WO2019078431A1 - 고출력 광원 장치 - Google Patents

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WO2019078431A1
WO2019078431A1 PCT/KR2018/004132 KR2018004132W WO2019078431A1 WO 2019078431 A1 WO2019078431 A1 WO 2019078431A1 KR 2018004132 W KR2018004132 W KR 2018004132W WO 2019078431 A1 WO2019078431 A1 WO 2019078431A1
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WO
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row
laser light
light sources
laser
laser beams
Prior art date
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PCT/KR2018/004132
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English (en)
French (fr)
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김수현
김근철
엄기영
성규동
Original Assignee
(주)이오테크닉스
(주)이오엘
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G—PHYSICS
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30

Definitions

  • the present invention relates to a high-power light source apparatus, and more particularly, to a high-power light source apparatus having a compact structure by efficiently coupling laser beams emitted from a plurality of laser light sources.
  • a laser source such as a laser diode is coupled to an optical fiber and can be used for laser welding, laser soldering or laser pumping source ), And the like.
  • a light source device combining a plurality of laser diodes Since the output of a laser beam emitted from one laser diode is limited, a light source device combining a plurality of laser diodes is generally used. In this case, there is a demand for a high-power light source device having a coupling structure for improving the coupling efficiency between the laser beams and the optical fiber and having a compact spatial structure.
  • An embodiment of the present invention provides a high-power light source device having a compact structure by efficiently coupling laser beams emitted from a plurality of laser light sources.
  • a third row of reflective mirrors disposed on the outside of the second row of laser light sources for reflecting the laser beams emitted from the laser light sources of the first row;
  • a fourth row of reflecting mirrors disposed outside the first row of laser light sources for reflecting the laser beams emitted from the laser light sources of the second row;
  • a beam combiner for combining the laser beams reflected by the reflection mirrors of the third row and the laser beams reflected by the reflection mirrors of the fourth row
  • the laser light sources of the first row and the laser light sources of the second row are staggered,
  • the laser light sources of the first row are provided to have a step difference from each other and the laser light sources of the second row are provided to have a step difference from each other.
  • a pair of the laser light source of the first row and the laser light source of the second row which are adjacent to each other may be provided on a plane having the same height.
  • a pair of the laser light sources of the first row and the laser light source of the second row which are adjacent to each other may have a step difference from each other.
  • FAC Fast Axis Collimating lenses
  • the laser light sources of the first row and the reflection mirrors of the third row may be provided between the laser light sources of the second row and the reflection mirrors of the fourth row.
  • SAC Solw Axis Collimating lenses
  • the beam combiner includes a polarization beam combiner, and a polarization converter may be provided between the reflection mirrors of the third column and the beam combiner.
  • the beam combiner includes a wavelength beam combiner, a first wavelength selector is provided between the reflection mirrors of the third column and the beam combiner, and a plurality of reflection mirrors are disposed between the reflection mirrors of the fourth column and the beam combiner
  • a second wavelength selection element may be provided.
  • the light source device may further include a coupling lens coupling the laser beams coupled by the beam combiner to the optical fiber.
  • a third row of reflective mirrors disposed on the outside of the second row of laser light sources for reflecting the laser beams emitted from the laser light sources of the first row;
  • a fourth row of reflecting mirrors disposed outside the first row of laser light sources for reflecting the laser beams emitted from the laser light sources of the second row;
  • a polarizing beam combiner coupling the laser beams reflected by the reflection mirrors of the third row and the laser beams reflected by the reflection mirrors of the fourth row
  • the laser light sources of the first row and the laser light sources of the second row are staggered,
  • the laser light sources of the first row are provided to have a step difference from each other and the laser light sources of the second row are provided to have a step difference from each other.
  • the laser beams emitted from the first row of laser light sources may have the same polarization direction as the laser beams emitted from the second row of laser light sources.
  • the laser beams emitted from the first row of laser light sources may have different polarization directions from the laser beams emitted from the second row of laser light sources.
  • a third row of reflective mirrors disposed on the outside of the second row of laser light sources for reflecting the laser beams emitted from the laser light sources of the first row;
  • a fourth row of reflecting mirrors disposed outside the first row of laser light sources for reflecting the laser beams emitted from the laser light sources of the second row;
  • a wavelength beam combiner coupling the laser beams reflected by the reflection mirrors in the third row and the laser beams reflected by the reflection mirrors in the fourth row
  • the laser light sources of the first row and the laser light sources of the second row are staggered,
  • the laser light sources of the first row are provided to have a step difference from each other and the laser light sources of the second row are provided to have a step difference from each other.
  • the laser beams emitted from the first row of laser light sources may have the same wavelength range as the laser beams emitted from the second row of laser light sources.
  • a first wavelength selector may be provided between the reflection mirrors of the third column and the beam combiner, and a second wavelength selector may be provided between the reflection mirrors of the fourth column and the beam combiner.
  • the first and second wavelength selection elements may include VBG (Volume Bragg Grating).
  • a light source device of high efficiency and high output with minimized light loss can be realized through spatial coupling and polarization coupling of laser beams emitted from laser light sources. Further, by arranging the laser light sources in a staggered arrangement and arranging the reflection mirrors outside the laser light sources, a light source device of a more compact structure can be manufactured. Further, laser beams having different wavelength ranges may be combined and coupled to the optical fibers.
  • FIG. 1 is a plan view showing a light source device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the light source device shown in Fig.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a laser light source that can be applied to the light source device shown in FIG.
  • FIG. 4A is a plan view of the laser light source shown in FIG.
  • FIG. 4B is a front view of the laser light source shown in FIG.
  • 4C is a side view of the laser light source shown in FIG.
  • FIG. 5A shows cross sections of laser beams passing through the plane A-A 'of FIG. 1;
  • FIG. 5B shows cross sections of the laser beams passing through the plane B-B 'of FIG. 1.
  • 6A to 6C show electrical connection methods between laser light sources.
  • FIG. 7 is a plan view showing a light source device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a plan view showing a light source device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a side view of the light source device shown in Fig.
  • FIG. 10A shows cross sections of laser beams passing through the plane A-A 'of FIG. 8.
  • FIG. 10B shows cross sections of the laser beams passing through the plane B-B 'of FIG. 8.
  • Figs. 11A and 11B show a modification of the laser beams passing through the plane A-A 'and the plane B-B' in Fig. 8.
  • FIG. 12 is a plan view showing a light source device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a plan view showing a light source device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view showing a light source device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 2 is a side view of the light source device shown in Fig.
  • the light source apparatus 100 includes laser light sources, reflection mirrors, and a beam combiner, which are provided on a substrate 101.
  • the laser light sources may be arranged in two rows.
  • the laser light sources 110 may include a first row of laser light sources 110 and a second row of laser light sources 120, which are spaced apart from and opposite to each other.
  • the first row of laser light sources 110 may include first, second and third laser light sources 111, 112 and 113 and the second row of laser light sources 120 may include a fourth, 121, 122, 123).
  • the laser light sources 110 of the first row and the laser light sources 120 of the second row may be staggered from each other. That is, the first, second, and third laser light sources 111, 112, and 113 may be staggered from the fourth, fifth, and sixth laser light sources 121, 122, and 123.
  • each of the laser light sources 110 of the first row and the laser light sources 120 of the second row includes three laser light sources.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a laser light source that can be applied to the light source device shown in FIG.
  • the laser light source 115 shown in FIG. 3 is the same as the first to sixth laser light sources 111, 112, 113, 121, 122, and 123 shown in FIG.
  • the laser light source 115 may include a submount substrate 115a and a laser diode 115b bonded to the submount substrate 115a.
  • the laser diode 115b may be fabricated in the form of a semiconductor chip as a source of the laser beam.
  • the laser diode 115b may be bonded to a metal layer (not shown) of the submount substrate 115a by a solder (not shown).
  • the submount substrate 111a may include a material having excellent thermal conductivity such as AlN, BeO, or the like.
  • FIG. 4A is a plan view of the laser light source shown in FIG. 3
  • FIG. 4B is a front view of the laser light source shown in FIG. 3
  • FIG. 4C is a side view of the laser light source shown in FIG. 4A and 4C show a state in which the laser beam L emitted from the laser diode 115b is diverged.
  • the laser beam L emitted from the laser diode 115b can be diverged in the horizontal direction (D1 direction) and the vertical direction (D2 direction).
  • the angles at which the laser beam L is emitted vary depending on the direction. Specifically, the angle? 1 at which the laser beam L is diverged in the horizontal direction (D1 direction) differs from the angle? 2 at which the laser beam L diverges in the vertical direction (D2 direction).
  • the beam diverged in the horizontal direction (D1 direction) spatially spatially has a multi-mode, and its divergence angle? 1 is approximately 8 to 12 Deg.
  • the beam diverging in the vertical direction (direction D2) spatially spatially has a single mode, and its divergence angle 2 is approximately 28 degrees ⁇ 35 °.
  • the vertical direction (D2 direction) is referred to as a fast axis direction
  • the horizontal direction (D1 direction) is referred to as a slow axis direction. Since the divergent angles of the laser beam L emitted from the laser diode 115b are different depending on the direction, in order to make the laser beam L emitted from the laser diode 115b as parallel light, A lens is required.
  • the laser beam L emitted from the laser diode 115b may have a cross section of a long oval shape in the slow axis direction as it passes through the FAC lens and the SAC lens.
  • the first, second and third laser light sources 111, 112 and 113 emit first, second and third laser beams L1, L2 and L3, And sixth laser light sources 121, 122, and 123 emit fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6.
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 may all have the same polarization direction, for example, the first polarization direction.
  • the first, second and third laser light sources 111, 112 and 113 constituting the laser light sources 110 of the first row are connected to the fourth, fifth and sixth laser light sources 121, 122 and 123 constituting the laser light sources 120 of the second row ). Accordingly, the first laser beam L1 passes between the fourth and fifth laser light sources 121 and 122, and the second laser beam L2 passes between the fifth and sixth laser light sources 122 and 123 .
