 통해 제1 포물면 반사경(521) 및 제2 포물면 반사경(522) 사이의 공간으로 입사되도록, 배치된다.
도 9a 및 도 9b는 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(500)에서 제1 포물면 반사경(521) 및 제2 포물면 반사경(522)에 형성되는 제1 펌핑광 스폿 및 제2 펌핑광 스폿(S1_1, S1_2, …, S1_S13; S2_1, S2_2, …, S2_13) 및 제1 펌핑광(P1) 및 제2 펌핑광(P2)의 광경로를 각각 도시한다.
제1 펌핑광 소스(551)에서 출사된 제1 펌핑광(P1)은 제1 포물면 반사경(521)의 제1 펌핑광 입사구(525)을 통해 제1 포물면 반사경(521) 및 제2 포물면 반사경(522) 사이의 공간으로 광축(OA)에 평행하도록 입사된다. 제1 펌핑광(P1)의 멀티패스 펌핑 광경로는 도 2, 도 3a 및 도3b를 참조하여 설명한 실시예의 펌핑광의 것과 실질적으로 동일하다. 마찬가지로 제2 펌핑광 소스(552)에서 출사된 제2 펌핑광(P2)은 제1 포물면 반사경(521)의 제2 펌핑광 입사구(526)을 통해 제1 포물면 반사경(521) 및 제2 포물면 반사경(522) 사이의 공간으로 광축(OA)에 평행하도록 입사된다. 제2 펌핑광 입사구(526)는 제1 포물면 반사경(521)의 정점을 기준으로 좌우 대칭되게 마련되므로, 제2 펌핑광(P2)의 멀티패스 펌핑 광경로는 제1 펌핑광(P1)의 멀티패스 펌핑 광경로와 광축(OA)을 기준으로 좌우 대칭되게 형성된다. 따라서, 제1 포물면 반사셩(521) 및 제2 포물면 반사경(522)에 형성되는 제1 펌핑광 스폿 및 제2 펌핑광 스폿(S1_1, S1_2, …, S1_S13; S2_1, S2_2, …, S2_13)은 제1 포물면 반사경(521) 및 제2 포물면 반사경(522)의 전역에 걸쳐 형성되므로, 제1 포물면 반사경(521) 및 제2 포물면 반사경(522)을 효율적으로 활용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치(600)의 개략적인 구성도이다. 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(600)에서 펑핌광의 멀티패스 펌핑 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 실시예들와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(600)는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112), 제1 포물면 반사경(621) 및 제2 포물면 반사경(622), 제1 펌핑광 소스(651) 및 제2 펌핑광 소스(652)를 포함한다.
제1 포물면 반사경(621) 및 제2 포물면 반사경(622)은 포물면 형상의 반사면이 서로 마주보면서 동축으로 배치된다. 제1 포물면 반사경(621)에는 제1 펌핑광 입사구(625)가 마련되며, 제2 포물면 반사경(622)에는 제2 펌핑광 입사구(626)가 마련된다. 제2 펌핑광 입사구(626)는 광축(OA)의 제1 포물면 반사경(621) 및 제2 포물면 반사경(622) 사이의 중심점을 기준으로 대칭되면서 제1 펌핑광 입사구(625)와 2개 포물면 반사경의 중심점을 기준으로 대칭되도록 마련된다. 제1 펌핑광 소스(651) 및 제2 펌핑광 소스(652)는 출사된 제1 펌핑광(P1) 및 제2 펌핑광(P2)이 각각 제1 펌핑광 입사구(625) 및 제2 펌핑광 입사구(626)를 통해 1 포물면 반사경(521) 및 제2 포물면 반사경(522) 사이의 공간으로 입사되도록 배치된다. 제1 펌핑광(P1)의 멀티패스 펌핑 광경로는 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 실시예의 펌핑광의 것과 실질적으로 동일하다. 마찬가지로 제2 펌핑광(P2)의 멀티패스 펌핑 광경로 역시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 실시예의 펌핑광의 것과 실질적으로 동일하다. 제1 펌핑광 입사구(625) 및 제2 펌핑광 입사구(626)는 2개 포물면 반사경의 중심점을 기준으로 대칭되게 마련되므로, 제1 포물면 반사경(621) 및 제2 포물면 반사경(622)에 형성되는 제1 펌핑광 스폿 및 제2 펌핑광 스폿들은 제1 포물면 반사경(621) 및 제2 포물면 반사경(622)의 전역에 걸쳐 형성되므로, 제1 포물면 반사경(621) 및 제2 포물면 반사경(622)을 효율적으로 활용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치(700)의 개략적인 구성도이다. 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(700)에서 펌핑광의 멀티패스 펌핑 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 실시예들와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(700)는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112), 제1 포물면 반사경(721) 및 제2 포물면 반사경(722), 제1 펌핑광 소스 내지 제4 펌핑광 소스(751, 752, 753, 754)를 포함한다.
제1 포물면 반사경(721) 및 제2 포물면 반사경(722)은 포물면 형상의 반사면이 서로 마주보면서 동축으로 배치된다. 제1 포물면 반사경(721)에는 제1 펌핑광 입사구(725) 및 제2 펌핑광 입사구(726)가 제1 포물면 반사경(721)의 정점을 기준으로 대칭되게 마련되며, 제2 포물면 반사경(722)에는 제3 펌핑광 입사구(727) 및 제4 펌핑광 입사구(728)가 제2 포물면 반사경(721)의 정점을 기준으로 대칭되게 마련된다.
제1 펌핑광 소스 내지 제4 펌핑광 소스(751, 752, 753, 754)는, 출사된 제1 펌핑광 내지 제4 펌핑광(P1, P2, P3, P4)이 각각 제1 펌핑광 입사구 내지 제4 펌핑광 입사구(725, 726, 727, 728)를 통해 1 포물면 반사경(721) 및 제2 포물면 반사경(722) 사이의 공간으로 입사되도록 배치된다. 제1 펌핑광 내지 제4 펌핑광(P1, P2, P3, P4) 각각의 멀티패스 펌핑 광경로는 도 2, 도 3a 및 도3b를 참조하여 설명한 실시예의 펌핑광의 것과 실질적으로 동일하다. 제1 펌핑광 입사구 내지 제4 펌핑광 입사구(725, 726, 727, 728)의 형성 위치나 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112)의 경사 각도 및 경사 방향은 제1 포물면 반사경(721) 및 제2 포물면 반사경(722)에 형성되는 제1 펌핑광 스폿 내지 제4 펌핑광 스폿들이 서로 겹치지 않도록 설정될 수 있다. 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(700)는 제1 펌핑광 스폿 내지 제4 펌핑광 스폿들은 제1 포물면 반사경(721) 및 제2 포물면 반사경(722)의 전역에 걸쳐 형성되므로, 제1 포물면 반사경(721) 및 제2 포물면 반사경(722)을 효율적으로 활용할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 씬디스크 레이저 장치(800)의 개략적인 구성도이다. 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(800)에서 펑핌광의 멀티패스 펌핑 구조를 제외한 나머지 구성요소들은 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 실시예들와 실질적으로 동일할 수 있으므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 12를 참조하면, 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(800)는 제1 씬디스크(111) 및 제2 씬디스크(112), 제1 포물면 반사경(821) 및 제2 포물면 반사경(822), 제1 펌핑광 소스(851) 및 제2 펌핑광 소스(852)를 포함한다.
제1 포물면 반사경(821) 및 제2 포물면 반사경(822)은 포물면 형상의 반사면이 서로 마주보면서 동축으로 배치된다. 제1 포물면 반사경(821)에는 하나의 펌핑광 입사구(825)가 마련된다. 제1 펌핑광 소스(851) 및 제2 펌핑광 소스(852)는, 출사된 제1 펌핑광(P1) 및 제2 펌핑광(P2)이 동일한 펌핑광 입사구(825)를 통해 1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경(821, 822) 사이의 공간으로 입사되도록, 나란히 배치된다. 제1 펌핑광(P1) 및 제2 펌핑광(P2) 각각의 멀티패스 펌핑 광경로는 도 2, 도 3a 및 도3b를 참조하여 설명한 실시예의 펌핑광의 것과 실질적으로 동일하다. 본 실시예의 씬디스크 레이저 장치(800)는 하나의 펌핑광 입사구(825)에 2개의 펌핑광이 입사되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 3개 이상의 펌핑광이 나란히 입사되도록 할 수도 있다. 또한, 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한 실시예들처럼 펌핑광 입사구가 복수개 있는 경우, 각각의 펌핑광 입사구에 복수의 펌핑빔이 입사되도록 할 수도 있을 것이다.