  • the fourth laser beam L4 passes between the first and second laser light sources 111 and 112 and the fifth laser beam L5 passes between the second and third laser light sources 112 and 113.
  • the first, second and third laser light sources 111, 112 and 113 constituting the laser light sources 110 of the first row are arranged such that the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 are not interfered So as to have a step of a predetermined size (h).
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 121, 122, and 123 constituting the laser light sources 120 of the second row are arranged in a predetermined direction so that the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, And has a step of size (h).
  • the adjacent first laser light source 110 and second laser light source 120 are provided on the same plane.
  • the substrate 101 includes a first surface S1, a second surface S2, and a third surface S3 that are sequentially provided with a step of a predetermined size (h) Where the first side S1 has the highest height and the third side S3 has the lowest height.
  • the first, second and third laser light sources 111, 112 and 113 constituting the laser light sources 110 of the first row are arranged on the first surface S1, the second surface S2 and the third surface S3 Respectively.
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 121, 122, and 123 constituting the laser light sources 120 of the second row are disposed on the first surface S1, the second surface S2, (S3), respectively.
  • the first and fourth laser light sources 111 and 121 adjacent to each other have a first surface S1, a second laser light source 112 and a second laser light source 122 adjacent to each other, a second surface S2,
  • the third and sixth laser light sources 113 and 123 may be provided on the third surface S3.
  • the reflective mirrors may be arranged in two rows.
  • the reflection mirrors may include reflection mirrors 170 of a third row disposed outside the laser light sources 120 of the second row, reflection mirrors 170 of the fourth row disposed outside the laser light sources 110 of the first row, (180).
  • the reflection mirrors 170 in the third row may include first, second, and third reflection mirrors 171, 172, and 173 that reflect the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 .
  • the first, second, and third reflective mirrors 171, 172, and 173 may be provided on the first surface S1, the second surface S2, and the third surface S3 of the substrate 101, respectively.
  • the reflection mirrors 180 of the fourth column may include fourth, fifth, and sixth reflection mirrors 181, 182, and 183 that reflect the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6.
  • the fourth, fifth, and sixth reflective mirrors 181, 182, and 183 may be provided on the first surface S1, the second surface S2, and the third surface S3 of the substrate 101, respectively.
  • a first FAC lens 131 and a first SAC lens 151 are provided between the first laser light source 111 and the first reflection mirror 171.
  • the first FAC lens 131 serves to make the first laser beam L1 emitted from the first laser light source 111 parallel to the high-speed axis direction
  • the first SAC lens 151 serves as a first FAC lens And makes the first laser beam L1 passing through the first lens 131 parallel to the slow axis direction.
  • the first laser beam L1 passing through the first FAC lens 131 and the first SAC lens 151 may have a long elliptical cross section in the slow axis direction.
  • a second FAC lens 132 and a second SAC lens 152 are provided between the second laser light source 112 and the second reflection mirror 172.
  • the third laser light source 113 and the third reflection mirror 173 A third FAC lens 133 and a third SAC lens 153 are provided.
  • a fourth FAC lens 141 and a fourth SAC lens 161 are provided between the fourth laser light source 131 and the fourth reflection mirror 181.
  • the fifth laser light source 122 and the fifth reflection mirror 182 A fifth FAC lens 142 and a fifth SAC lens 162 are provided.
  • a sixth FAC lens 143 and a sixth SAC lens 163 are provided between the sixth laser light source 123 and the sixth reflection mirror 183.
  • the second through sixth FAC lenses 132, 133, 141, 142 and 143 perform the same functions as those of the first FAC lens 131 described above, and the second through sixth SAC lenses 152, 153, 161, 162 and 163 perform the same functions as the first SAC lens 151 Can be performed.
  • the beam combiner may include a polarization beam combiner 193.
  • a polarization converter 170 for converting the polarization directions of the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 is provided on the path between the reflection mirrors 170 and the polarizing beam combiner 193 of the third row. , 192 may be provided.
  • As the polarization converter 192 for example, a 1/2 wavelength plate may be used.
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 have a first polarization direction
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3, which are transmitted through the polarization converter 192 Direction and a second polarization direction perpendicular to the direction of polarization.
  • a mirror 191 for reflecting the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 toward the polarization converter 192 is provided between the reflection mirrors 170 and 192 of the third row More can be provided.
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 are emitted from the first to sixth laser light sources 111, 112, 113, 121, 122,
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 may have a first polarization direction.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 emitted from the first, second and third laser light sources 111, 112 and 113 are transmitted through the first, second and third reflecting mirrors 171, 172 and 173 .
  • the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 are provided so that the first, second, and third laser light sources 111, 112, and 113 have a step of a predetermined size h, Can be spatially combined.
  • the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6 emitted from the fourth, fifth and sixth laser light sources 121, 122 and 123 are transmitted through the fourth, fifth and sixth reflection mirrors 181, 182 and 183 .
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams 121, 122, and 123 are provided so as to have stepped portions of a predetermined size h so that the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, Can be spatially combined.
  • FIG. 5A shows cross sections of laser beams passing through the plane A-A 'of FIG. 1;
  • first, second and third laser beams L1, L2 and L3 are spatially coupled by laser light sources 110 of a first row provided with a predetermined level difference h
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 are spatially coupled by the second row of laser light sources 120 having stepped portions.
  • the spacing h between the spatially coupled first, second and third laser beams L1, L2 and L3 is such that the step size h between the first, second and third laser light sources 111, 112,
  • the interval h between the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6 spatially coupled is equal to the step size between the fourth, fifth and sixth laser light sources 121, 122 and 123 h).
  • the first and fourth laser beams L1 and L4, the second and fifth laser beams L2 and L5 and the third and sixth laser beams L3 and L6 have the same height.
  • the spatially coupled first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 are reflected by the mirror and then incident on the polarization converter 192.
  • the polarization converter 192 may be provided on the third surface S3 of the substrate 101. [
  • the polarization converter 192 may serve to convert the first polarization direction of the incident first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 into the second polarization direction.
  • the second polarization direction may be perpendicular to the first polarization direction.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 having a second polarization direction are incident on the polarized beam combiner 193 through the polarization converter 192.
  • the spatially coupled fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6 are also incident on the polarized beam combiner 193 and the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5, L6 have a first polarization direction.
  • the polarizing beam combiner 193 transmits the beam having the first polarization direction and reflects the beam having the second polarization direction.
  • the polarizing beam combiner 193 may be provided on the third surface S3 of the substrate 101.
  • the first, second and third laser beams L1, L2, and L3 having the second polarization direction are reflected by the polarization beam combiner 193, and the fourth, fifth, and sixth laser beams having the first polarization direction
  • the sixth laser beams L4, L5 and L6 transmit the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 having a second polarization direction by transmitting the polarized beam combiner, 4, 5, and 6 laser beams L4, L5, and L6.
  • 5B is a cross-sectional view of the laser beams passing through the plane B-B 'of FIG.
  • the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 having a second polarization direction by the polarized beam combiner, and fourth, fifth, and sixth laser beams L1, And the laser beams L4, L5 and L6 are coupled.
  • the interval h between the laser beams L1 + L4, L2 + L5 and L3 + L6 coupled to each other is equal to the step size h between the first, second and third laser light sources 111, 112 and 113 5 and the sixth laser light sources 121, 122, 123, respectively.
  • the combined laser beams L1 to L6 emitted from the polarization beam combiner 193 can be coupled to the optical fiber 199 through the coupling lens 194.
  • the laser light sources 110 of the first row and the laser light sources 120 of the second row are staggered from each other and the reflection mirrors 170 of the third row are disposed outside the laser light sources 120 of the second row And the reflection mirrors 180 of the fourth row are arranged outside the laser light sources 110 of the first row.
  • the laser light sources 110 of the first row are electrically connected to each other by conductors (not shown), and the laser light sources 120 of the second row are electrically connected to each other by conductors (not shown).
  • the laser beams L1, L2, and L3 emitted from the laser light sources 110 of the first row are not blocked by the conductors connecting the laser light sources 120 of the second row, 120).
  • the laser beams L4, L5 and L6 emitted from the laser light sources 120 of the second row are not interrupted by the conductors connecting the laser light sources 110 of the first row, 110).
  • 6A to 6C show electrical connection methods between laser light sources. 6A and 6C, when the fourth laser beam L4 emitted from the fourth laser light source 121 passes between the first and second laser light sources 111 and 112, the first and second laser light sources 111 and 112 Methods of electrically connecting are illustrated by way of example.
  • the first and second laser light sources 111 and 112 are electrically connected by a metal wire 105.
  • the metal wire 105 may include, for example, Au, Al, and the like, but is not limited thereto.
  • the fourth laser beam L4 can pass under the metal wire 105.
  • the first and second laser light sources 111 and 112 are electrically connected by a conductive structure 106.
  • the conductive structure 106 may include, for example, conductive epoxy, but is not limited thereto.
  • the fourth laser beam L4 can pass through the lower portion of the conductive structure 106 by adjusting the shape of the conductive structure 106.
  • the first and second laser light sources 111 and 112 are electrically connected by a connection pad 107.
  • the fourth laser beam L4 can pass through the upper portion or the lower portion of the connection pad 1107.
  • the light source device 100 can be efficiently implemented by spatial coupling and polarization coupling of the laser beams L1 to L6 emitted from the laser light sources 111, 112, 113, 121, 122 and 123.
  • there is a limit to increase the number of laser light sources because the light loss increases as the height variation of the laser light sources increases.
  • the number of laser light sources 111, 112, 113, 121, 122, and 123 can be effectively increased while minimizing optical loss through spatial coupling and polarization coupling of the laser beams L1 to L6.
  • the laser light sources 110 of the first row and the laser light sources 120 of the second row are arranged alternately with each other, and the reflection mirrors 170 and 180 of the third and fourth columns are arranged in the first row and the
  • the light source device 100 having a more compact structure can be realized by providing the laser light sources 110 and 120 outside the two rows of the laser light sources 110 and 120.
  • the SAC lens provided between the laser light source and the reflection mirror may be provided at various positions along the path between the laser light source and the reflection mirror depending on the focal distance, and may be provided in plural for the purpose of reducing the influence of the aberration of the lens. have.
  • the light source device 200 shown in FIG. 7 includes a plurality of laser beams emitted from the first row of laser light sources 210 and a plurality of laser beams emitted from the second row of laser light sources 220, (L4, L5, and L6) are different from each other, and that the polarization converter is not provided.
  • the first, second and third laser light sources 211, 212 and 213 constituting the laser light sources 210 of the first row are connected to the first, second and third laser beams L1 , L2, L3).
  • the first, second, and third laser light sources 211, 212, and 213 are provided on the first surface S1, the second surface S2, and the third surface S3 of the substrate 201, respectively, .
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 221, 222, and 223 constituting the laser light sources 220 in the second row include fourth, fifth, and sixth lasers having a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction And can emit beams L4, L5 and L6.
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 221, 222, and 223 are provided on the first surface S1, the second surface S2, and the third surface S3 of the substrate 201, respectively, .
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 pass through the first, second and third FAC lenses 231, 232 and 233 and the first, second and third SAC lenses 251, 252 and 253, Second, and third reflection mirrors 271, 272, 273) of the third row.
  • the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 may be spatially combined.
  • the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6 are transmitted through the fourth, fifth and sixth FAC lenses 241, 242 and 343 and fourth, fifth and sixth SAC lenses 261, And then reflected by the reflection mirrors 280 in the fourth column (i.e., the fourth, fifth, and sixth reflection mirrors 281, 282, and 283).
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 may be spatially combined.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 having the first polarization direction are reflected by the mirror 291 and are then incident on the polarization beam combiner 293,
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 are also incident on the polarized beam combiner 293.
  • the polarized beam combiner 293 reflects the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 having the first polarization direction and the fourth, fifth and sixth laser beams Second and third laser beams L1, L2 and L3 having a second polarization direction and fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6 having a first polarization direction, (L4, L5, L6) may be combined.
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 combined in this way can be coupled to the optical fiber 299 through the coupling lens 293.
  • FIGS. 8 and 9 are plan views showing a light source device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 9 is a side view of the light source device shown in Fig.
  • the light source apparatus 300 shown in FIGS. 8 and 9 has the same structure as that of the light source apparatus 300 shown in FIG. 1 except that there is a step between the laser light source 310 of the first row and the laser light source 320 of the second row, (100).
  • the light source device 300 includes laser light sources, reflection mirrors, and a beam combiner provided on a substrate 301.
  • the laser light sources may include a first row of laser light sources 310 and a second row of laser light sources 320 that are spaced apart from and opposite to each other.
  • the first row of laser sources 310 may include first, second, and third laser sources 311, 312, 313.
  • the laser light sources 320 in the second row may include fourth, fifth, and sixth laser light sources 321, 322, and 323.
  • the laser light sources 310 of the first row and the laser light sources 320 of the second row may be staggered from each other.
  • the first laser beam L1 passes between the fourth and fifth laser light sources 321 and 322, and the second laser beam L2 passes between the fifth and sixth laser light sources 322 and 323 .
  • the fourth laser beam L4 passes between the first and second laser light sources 311 and 312 and the fifth laser beam L5 passes between the second and third laser light sources 312 and 313.
  • the first, second and third laser light sources 311, 312 and 313 constituting the laser light sources 310 of the first row emit the first, second and third laser beams L1, L2 and L3,
  • the fourth, fifth and sixth laser light sources 321, 322 and 323 constituting the laser light sources 320 emit the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6.
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 may have the same polarization direction, for example, the first polarization direction.
  • the first, second and third laser light sources 311, 312 and 313 constituting the laser light sources 310 of the first row are arranged in a predetermined size (for example, 1 mm) so as to prevent the first, second and third laser beams L1, h).
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 321, 322, and 323 constituting the laser light sources 320 of the second row are arranged in a predetermined direction so that the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, And has a step of size h.
  • the laser light source 310 of the first row and the laser light source 320 of the second row adjacent to each other are also provided so as to have a step of a predetermined size (h).
  • the substrate 301 may include first to sixth surfaces S1 to S6 sequentially provided with a step of a predetermined size h, wherein the first surface S1 have the highest height, and the sixth surface S6 has the lowest height.
  • the first, second and third laser light sources 311, 312 and 313 constituting the laser light sources 310 of the first row are disposed on the first surface S1, the third surface S3 and the fifth surface S5 Respectively.
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 321, 322, and 323 constituting the laser light sources 320 of the second row are disposed on the second surface S2, the fourth surface S4, (S6).
  • the reflective mirrors include a third row of reflective mirrors 370 disposed on the outer side of the second row of laser light sources 320 and a fourth row of reflective mirrors 380 disposed on the outer side of the first row of laser light sources 310, . ≪ / RTI >
  • the reflection mirrors 370 in the third row may include first, second, and third reflection mirrors 371, 372, and 373 that reflect the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3
  • the reflection mirrors 380 in the fourth column may include fourth, fifth, and sixth reflection mirrors 381, 382, and 383 that reflect the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6.
  • first, second, and third reflective mirrors 371, 372, and 373 may be provided on the first surface S1, the third surface S3, and the fifth surface S5 of the substrate 301
  • the fifth and sixth reflection mirrors 381, 382 and 383 may be provided on the second surface S2, the fourth surface S4 and the sixth surface S6 of the substrate 301, respectively.
  • a first FAC lens 331 and a first SAC lens 351 may be provided between the first laser light source 311 and the first reflection mirror 371.
  • a second laser light source 312 and a second reflection mirror A second FAC lens 332 and a second SAC lens 352 may be provided between the third laser light source 313 and the third reflection mirror 373 and a third FAC lens 333 may be provided between the third laser light source 313 and the third reflection mirror 373.
  • a third SAC lens 353 may be provided.
  • a fourth FAC lens 341 and a fourth SAC lens 361 may be provided between the fourth laser light source 321 and the fourth reflection mirror 381.
  • the fifth laser light source 322 and the fifth A fifth FAC lens 342 and a fifth SAC lens 362 may be provided between the sixth laser light source 323 and the sixth reflection mirror 383 and a sixth FAC lens 342 may be provided between the sixth laser light source 323 and the sixth reflection mirror 383.
  • [ 343 and a sixth SAC lens 363 may be provided.
  • the beam combiner may include a polarizing beam combiner 393.
  • a polarization converter 392 for converting the polarization directions of the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 is provided between the reflection mirrors 370 and 393 of the third row .
  • a 1/2 wave plate may be used as the polarized light converter 392, for example.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 May have a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction.
  • a mirror 391 for reflecting the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 toward the polarization converter 392 is provided between the reflection mirrors 370 and 392 of the third row More can be provided.
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 having the first polarization direction are emitted from the first to sixth laser light sources 311, 312, 313, 321, 322 and 323.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 are then reflected by the first, second and third reflecting mirrors 371, 372 and 373, L1, L2, and L3 may be spatially combined.
  • the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6 are reflected by the fourth, fifth and sixth reflection mirrors 381, 382 and 383, respectively, where the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5, and L6 can be spatially combined.
  • FIG. 10A shows cross sections of laser beams passing through the plane A-A 'of FIG. 8.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 are spatially combined with each other so that the first, second and third laser beams L1, L2,
  • the interval 2h is equal to the step size 2h between the first, second, and third laser light sources 311, 312, 313.
  • the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6 are spatially coupled to each other so that the interval 2h between the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6, Is equal to the step size 2h between the fourth, fifth and sixth laser light sources 321, 322 and 323.
  • the spatially coupled first, second and third laser beams L1, L2, and L3 are reflected by the mirror 391 and then incident on the polarization converter 392.
  • the polarization converter 392 converts the first polarization direction of the incident first, second and third laser beams L1, L2, and L3 into the second conversion direction.
  • the second polarization direction may be perpendicular to the first polarization direction.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 having a second polarization direction are incident on the polarized beam combiner 393 by the polarization converter 392.
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 having the first polarization direction spatially coupled are also incident on the polarized beam combiner 393.
  • the polarized beam combiner 393 reflects the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 having the second polarization direction, and the fourth, fifth and sixth laser beams Second, and third laser beams L1, L2, and L3 having a second polarization direction and a fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 having a first polarization direction, And the beams L4, L5 and L6 are coupled.
  • 10B is a cross-sectional view of the laser beams passing through the plane B-B 'of FIG.
  • the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 having a second polarization direction by the polarized beam combiner 393 and fourth, fifth, and sixth laser beams L1, And the sixth laser beams L4, L5 and L6 are coupled.
  • the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 and the fourth and fifth laser beams L1 and L2 and the third and fourth laser beams L1 and L2, 5 and the sixth laser beams L4, L5, L6 are alternately arranged up and down.
  • the interval h between the laser beams may be a step size h between the adjacent laser light source 310 and the second laser light source 320 in the first row.
  • the laser beams L1 to L6 thus combined can be coupled to the optical fiber 399 through the coupling lens 394.
  • the present invention is not limited to this, and the laser light sources 310 and the second laser light sources 320 of the first row may be arranged in various steps.
  • Figs. 11A and 11B show a modification of the laser beams passing through the plane A-A 'and the plane B-B' in Fig. 8.
  • the first, second, and third laser light sources are provided with a step of a predetermined size so that the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 are spatially combined
  • a fifth laser beam source is provided with a step of a predetermined size so that the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6 are spatially combined.
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 may be formed at positions lower than the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3.
  • the laser light sources 311, 312, 313, 321, 322, and 323 all have the same polarization direction, for example, And the first to sixth laser beams L1 to L6 having the first polarization directions are emitted.
  • the first, second, and third laser light sources 311, 312, and 313 generate first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 having a first polarization direction
  • fourth, fifth, and sixth laser light sources 321, 322, and 323 may emit fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 having a second polarization direction.
  • the polarization converter 392 shown in Fig. 8 is not provided.
  • FIG. 12 is a plan view showing a light source device according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the light source device 400 includes laser light sources, reflection mirrors, and a beam combiner provided on a substrate 401.
  • the laser light sources may include a first row of laser light sources 410 and a second row of laser light sources 420 that are spaced apart from and opposite to each other.