전술한 본 발명인 씬디스크 레이저 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 씬디스크와 상기 제2 씬디스크 사이에서 반사를 반복시킴으로서 증폭시키는 씬디스크 레이저 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내부 미러는 상기 제1 내부 미러에서 상기 제1 씬디스크로 입사된 신호광이 상기 제1 내부 미러 쪽으로 반사되도록 배치되며,
    상기 제2 내부 미러는 상기 제2 내부 미러에서 상기 제2 씬디스크로 입사된 신호광이 상기 제2 내부 미러 쪽으로 반사되도록 배치되는 씬디스크 레이저 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내부 미러는 상기 제1 씬디스크의 전면의 법선상에 위치하거나 상기 법선의 근방에 위치하며, 상기 제2 내부 미러는 상기 제2 씬디스크의 전면의 법선상에 위치하거나 상기 법선의 근방에 위치하는 씬디스크 레이저 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    신호광은 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경에서 반사되지 않는 씬디스크 레이저 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    시드광을 공급하는 시드광 소스를 더 포함하며, 상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크는 시드광을 신호광으로 증폭하는 씬디스크 레이저 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 시드광 소스에서 방출되는 시드광은 편광된 레이저광인 씬디스크 레이저 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 씬디스크와 상기 제2 씬디스크 사이의 신호광의 광경로상에 배치되어 제어 신호에 따라 신호광의 경로를 변경하여 외부로 출력시키는 광경로 변환기를 더 포함하는 씬디스크 레이저 장치.
  8. 서로 마주보며 동축으로 배치되는 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경;
    각기 레이저 매질과 상기 레이저 매질의 배면에 위치하는 반사면을 포함하며, 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경의 정점에 각각 배치되어 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경과 함께 펌핑광의 멀티패스를 형성하는 제1 씬디스크 및 제2 씬디스크;
    상기 제1 포물면 반사경과 상기 제2 포물면 반사경 사이의 공간에 배치되어 상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크로부터 발진되는 제1 신호광 및 제2 신호광을 반사시키는 제1 내부 미러 및 제2 내부 미러; 및
    상기 제1 내부 미러 및 상기 제2 내부 미러로부터 반사되는 제1 신호광 및 제2 신호광의 일부를 각각 상기 제1 내부 미러 및 상기 제2 내부 미러로 재반사시키고 다른 일부는 출력시키는 제1 신호광 출력 커플러 및 제2 신호광 출력 커플러;를 포함하는 씬디스크 레이저 장치.
  9. 서로 마주보며 동축으로 배치되는 제1 포물면 반사경 및 제2 포물면 반사경;
    각기 레이저 매질과 상기 레이저 매질의 배면에 위치하는 반사면을 포함하며, 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경의 정점에 각각 배치되어 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경과 함께 펌핑광의 멀티패스를 형성하는 제1 씬디스크 및 제2 씬디스크;
    상기 제1 포물면 반사경과 상기 제2 포물면 반사경 사이의 공간에 배치되는 제1 내부 미러;를 포함하며,
    상기 제1 내부 미러는 상기 제1 내부 미러에서 상기 제1 씬디스크로 입사된 제1 신호광이 상기 제1 내부 미러 쪽으로 반사되도록 상기 제1 씬디스크의 전면에 배치되는 씬디스크 레이저 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 포물면 반사경과 상기 제2 포물면 반사경 사이의 공간에 배치되는 제2 내부 미러를 더 포함하며,
    상기 제2 내부 미러는 상기 제2 내부 미러에서 상기 제2 씬디스크로 입사된 제2 신호광이 상기 제2 내부 미러 쪽으로 반사되도록 상기 제2 씬디스크의 전면에 배치되는 씬디스크 레이저 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    제1 신호광과 제2 신호광은 광학적으로 분리되어 상기 제1 씬디스크와 상기 제2 씬디스크에서 각기 개별적으로 증폭되는 씬디스크 레이저 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 포물면 반사경의 외측에 마련되는 제2 신호광 전반사 미러와 제2 신호광 출력 커플러를 더 포함하며,
    상기 제1 포물면 반사경은 제2 신호광에 대한 출력 커플러측 통로와 전반사 미러측 통로를 포함하며,
    상기 제2 신호광 전반사 미러에서 반사된 제2 신호광이 상기 전반사 미러측 통로를 통해 상기 제2 씬디스크로 향하며, 상기 제2 씬디스크에서 반사된 제2 신호광이 상기 출력 커플러측 통로를 통해 상기 제2 신호광 출력 커플러로 향하며, 제2 신호광의 일부는 상기 제2 신호광 출력 커플러에서 상기 제2 씬디스크로 재반사되며 제2 신호광의 다른 일부는 상기 제2 신호광 출력 커플러를 통과하여 출력광으로 출력되어, 상기 제2 신호광 출력 커플러, 상기 제2 씬디스크, 및 상기 제2 신호광 전반사 미러는 제2 신호광에 대해 공진기를 형성하는 씬디스크 레이저 장치.