  • the laser light sources 410 of the first row may include first, second, and third laser light sources 411, 412, 413.
  • the laser light sources 420 in the second row may include fourth, fifth, and sixth laser light sources 421, 422, and 423.
  • the laser light sources 410 of the first row and the laser light sources 420 of the second row may be staggered from each other.
  • the first, second and third laser light sources 411, 412 and 413 constituting the laser light sources 410 of the first row emit the first, second and third laser beams L1, L2 and L3,
  • the fourth, fifth and sixth laser light sources 421, 422 and 423 constituting the laser light sources 420 emit the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6.
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 may have the same wavelength range.
  • the configuration of the laser light sources 411, 412, 413, 421, 422, and 423 in the light source apparatus 400 shown in Fig. 12 is the same as that in Fig. Specifically, the first, second, and third laser light sources 411, 412, and 413 are provided so as to have a predetermined step size so that the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 do not interfere with each other.
  • the first, second, and third laser light sources 411, 412, and 413 may be provided on the first surface S1, the second surface S2, and the third surface S3 of the substrate 401, respectively.
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 421, 422, and 423 are provided so as to have a predetermined step size so that the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 do not interfere with each other.
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 421, 422, and 423 may be provided on the first surface S1, the second surface S2, and the third surface S3 of the substrate 401, respectively.
  • the laser light source 410 of the first row and the laser light source 420 of the second row which are adjacent to each other are provided on a plane of the same height.
  • the reflective mirrors include a third row of reflective mirrors 470 disposed on the outside of the second row of laser light sources 420 and a fourth row of reflective mirrors 480 disposed on the outer side of the first row of laser light sources 410.
  • the reflection mirrors 470 in the third row may include first, second, and third reflection mirrors 471, 472, and 473 that reflect the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3
  • the fourth column of reflecting mirrors 480 may include fourth, fifth, and sixth reflecting mirrors 481, 482, and 483 that reflect the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6.
  • a first FAC lens 431 and a first SAC lens 451 may be provided between the first laser light source 411 and the first reflection mirror 471.
  • the second laser light source 412 and the second reflection mirror 451 may be disposed between the first laser light source 411 and the first reflection mirror 471
  • a second FAC lens 432 and a second SAC lens 452 may be provided between the third laser light source 413 and the third reflection mirror 473
  • a third FAC lens 433 may be provided between the third laser light source 413 and the third reflection mirror 473.
  • a third SAC lens 453 may be provided.
  • a fourth FAC lens 441 and a fourth SAC lens 461 may be provided between the fourth laser light source 421 and the fourth reflection mirror 481.
  • the fifth laser light source 422 and the fifth A fifth FAC lens 442 and a fifth SAC lens 462 may be provided between the reflection mirror 482 and a sixth FAC lens 462 may be provided between the sixth laser light source 423 and the sixth reflection mirror 483. [ 443 and a sixth SAC lens 463 may be provided. .
  • the beam combiner may include a wavelength beam combiner 493 that combines beams of different wavelengths.
  • a wavelength beam combiner 493 for example, a dichroic mirror may be used but is not limited thereto.
  • a first wavelength selection element 495 may be provided between the reflection mirrors 470 and 493 of the third column and a reflection mirror 480 and a wavelength beam combiner 493 may be provided between the reflection mirrors 480 and 493,
  • a second wavelength selector 496 may be provided.
  • the first wavelength selector 495 selectively transmits only the first wavelength range in the wavelength range of the incident beam
  • the second wavelength selector 496 selects only the first wavelength range in the wavelength range of the incident beam.
  • VBG Volume Bragg Grating
  • VBG Volume Bragg Grating
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 are emitted from the first to sixth laser light sources 411, 412, 413, 421, 422,
  • the first to sixth laser beams L1 to L6 may have the same wavelength range. However, it is not necessarily limited thereto.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 are then reflected by the first, second and third reflecting mirrors 471, 472 and 473, respectively, where the first, second and third laser beams L1, L2, and L3 may be spatially combined.
  • the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6 are reflected by the fourth, fifth and sixth reflection mirrors 481, 482 and 483, respectively, where the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5, and L6 can be spatially combined.
  • the first wavelength selector 495 selectively transmits only the first wavelength range of the wavelength range of the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 having the first wavelength range are reflected by the mirror 491 via the first wavelength selector 495, (493).
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 are incident on the second wavelength selector 496.
  • the second wavelength selector 496 selectively transmits only the second wavelength range of the wavelength range of the fourth, fifth and sixth laser beams L4, L5 and L6.
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 having the second wavelength range are incident on the wavelength beam combiner 494 through the second wavelength selector.
  • the wavelength beam combiner 494 reflects the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 having the first wavelength range, and the fourth, fifth, and sixth laser beams Second, and third laser beams L1, L2, and L3 having a first wavelength range, and fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 having a second wavelength range,
  • the beams L4, L5 and L6 may be combined.
  • the laser beams L1 to L6 thus combined can be coupled to the optical fiber 499 via the coupling lens 494.
  • the two-row laser light sources 411, 412, 413, 421, 422, 423 are arranged in a staggered arrangement and the reflection mirrors 471, 472, 473, 481, 482, 483 are provided outside the laser light sources 411, . Further, laser beams L1 to L6 having different wavelength ranges may be combined and incident on the optical fiber.
  • the laser light source 410 of the first row and the laser light source 420 of the second row which are adjacent to each other are provided on a plane having the same height.
  • the laser light source 410 of the first row and the laser light source 420 of the second row, which are adjacent to each other 411, 412, 413, 421, 422, 423 may be provided in various forms.
  • the light source apparatus 500 shown in FIG. 13 includes a plurality of laser beams emitted from the first row of laser light sources 510 and a plurality of laser beams 520 emitted from the second row of laser light sources 520, 12 are the same as those of the light source device 400 shown in Fig. 12 except that the wavelength ranges of the first and second wavelength selecting devices L4, L5, and L6 are different from each other and the first and second wavelength selecting devices are not provided.
  • the first, second and third laser light sources 511, 512 and 513 constituting the laser light sources 510 of the first row are connected to the first, second and third laser beams L1 , L2, L3).
  • the first, second and third laser light sources 511, 512 and 513 may be provided on the first surface S1, the second surface S2 and the third surface S3 of the substrate 501, respectively.
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 521, 522, and 523 constituting the laser light sources 520 in the second row receive the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 ). ≪ / RTI >
  • the fourth, fifth, and sixth laser light sources 521, 522, and 523 may be provided on the first surface S1, the second surface S2, and the third surface S3 of the substrate 501, respectively.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 pass through the first, second and third FAC lenses 531, 532 and 533 and the first, second and third SAC lenses 551, 552 and 553, Second and third laser beams L1, L2 and L3 are reflected by the first, second and third reflecting mirrors 570, i.e., the first, second and third reflecting mirrors 571, 572 and 573.
  • the first, Fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 may be combined with fourth, fifth, and sixth FAC lenses 541, 542, 543 and fourth, fifth, and sixth SAC lenses 541, Fifth and sixth reflection mirrors 581, 582, 583) of the fourth row after passing through the first to fourth laser beams 561, 562, 563.
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams (L4, L5, L6) can be spatially combined.
  • the first, second and third laser beams L1, L2 and L3 having the first wavelength range are reflected by the mirror 591 and are then incident on the wavelength beam combiner 593,
  • the fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 are also incident on the wavelength beam combiner 593.
  • the wavelength beam combiner 593 reflects the first, second, and third laser beams L1, L2, and L3 having the first wavelength range, and the fourth, fifth, and sixth laser beams Second, and third laser beams L1, L2, and L3 having a first wavelength range, and fourth, fifth, and sixth laser beams L4, L5, and L6 having a second wavelength range,
  • the beams L4, L5 and L6 may be combined.
  • the first through the sixth laser beams thus combined can be coupled to the optical fiber 599 via the coupling lens 594.
  • the laser beam emitted from the laser light sources is spatially and polarizedly combined, thereby realizing a light source device of high efficiency and high output. Further, by arranging the laser light sources in a staggered arrangement and arranging the reflection mirrors outside the laser light sources, a light source device of a more compact structure can be manufactured. Further, laser beams having different wavelength ranges may be combined and incident on the optical fibers.

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Abstract

복수의 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔들을 효율적으로 결합시킨 컴팩트한 구조의 고출력 광원 장치가 개시된다. 개시된 광원 장치는, 서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들; 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들; 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및 빔 결합기;를 포함한다. 여기서, 상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며, 상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련된다.

Description

고출력 광원 장치
본 발명은 고출력 광원 장치에 관한 것으로, 상세하게는 복수의 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔들을 효율적으로 결합시킴으로써 컴팩트한 구조를 가지는 고출력 광원 장치에 관한 것이다.
레이저 다이오드와 같은 레이저 광원은 광섬유에 결합(coupling)되어 레이저 빔을 원하는 지점까지 용이하고 효율적으로 전송할 수 있다는 장점 때문에 레이저 용접(laser welding), 레이저 솔더링(laser soldering) 또는 레이저 펌핑 소스(laser pumping source) 등과 같은 다양한 응용 분야에 이용되고 있다.
하나의 레이저 다이오드로부터 방출되는 레이저 빔의 출력은 한계가 있기 때문에 일반적으로 복수개의 레이저 다이오드를 결합한 광원 장치가 사용되고 있다. 이 경우, 레이저 빔들과 광섬유와의 결합 효율(coupling efficiency)을 향상시키고 공간적으로는 컴팩트한 구조를 가지는 고출력 광원 장치가 요구된다.
본 발명의 일 실시예는 복수의 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 광들을 효율적으로 결합시킴으로써 컴팩트한 구조를 가지는 고출력 광원 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 빔 결합기(beam combiner);를 포함하고,
상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치가 제공된다.
서로 인접한 한 쌍의 상기 제1열의 레이저 광원과 상기 제2열의 레이저 광원은 동일한 높이의 평면 상에 마련될 수 있다. 서로 인접한 한 쌍의 상기 제1열의 레이저 광원과 상기 제2열의 레이저 광원은 서로 단차를 가지도록 마련될 수 있다.
상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제3열의 반사미러들 사이 및 상기 제2열의 레이저 광원들과 상기 제4열의 반사미러들 사이에는 FAC(Fast Axis Collimating) 렌즈들이 마련될 수 있다.
상기 제3열의 반사미러들과 상기 FAC 렌즈들 사이 및 상기 제4열의 반사미러들과 상기 FAC 렌즈들 사이에는 SAC(Solw Axis Collimating) 렌즈들이 마련될 수 있다.
상기 빔 결합기는 편광 빔 결합기(polarization beam combiner)를 포함하고, 상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 편광 변환기(polarization converter)가 마련될 수 있다.
상기 빔 결합기는 파장 빔 결합기(wavelength beam combiner)를 포함하고, 상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제1 파장 선택 소자가 마련되며, 상기 제4열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제2 파장 선택 소자가 마련될 수 있다.
상기 광원 장치는 상기 빔 결합기에 의해 결합된 레이저 빔들을 광섬유에 커플링시키는 결합 렌즈(coupling lens)를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 편광 빔 결합기;를 포함하고,
상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치가 제공된다.
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 동일한 편광 방향(polarization direction)을 가질 수 있다.
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 다른 편광 방향을 가질 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 파장 빔 결합기;를 포함하고,
상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치가 제공된다.
상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 동일한 파장 범위를 가질 수 있다.
상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제1 파장 선택 소자가 마련되고, 상기 제4열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제2 파장 선택 소자가 마련될 수 있다. 상기 제1 및 제2 파장 선택 소자는 VBG(Volume Bragg Grating)을 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들의 공간 결합 및 편광 결합을 통해 광 손실을 최소화한 고효율 및 고출력의 광원 장치를 구현할 수 있다. 또한, 레이저 광원들을 서로 엇갈리게 배치하고, 반사미러들을 레이저 광원들의 외측에 마련함으로써 보다 컴팩트한 구조의 광원 장치를 제작할 수 있다. 또한, 서로 다른 파장 범위들을 가지는 레이저 빔들을 결합하여 광 섬유에 커플링시킬 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광원 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 광원 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원을 도시한 사시도이다.
도 4a는 도 3에 도시된 레이저 광원의 평면도이다.
도 4b는 도 3에 도시된 레이저 광원의 정면도이다.
도 4c는 도 3에 도시된 레이저 광원의 측면도이다.
도 5a는 도 1의 A-A' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 5b는 도 1의 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 레이저 광원들 사이의 전기적인 연결방법들을 도시한 것이다.
도 7는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 광원 장치의 측면도이다.
도 10a는 도 8의 A-A' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 10b는 도 8의 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 11a 및 도 11b는 도 8의 A-A' 평면 및 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 변형예를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 도시된 광원 장치의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광원 장치(100)는 기판(101) 상에 마련되는 레이저 광원들, 반사미러들 및 빔 결합기(beam combiner)를 포함한다. 레이저 광원들은 2개의 열로 배치될 수 있다. 구체적으로, 레이저 광원들은 서로 이격되어 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들(110)과 제2열의 레이저 광원들(120)을 포함할 수 있다. 제1열의 레이저 광원들(110)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)을 포함할 수 있으며, 제2열의 레이저 광원들(120)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1열의 레이저 광원들(110)과 제2열의 레이저 광원들(120)은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 즉, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)과 엇갈리게 배치될 수 있다.
이하의 도면들에서는 제1열의 레이저 광원들(110) 및 제2열의 레이저 광원들(120) 각각이 3개의 레이저 광원을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 다양한 개수의 레이저 광원들이 마련될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 광원 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원을 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 레이저 광원(115)은 도 1에 도시된 제1 내지 제6 레이저 광원(111,112,113,121,122,123)과 동일하다.
도 3을 참조하면, 레이저 광원(115)은 서브 마운트 기판(115a)과 이 서브 마운트 기판(115a)에 본딩된 레이저 다이오드(115b)를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드(115b)는 레이저 빔의 발생원으로서 반도체 칩의 형태로 제작될 수 있다. 이러한 레이저 다이오드(115b)는 솔더(solder, 미도시)에 의해 서브 마운트 기판(115a)의 금속층(미도시) 상에 본딩될 수 있다. 서브 마운트 기판(111a)은 예를 들면 AlN, BeO 등과 같은 열전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있다.
도 4a는 도 3에 도시된 레이저 광원의 평면도이고, 도 4b는 도 3에 도시된 레이저 광원의 정면도이며, 도 4c는 도 3에 도시된 레이저 광원의 측면도이다. 도 4a 및 도 4c에는 레이저 다이오드(115b)로부터 방출된 레이저 빔(L)이 발산되는 모습이 도시되어 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 수평 방향(D1 방향) 및 수직 방향(D2 방향)으로 발산될 수 있다. 여기서, 레이저 빔(L)이 발산되는 각도들은 방향에 따라 달라지게 된다. 구체적으로, 레이저 빔(L)이 수평 방향(D1 방향)으로 발산되는 각도(θ1)와 수직 방향(D2 방향)으로 발산되는 각도(θ2)가 다르다.
레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L) 중 수평 방향(D1 방향)으로 발산되는 빔은 공간적으로 다중 모드(multi-mode)를 가지고 있으며, 그 발산각(θ1)은 대략 8°~12° 정도로 상대적으로 작다. 그리고, 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L) 중 수직 방향(D2 방향)으로 발산되는 빔은 공간적으로 단일 모드(single-mode)를 가지고 있으며, 그 발산각(θ2)은 대략 28°~35° 정도로 상대적으로 크다. 일반적으로, 수직 방향(D2 방향)은 고속축(fast axis) 방향으로 불리고 있으며, 수평 방향(D1 방향)은 저속축(slow axis) 방향으로 불리고 있다. 이와 같이, 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L)의 발산각들이 방향에 따라서 다르기 때문에 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L)을 평행광으로 만들기 위해서는 각 방향에 대한 콜리메이팅 렌즈가 필요하게 된다.
수직 방향(D2 방향), 즉 고속축 방향으로 발산되는 빔을 평행하게 만들기 위해서는 고속축 방향에 따른 초점거리가 상대적으로 짧은 콜리메이팅 렌즈, 즉 FAC(Fast Axis Collimating) 렌즈가 필요하게 되며, 수평 방향(D1 방향), 즉 저속축 방향으로 발산되는 빔을 평행하게 만들기 위해서는 저속축 방향에 따른 초점거리가 상대적으로 긴 콜리메이팅 렌즈, 즉 SAC(Slow Axis Collimating) 렌즈가 필요하게 된다. 이에 따라, 레이저 다이오드(115b)로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 FAC 렌즈 및 SAC 렌즈를 통과함에 따라 저속축 방향으로 긴 타원 형태의 단면을 가질 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출하고, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출한다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 모두 동일한 편광 방향(polarization direction), 예를 들면 제1 편광 방향을 가질 수 있다.
제1열의 레이저 광원들(110)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 제2열의 레이저 광원들(120)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)과 엇갈리게 배치되어 있다. 이에 따라, 제1 레이저 빔(L1)은 제4 및 제5 레이저 광원(121,122) 사이를 지나가게 되며, 제2 레이저 빔(L2)은 제5 및 제6 레이저 광원(122,123) 사이를 지나가게 된다. 그리고, 제4 레이저 빔(L4)은 제1 및 제2 레이저 광원(111,112) 사이를 지나가게 되며, 제5 레이저 빔(L5)은 제2 및 제3 레이저 광원(112,113) 사이를 지나가게 된다.
본 실시예에서는 제1열의 레이저 광원들(110)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 간섭되지 않도록 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(120)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 간섭되지 않도록 소정 크기(h)의 단차를 가지고 마련되어 있다. 또한, 인접하는 제1열의 레이저 광원(110)과 제2열의 레이저 광원(120)은 동일한 높이의 평면 상에 마련되어 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 기판(101)은 소정 크기(h)의 단차를 가지고 순차적으로 마련되는 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1면(S1)은 가장 높은 높이를 가지고 있으며, 제3면(S3)은 가장 낮은 높이를 가지고 있다. 제1열의 레이저 광원들(110)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)은 기판(101)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)에 각각 마련될 수 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(120)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)은 기판(101)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)에 각각 마련될 수 있다. 이에 따라, 서로 인접하는 제1 및 제4 레이저 광원(111,121)은 제1면(S1), 서로 인접하는 제2 및 제5 레이저 광원(112,122)은 제2면(S2), 그리고, 서로 인접하는 제3 및 제6 레이저 광원(113,123)은 제3면(S3)에 마련될 수 있다.
반사미러들은 2개의 열로 배치될 수 있다. 구체적으로, 반사미러들은 제2열의 레이저 광원들(120)의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들(170)과 제1열의 레이저 광원들(110)의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들(180)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3열의 반사미러들(170)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 반사시키는 제1, 제2 및 제3 반사미러(171,172,173)를 포함할 수 있다. 이러한 제1, 제2 및 제3 반사미러(171,172,173)는 기판(101)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)에 각각 마련될 수 있다. 제4열의 반사미러들(180)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 반사시키는 제4, 제5 및 제6 반사미러(181,182,183)를 포함할 수 있다. 이러한 제4, 제5 및 제6 반사미러(181,182,183)는 기판(101)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3)에 각각 마련될 수 있다.
제1 레이저 광원(111)과 제1 반사미러(171) 사이에는 제1 FAC 렌즈(131) 및 제1 SAC 렌즈(151)가 마련되어 있다. 제1 FAC 렌즈(131)는 제1 레이저 광원(111)으로부터 방출된 제1 레이저 빔(L1)을 고속축 방향에 대해 평행하게 만드는 역할을 하며, 제1 SAC 렌즈(151)는 제1 FAC 렌즈(131)를 경유한 제1 레이저 빔(L1)을 저속축 방향에 대해 평행하게 만드는 역할을 한다. 제1 FAC 렌즈(131) 및 제1 SAC 렌즈(151)를 경유한 제1 레이저 빔(L1)은 저속축 방향으로 긴 타원 형태의 단면을 가질 수 있다.