  13. 제1 포물면 반사경;
    상기 제1 포물면 반사경과 서로 마주보며 동축으로 배치되며, 제1 신호광에 대한 제1 출력 커플러측 통로와 제1 전반사 미러측 통로를 포함하는 제2 포물면 반사경;
    각기 레이저 매질과 상기 레이저 매질의 배면에 위치하는 반사면을 포함하며, 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경의 정점에 각각 배치되어 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경과 함께 펌핑광의 멀티패스를 형성하는 제1 씬디스크 및 제2 씬디스크;
    상기 제2 포물면 반사경의 외곽에 배치되어 제1 신호광의 일부는 반사시켜 상기 제1 출력 커플러측 통로를 통해 상기 제1 씬디스크에서 직접 향하게 하며, 제1 신호광의 일부는 출력시키는 제1 신호광 출력 커플러; 및
    상기 제2 포물면 반사경의 외곽에 배치되어 상기 제1 씬디스크에서 오는 제1 신호광을 상기 제1 씬디스크로 재반사시키는 제1 신호광 전반사 미러;를 포함하는 씬디스크 레이저 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 포물면 반사경의 외곽에 배치되는 제2 신호광 출력 커플러 및 제2 신호광 전반사 미러를 더 포함하며,
    상기 제1 포물면 반사경에는 제2 신호광에 대한 제2 출력 커플러측 통로와 제2 전반사 미러측 통로가 마련되며,
    상기 제1 신호광 출력 커플러는 제2 신호광의 일부를 반사시켜 상기 제2 출력 커플러측 신호광 통로를 통해 상기 제1 씬디스크에서 직접 향하게 하며, 제2 신호광의 일부는 출력시키며,
    상기 신호광 전반사 미러는 상기 제2 전반사 미러측 통로를 통해 상기 제1 씬디스크에서 오는 제2 신호광을 상기 제1 씬디스크로 재반사시키는 씬디스크 레이저 장치.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크는 상기 제1 포물면 반사경 및 상기 제2 포물면 반사경의 광축에 대해 경사진 씬디스크 레이저 장치.
  16. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 매질을 여기시키는 제1 펌핑광을 출사하는 제1 펌핑광 소스를 더 포함하며,
    상기 제1 펌핑광이 상기 제1 포물면 반사경과 제2 포물면 반사경 사이의 공간으로 입사되도록 하는 제1 펌핑광 입사구가 상기 제1 포물면 반사경에 형성된 씬디스크 레이저 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 레이저 매질을 여기시키는 제2 펌핑광을 출사하는 제2 펌핑광 소스를 더 포함하는 씬디스크 레이저 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 펌핑광이 상기 제1 포물면 반사경과 제2 포물면 반사경 사이의 공간으로 입사되도록 하는 제2 펌핑광 입사구가 상기 제1 포물면 반사경 또는 상기 제2 포물면 반사경에 형성된 씬디스크 레이저 장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 펌핑광은 상기 제1 펌핑광 입사구를 통해 상기 제1 포물면 반사경과 제2 포물면 반사경 사이의 공간으로 입사되는 씬디스크 레이저 장치.
  20. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 씬디스크 및 상기 제2 씬디스크의 전면에 형성되는 제1 펌핑광 스폿 및 제2 펌핑광 스폿을 촬상하는 펌핑빔모드관찰장치를 더 포함하는 씬디스크 레이저 장치.
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