제2 레이저 광원(112)과 제2 반사미러(172) 사이에는 제2 FAC 렌즈(132) 및 제2 SAC 렌즈(152)가 마련되어 있으며, 제3 레이저 광원(113)과 제3 반사미러(173) 사이에는 제3 FAC 렌즈(133) 및 제3 SAC 렌즈(153)가 마련되어 있다. 제4 레이저 광원(131)과 제4 반사미러(181) 사이에는 제4 FAC 렌즈(141) 및 제4 SAC 렌즈(161)가 마련되어 있으며, 제5 레이저 광원(122)과 제5 반사미러(182) 사이에는 제5 FAC 렌즈(142) 및 제5 SAC 렌즈(162)가 마련되어 있다. 그리고, 제6 레이저 광원(123)과 제6 반사미러(183) 사이에는 제6 FAC 렌즈(143) 및 제6 SAC 렌즈(163)가 마련되어 있다. 제2 내지 제6 FAC 렌즈(132,133,141,142,143)는 전술한 제1 FAC 렌즈(131)와 동일한 기능을 수행하며, 제2 내지 제6 SAC 렌즈(152,153,161,162,163)는 전술한 제1 SAC 렌즈(151)와 동일한 기능을 수행할 수 있다.
빔 결합기는 편광 빔 결합기(polarization beam combiner, 193)를 포함할 수 있다. 그리고, 제3열의 반사미러들(170)과 편광 빔 결합기(193) 사이의 경로 상에는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 편광 방향을 변환시키는 편광 변환기(polarization converter, 192)가 마련될 수 있다. 편광 변환기(192)로는 예를 들면 1/2 파장판이 사용될 수 있다. 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 제1 편광 방향을 가지는 경우에 편광 변환기(192)를 경유한 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1 편광 방향과 수직인 제2 편광 방향을 가질 수 있다. 한편, 제3열의 반사미러들(170)과 편광 변환기(192) 사이에는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 편광 변환기(192) 쪽으로 반사시키는 미러(191)가 더 마련될 수 있다.
상기와 같은 구조의 광원 장치(100)에서, 제1 내지 제6 레이저 광원(111,112,113,121,122,123)으로부터 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 방출된다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 제1 편광 방향을 가질 수 있다. 이어서, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)으로부터 방출되는 제1, 제2, 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2, 제3 반사미러(171,172,173)에 의해 반사된다. 여기서, 전술한 바와 같이 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113)이 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련됨으로써 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 또한, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)으로부터 방출되는 제4, 제5, 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5, 제6 반사미러(181,182,183)에 의해 반사된다. 여기서, 전술한 바와 같이 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123)이 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련됨으로써 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합될 수 있다.
도 5a는 도 1의 A-A' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, 소정 단차(h)를 가지도록 마련된 제1열의 레이저 광원들(110)에 의해 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 공간적으로 결합되어 있고, 단차를 가지도록 마련된 제2열의 레이저 광원들(120)에 의해 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합되어 있다. 여기서, 공간적으로 결합된 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3) 사이의 간격(h)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113) 사이의 단차 크기(h)와 동일하며, 공간적으로 결합된 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6) 사이의 간격(h)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123) 사이의 단차 크기(h)와 동일하다. 한편, 제1 및 제4 레이저 빔(L1,L4), 제2 및 제5 레이저 빔(L2,L5), 그리고 제3 및 제6 레이저 빔(L3,L6)는 각각 동일한 높이를 가지고 있다.
다음으로, 공간적으로 결합된 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러에 의해 반사된 다음 편광 변환기(192)에 입사된다. 편광 변환기(192)는 기판(101)의 제3면(S3)에 마련될 수 있다. 여기서, 편광 변환기(192)는 입사되는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 제1 편광 방향을 제2 편광 방향으로 변환시키는 역할을 할 수 있다. 여기서, 제2 편광 방향은 제1 편광 방향에 수직이 될 수 있다. 편광 변환기(192)를 경유함으로써 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 편광 빔 결합기(193)에 입사된다. 또한, 공간적으로 결합된 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)도 편광 빔 결합기(193)에 입사되며, 이 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제1 편광 방향을 가지고 있다.
편광 빔 결합기(193)는 제1 편광 방향을 가지는 빔은 투과시키고, 제2 편광 방향을 가지는 빔은 반사시킬 수 있다. 편광 빔 결합기(193)는 기판(101)의 제3면(S3)에 마련될 수 있다. 이에 따라, 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 편광 빔 결합기(193)에 의해 반사되며, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 편광 빔 결합기를 투과함으로써 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합하게 된다.
도 5b는 도 1의 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면을 도시한 것이다.
도 5b를 참조하면, 편광 빔 결합기에 의해 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합되어 있다. 결합된 레이저 빔들(L1+L4, L2+L5, L3+L6) 사이의 간격(h)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(111,112,113) 사이의 단차 크기(h) (또는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(121,122,123) 사이의 단차 크기(h)와 동일하다.
이상과 같이, 편광 빔 결합기(193)로부터 출사되는 결합된 레이저 빔들(L1~L6)은 결합 렌즈(coupling lens, 194)를 통해 광섬유(199)에 커플링될 수 있다.
본 실시예에서는 제1열의 레이저 광원들(110)과 제2열의 레이저 광원들(120)이 서로 엇갈리게 배치되고, 제3열의 반사미러들(170)이 제2열의 레이저 광원들(120)의 외측에 배치되며, 제4열의 반사미러들(180)이 제1열의 레이저 광원들(110)의 외측에 배치되어 있다. 또한, 제1열의 레이저 광원들(110)은 도체(미도시)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 제2열의 레이저 광원들(120)은 도체(미도시)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있다. 여기서, 제1열의 레이저 광원들(110)로부터 방출되는 레이저 빔들(L1,L2,L3)이 제2열의 레이저 광원들(120)을 연결하는 도체에 의해 방해됨이 없이 제2열의 레이저 광원들(120) 사이를 지나갈 필요가 있다. 또한, 제2열의 레이저 광원들(120)로부터 방출되는 레이저 빔들(L4,L5,L6)이 제1열의 레이저 광원들(110)을 연결하는 도체에 의해 방해됨이 없이 제1열의 레이저 광원들(110) 사이를 지나갈 필요가 있다.
도 6a 내지 도 6c는 레이저 광원들 사이의 전기적인 연결방법들을 도시한 것이다. 도 6a 및 도 6c에는 제4 레이저 광원(121)으로부터 방출되는 제4 레이저 빔(L4)이 제1 및 제2 레이저 광원(111,112) 사이를 지나가는 경우에 제1 및 제2 레이저 광원(111,112)를 전기적으로 연결하는 방법들이 예시적으로 도시되어 있다.
도 6a를 참조하면, 제1 및 제2 레이저 광원(111,112)은 금속 와이어(105)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 금속 와이어(105)는 예를 들면, Au, Al 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 금속 와이어(105)의 형상을 조절함으로써 제4 레이저 빔(L4)이 금속 와이어(105)의 하부를 지나갈 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제1 및 제2 레이저 광원(111,112)은 도전성 구조물(106)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 도전성 구조물(106)은 예를 들면 도전성 에폭시 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이 경우, 도전성 구조물(106)의 형상을 조절함으로써 제4 레이저 빔(L4)이 도전성 구조물(106)의 하부를 지나갈 수 있다.
도 6c를 참조하면, 제1 및 제2 레이저 광원(111,112)은 연결 패드(107)에 의해 전기적으로 연결되어 있다. 이 경우, 연결 패드(107)의 높이를 조절함으로써 제4 레이저 빔(L4)이 연결 패드(1107)의 상부 또는 하부를 지나갈 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 레이저 광원들(111,112,113,121,122,123)로부터 방출되는 레이저 빔들(L1~L6)의 공간 결합 및 편광 결합을 통해 효율적으로 고출력의 광원 장치(100)을 구현할 수 있다. 일반적으로 고출력을 구현하기 위해서는 레이저 광원들의 개수를 증가시켜야 할 필요가 있다. 그러나, 단차를 이용한 공간적인 결합에 의해서만 레이저 광원들의 개수를 증가시키는 경우에는 레이저 광원들의 높이 변화가 커짐에 따라 광 손실이 증가하게 되므로 레이저 광원들의 개수를 증가시키는데 한계가 있다. 그러나, 본 실시예서와 같이 레이저 빔들(L1~L6)의 공간 결합 및 편광 결합을 통해 광 손실을 최소화하면서 레이저 광원들(111,112,113,121,122,123)의 개수를 효과적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1열의 레이저 광원들(110)과 제2열의 레이저 광원들(120)을 서로 엇갈리게 배치하고, 제3열 및 제4열의 반사미러들(170,180)은 제1열 및 제2열의 레이저 광원들(110,120) 외측에 마련함으로써 보다 컴팩트한 구조를 가지는 광원 장치(100)를 구현할 수 있다. 그리고, 레이저 광원과 반사미러 사이에 마련되는 SAC 렌즈는 초점 거리에 따라 레이저 광원과 반사미러 사이의 경로 상에서 다양한 위치에 마련될 수 있으며, 또한 렌즈의 수차 영향을 줄이기 위한 목적으로 복수 개로 마련될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다. 도 7에 도시된 광원 장치(200)는 제1열의 레이저 광원들(210)로부터 방출되는 레이저 빔들(L1,L2,L3)의 편광 방향과 제2열의 레이저 광원들(220)로부터 방출되는 레이저 빔들(L4,L5,L6)의 편광 방향이 다르다는 점과, 편광 변환기가 마련되어 있지 않다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 광원 장치(100)와 동일하다.
도 7을 참조하면, 제1열의 레이저 광원들(210)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(211,212,213)은 제1 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(211,212,213)은 소정 크기의 단차를 가지고 기판(201)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(220)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(221,222,223)은 제1 편광 방향과 수직인 제2 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출할 수 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(221,222,223)은 소정 크기의 단차를 가지고 기판(201)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2 및 제3 FAC 렌즈(231,232,233)와 제1, 제2 및 제3 SAC 렌즈(251,252,253)를 경유한 다음, 제3열의 반사미러들(270, 즉, 제1, 제2 및 제3 반사미러(271,272,273))에 의해 반사된다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 그리고, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5 및 제6 FAC 렌즈(241,242,343)와 제4, 제5 및 제6 SAC 렌즈(261,262,263)을 경유한 다음, 제4열의 반사미러들(280, 즉, 제4, 제5 및 제6 반사미러(281,282,283))에 의해 반사된다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 공간적으로 결합될 수 있다.
이어서, 제1 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러(291)에 의해 반사된 후 편광 빔 결합기(293)에 입사되고, 제2 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)도 편광 빔 결합기(293)에 입사된다. 편광 빔 결합기(293)는 제1 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 반사시키고, 제2 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 투과시킴으로써 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합될 수 있다.
이렇게 결합된 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 결합 렌즈(293)를 통해 광섬유(299)에 커플링될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 9는 도 8에 도시된 광원 장치의 측면도이다. 도 8 및 도 9에 도시된 광원 장치(300)는 인접하는 제1열의 레이저 광원(310)과 제2열의 레이저 광원(320) 사이에 단차가 존재한다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 광원 장치(100)와 동일하다.
도 8을 참조하면, 광원 장치(300)는 기판(301) 상에 마련되는 레이저 광원들, 반사미러들 및 빔 결합기를 포함한다. 레이저 광원들은 서로 이격되어 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들(310)과 제2열의 레이저 광원들(320)을 포함할 수 있다. 제1열의 레이저 광원들(310)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)을 포함할 수 있다. 제2열의 레이저 광원들(320)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1열의 레이저 광원들(310)과 제2열의 레이저 광원들(320)은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 레이저 빔(L1)은 제4 및 제5 레이저 광원(321,322) 사이를 지나가게 되며, 제2 레이저 빔(L2)은 제5 및 제6 레이저 광원(322,323) 사이를 지나가게 된다. 또한, 제4 레이저 빔(L4)은 제1 및 제2 레이저 광원(311,312) 사이를 지나가게 되며, 제5 레이저 빔(L5)은 제2 및 제3 레이저 광원(312,313) 사이를 지나가게 된다.
제1열의 레이저 광원들(310)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출하고, 제2열의 레이저 광원들(320)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출한다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 동일한 편광 방향, 예를 들면 제1 편광 방향을 가질 수 있다.
제1열의 레이저 광원들(310)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 간섭되지 않도록 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(320)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 간섭되지 않도록 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 또한, 인접하는 제1열의 레이저 광원(310)과 제2열의 레이저 광원(320)도 소정 크기(h)의 단차를 가지도록 마련되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 기판(301)은 소정 크기(h)의 단차를 가지고 순차적으로 마련되는 제1면 내지 제6면(S1~S6)을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1면(S1)은 가장 높은 높이를 가지고, 제6면(S6)은 가장 낮은 높이를 가지고 있다. 제1열의 레이저 광원들(310)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)은 기판(301)의 제1면(S1), 제3면(S3) 및 제5면(S5)에 각각 마련될 수 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(320)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)은 기판(301)의 제2면(S2), 제4면(S4) 및 제6면(S6)에 각각 마련될 수 있다.
반사미러들은 제2열의 레이저 광원들(320)의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들(370)과 제1열의 레이저 광원들(310)의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들(380)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3열의 반사미러들(370)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 반사시키는 제1, 제2 및 제3 반사미러(371,372,373)를 포함할 수 있으며, 제4열의 반사미러들(380)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 반사시키는 제4, 제5 및 제6 반사미러(381,382,383)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 반사미러(371,372,373)는 기판(301)의 제1면(S1), 제3면(S3) 및 제5면(S5)에 각각 마련될 수 있으며, 제4, 제5 및 제6 반사미러(381,382,383)는 기판(301)의 제2면(S2), 제4면(S4) 및 제6면(S6)에 각각 마련될 수 있다.
제1 레이저 광원(311)과 제1 반사미러(371) 사이에는 제1 FAC 렌즈(331) 및 제1 SAC 렌즈(351)가 마련될 수 있으며, 제2 레이저 광원(312)과 제2 반사미러(372) 사이에는 제2 FAC 렌즈(332) 및 제2 SAC 렌즈(352)가 마련될 수 있고, 제3 레이저 광원(313)과 제3 반사미러(373) 사이에는 제3 FAC 렌즈(333) 및 제3 SAC 렌즈(353)가 마련될 수 있다. 그리고, 제4 레이저 광원(321)과 제4 반사미러(381) 사이에는 제4 FAC 렌즈(341) 및 제4 SAC 렌즈(361)가 마련될 수 있으며, 제5 레이저 광원(322)과 제5 반사미러(382) 사이에는 제5 FAC 렌즈(342) 및 제5 SAC 렌즈(362)가 마련될 수 있고, 제6 레이저 광원(323)과 제6 반사미러(383) 사이에는 제6 FAC 렌즈(343) 및 제6 SAC 렌즈(363)가 마련될 수 있다.
빔 결합기는 편광 빔 결합기(393)를 포함할 수 있다. 그리고, 제3열의 반사미러들(370)과 편광 빔 결합기(393) 사이에는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 편광 방향을 변환시키는 편광 변환기(392)가 마련될 수 있다. 이 편광 변환기(392)로는 예를 들면 1/2 파장판이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 제1 편광 방향을 가지는 경우에 편광 변환기(392)를 경유한 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1 편광 방향과 수직인 제2 편광 방향을 가질 수 있다. 한편, 제3열의 반사미러들(370)과 편광 변환기(392) 사이에는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 편광 변환기(392) 쪽으로 반사시키는 미러(391)가 더 마련될 수 있다.
상기와 같은 구조의 광원 장치(300)에서, 제1 내지 제6 레이저 광원(311,312,313,321,322,323)으로부터 제1 편광 방향을 가지는 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 방출된다. 이어서, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2 및 제3 반사미러(371,372,373)에 의해 반사되며, 여기서 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 또한, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5 및 제6 반사미러(381,382,383)에 의해 반사되며, 여기서 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합될 수 있다.
도 10a는 도 8의 A-A' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면들을 도시한 것이다.
도 10a를 참조하면, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 공간적으로 결합되어 있으며, 여기서 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3) 사이의 간격(2h)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313) 사이의 단차 크기(2h)와 동일하다. 또한, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합되어 있으며, 여기서 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6) 사이의 간격(2h)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323) 사이의 단차 크기(2h)와 동일하다.
다음으로, 공간적으로 결합된 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러(391)에 의해 반사된 다음 편광 변환기(392)에 입사된다. 여기서, 편광 변환기(392)는 입사되는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 제1 편광 방향을 제2 변환 방향으로 변환시킨다. 제2 편광 방향은 제1 편광 방향에 수직이 될 수 있다. 편광 변환기(392)에 의해 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 편광 빔 결합기(393)에 입사된다. 그리고, 공간적으로 결합된 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)도 편광 빔 결합기(393)에 입사된다.
편광 빔 결합기(393)는 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 반사시키고, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 투과시킴으로써 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합된다.
도 10b는 도 1의 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 단면을 도시한 것이다.
도 10b를 참조하면, 편광 빔 결합기(393)에 의해 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합되어 있다. 여기서, 인접하는 제1열의 레이저 광원들(310)과 제2 레이저 광원들(320) 사이의 단차로 인해, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 상하로 교대로 마련되어 있다. 이러한 레이저 빔들 사이의 간격(h)은 인접한 제1열의 레이저 광원(310)과 제2 레이저 광원(320) 사이의 단차 크기(h)가 될 수 있다. 그리고, 이렇게 결합된 레이저 빔들(L1~L6)은 결합 렌즈(394)를 통해 광섬유(399)에 커플링될 수 있다.
한편, 이상에서는 제1, 제4, 제2, 제5, 제3 및 제6 레이저 광원(311,321,312,322,313,323)이 소정 크기(h)의 단차를 가지고 순차적으로 배치되는 경우가 설명되었다. 그러나, 이에 한정되지 않고 제1열의 레이저 광원들(310)과 제2 레이저 광원들(320)은 단차를 가지고 다양하게 배치될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 도 8의 A-A' 평면 및 B-B' 평면을 통과하는 레이저 빔들의 변형예를 도시한 것이다. 도 11a에는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원이 소정 크기의 단차를 가지고 마련되어 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 공간적으로 결합되고, 제4, 제5 및 제5 레이저 광원이 소정 크기의 단차를 가지고 마련되어 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합된 모습이 도시되어 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3) 보다 낮은 위치에 형성될 수 있다. 그리고, 도 11b에는 도 11a에 도시된 상태에서 편광 빔 결합기에 의해 제2 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과 제1 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합된 모습이 도시되어 있다.
한편, 도 8에 도시된 광원 장치(300)에서는 레이저 광원들(311,312,313,321,322,323)이 모두 동일한 편광방향, 예를 들면. 제1 편광 방향을 가지는 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)을 방출하는 경우가 설명되었다. 그러나, 도 7에 도시된 구성과 유사하게, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(311,312,313)은 제1 편광 방향을 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출하고, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(321,322,323)은 제2 편광 방향을 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출하는 것도 가능하다. 이 경우에는 도 8에 도시된 편광 변환기(392)가 마련되지 않는다.
도 12는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다.
도 12를 참조하면, 광원 장치(400)는 기판(401) 상에 마련되는 레이저 광원들, 반사미러들 및 빔 결합기를 포함한다. 레이저 광원들은 서로 이격되어 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들(410)과 제2열의 레이저 광원들(420)을 포함할 수 있다. 제1열의 레이저 광원들(410)은 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(411,412,413)을 포함할 수 있다. 제2열의 레이저 광원들(420)은 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(421,422,423)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1열의 레이저 광원들(410)과 제2열의 레이저 광원들(420)은 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.
제1열의 레이저 광원들(410)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(411,412,413)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출하고, 제2열의 레이저 광원들(420)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(421,422,423)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출한다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 동일한 파장 범위를 가질 수 있다.
도 12에 도시된 광원 장치(400)에서 레이저 광원들(411,412,413,421,422,423)의 구성은 도 1과 동일하다. 구체적으로, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(411,412,413)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)이 간섭되지 않도록 소정 크기의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(411,412,413)은 기판(401)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다. 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(421,422,423)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 간섭되지 않도록 소정 크기의 단차를 가지도록 마련되어 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(421,422,423)은 기판(401)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다. 서로 인접하는 제1열의 레이저 광원(410)과 제2열의 레이저 광원(420)은 동일한 높이의 평면 상에 마련되어 있다.
반사미러들은 제2열의 레이저 광원들(420)의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들(470)과 제1열의 레이저 광원들(410)의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들(480)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3열의 반사미러들(470)은 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 반사시키는 제1, 제2 및 제3 반사미러(471,472,473)를 포함할 수 있으며, 제4열의 반사미러들(480)은 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 반사시키는 제4, 제5 및 제6 반사미러(481,482,483)를 포함할 수 있다.
제1 레이저 광원(411)과 제1 반사미러(471) 사이에는 제1 FAC 렌즈(431) 및 제1 SAC 렌즈(451)가 마련될 수 있으며, 제2 레이저 광원(412)과 제2 반사미러(472) 사이에는 제2 FAC 렌즈(432) 및 제2 SAC 렌즈(452)가 마련될 수 있고, 제3 레이저 광원(413)과 제3 반사미러(473) 사이에는 제3 FAC 렌즈(433) 및 제3 SAC 렌즈(453)가 마련될 수 있다. 그리고, 제4 레이저 광원(421)과 제4 반사미러(481) 사이에는 제4 FAC 렌즈(441) 및 제4 SAC 렌즈(461)가 마련될 수 있으며, 제5 레이저 광원(422)과 제5 반사미러(482) 사이에는 제5 FAC 렌즈(442) 및 제5 SAC 렌즈(462)가 마련될 수 있고, 제6 레이저 광원(423)과 제6 반사미러(483) 사이에는 제6 FAC 렌즈(443) 및 제6 SAC 렌즈(463)가 마련될 수 있다. .
빔 결합기는 서로 다른 파장의 빔들을 결합시키는 파장 빔 결합기(493)를 포함할 수 있다. 이러한 파장 빔 결합기(493)로는 예를 들면 다이크로익 미러(dichroic mirror)가 사용될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 제3열의 반사미러들(470)과 파장 빔 결합기(493) 사이에는 제1 파장 선택 소자(495)가 마련될 수 있으며, 제4열의 반사미러들(480)과 파장 빔 결합기(493) 사이에는 제2 파장 선택 소자(496)가 마련될 수 있다.
제1 파장 선택 소자(495)는 입사되는 빔의 파장 범위 중에서 제1 파장 범위 만을 선택적으로 투과시킬 수 있으며, 제2 파장 선택 소자(496)는 입사되는 빔의 파장 범위 중에서 제1 파장 범위 만을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 이러한 제1 및 제2 파장 선택 소자(495,496)로는 예를 들면, VBG(Volume Bragg Grating)이 사용될 수 있다.
상기와 같은 구조의 광원 장치(400)에서, 제1 내지 제6 레이저 광원(411,412,413,421,422,423)으로부터 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)이 방출된다. 여기서, 제1 내지 제6 레이저 빔(L1~L6)은 동일한 파장 범위를 가질 수 있다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이어서, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2 및 제3 반사미러(471,472,473)에 의해 반사되며, 여기서 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 또한, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5 및 제6 반사미러(481,482,483)에 의해 반사되며, 여기서 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 공간적으로 결합될 수 있다.
다음으로, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1 파장 선택 소자(495)에 입사된다. 제1 파장 선택 소자(495)는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)의 파장 범위 중 제1 파장 범위만을 선택적으로 투과시킨다. 이와 같이, 제1 파장 선택 소자(495)를 경유함으로써 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러(491)에 의해 반사된 후 파장 빔 결합기(493)에 입사된다. 그리고, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제2 파장 선택 소자(496)에 입사된다. 제2 파장 선택 소자(496)는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)의 파장 범위 중 제2 파장 범위만을 선택적으로 투과시킨다. 이러한 제2 파장 선택 소자를 경유함으로써 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 파장 빔 결합기(494)에 입사된다.
파장 빔 결합기(494)는 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 반사시키고, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 투과시킴으로써 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합될 수 있다. 그리고, 이렇게 결합된 레이저 빔들(L1~L6)은 결합 렌즈(494)를 통해 광섬유(499)에 커플링될 수 있다.
본 실시예에 따른 광원 장치(400)에서는 2개열의 레이저 광원들(411,412,413,421,422,423)을 서로 엇갈리게 배치하고, 반사미러들(471,472,473,481,482,483)을 레이저 광원들(411,412,413,421,422,423)의 외측에 마련함으로써 보다 컴팩트한 구조를 구현할 수 있다. 또한, 서로 다른 파장 범위를 가지는 레이저 빔들(L1~L6)을 결합하여 광 섬유에 입사시킬 수도 있다.
도 12에 도시된 광원 장치에서는 서로 인접하는 제1열의 레이저 광원(410)과 제2열의 레이저 광원(420)이 동일한 높이의 평면 상에 마련되어 있는 경우가 설명되었다. 그러나 도 8 및 도 9에 도시된 구성과 유사하게 서로 인접하는 제1열의 레이저 광원(410)과 제2열의 레이저 광원(420)이 단차를 가지도룩 마련되는 것도 가능하며, 이외에도 레이저 광원들(411,412,413,421,422,423)은 다양한 형태로 마련될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 광원 장치를 도시한 평면도이다. 도 13에 도시된 광원 장치(500)는 제1열의 레이저 광원들(510)로부터 방출되는 레이저 빔들(L1,L2,L3)의 파장 범위와 제2열의 레이저 광원들(520)로부터 방출되는 레이저 빔들(L4,L5,L6)의 파장 범위가 다르다는 점과, 제1 및 제2 파장 선택 소자가 마련되어 있지 않다는 점을 제외하면 도 12에 도시된 광원 장치(400)와 동일하다.
도 13을 참조하면, 제1열의 레이저 광원들(510)을 구성하는 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(511,512,513)은 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)을 방출할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 광원(511,512,513)은 기판(501)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다. 그리고, 제2열의 레이저 광원들(520)을 구성하는 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(521,522,523)은 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)을 방출할 수 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 광원(521,522,523)은 기판(501)의 제1면(S1), 제2면(S2) 및 제3면(S3) 각각에 마련될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 제1, 제2 및 제3 FAC 렌즈(531,532,533)와 제1, 제2 및 제3 SAC 렌즈(551,552,553)를 경유한 다음, 제3열의 반사미러들(570,즉, 제1, 제2 및 제3 반사미러(571,572,573)에 의해 반사된다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 공간적으로 결합될 수 있다. 그리고, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 제4, 제5 및 제6 FAC 렌즈(541,542,543)와 제4, 제5 및 제6 SAC 렌즈(561,562,563)를 경유한 다음, 제4열의 반사미러들(580, 즉, 제4, 제5 및 제6 반사미러(581,582,583))에 의해 반사된다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 공간적으로 결합될 수 있다.
이어서, 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 미러(591)에 의해 반사된 후 파장 빔 결합기(593)에 입사되고, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)도 파장 빔 결합기(593)에 입사된다. 파장 빔 결합기(593)는 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)은 반사시키고, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)은 투과시킴으로써 제1 파장 범위를 가지는 제1, 제2 및 제3 레이저 빔(L1,L2,L3)과, 제2 파장 범위를 가지는 제4, 제5 및 제6 레이저 빔(L4,L5,L6)이 결합될 수 있다. 이렇게 결합된 제1 내지 제1 내지 제6 레이저 빔은 결합 렌즈(594)를 통해 광섬유(599)에 커플링될 수 있다.
이상의 실시예들에 의하면, 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 공간적 및 편광적으로 결합함으로써 고효율 및 고출력의 광원 장치를 구현할 수 있다. 또한, 레이저 광원들을 서로 엇갈리게 배치하고, 반사미러들을 레이저 광원들의 외측에 마련함으로써 보다 컴팩트한 구조의 광원 장치를 제작할 수 있다. 또한, 서로 다른 파장 범위를 가지는 레이저 빔들을 결합하여 광 섬유에 입사시킬 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (16)

  1. 서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
    상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
    상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 빔 결합기(beam combiner);를 포함하고,
    상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
    상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접한 한 쌍의 상기 제1열의 레이저 광원과 상기 제2열의 레이저 광원은 동일한 높이의 평면 상에 마련되는 광원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접한 한 쌍의 상기 제1열의 레이저 광원과 상기 제2열의 레이저 광원은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제3열의 반사미러들 사이 및 상기 제2열의 레이저 광원들과 상기 제4열의 반사미러들 사이에는 FAC(Fast Axis Collimating) 렌즈들이 마련되는 광원 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3열의 반사미러들과 상기 FAC 렌즈들 사이 및 상기 제4열의 반사미러들과 상기 FAC 렌즈들 사이에는 SAC(Solw Axis Collimating) 렌즈들이 마련되는 광원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 결합기는 편광 빔 결합기(polarization beam combiner)를 포함하고, 상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 편광 변환기(polarization converter)가 마련되는 광원 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 결합기는 파장 빔 결합기(wavelength beam combiner)를 포함하고, 상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제1 파장 선택 소자가 마련되고, 상기 제4열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제2 파장 선택 소자가 마련되는 광원 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 결합기에 의해 결합된 레이저 빔들을 광섬유에 커플링시키는 결합 렌즈(coupling lens)를 더 포함하는 광원 장치.
  9. 서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
    상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
    상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 편광 빔 결합기;를 포함하고,
    상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
    상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 동일한 편광 방향(polarization direction)을 가지는 광원 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 편광 변환기가 마련되는 광원 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 다른 편광 방향을 가지는 광원 장치.
  13. 서로 대향되게 배치되는 제1열의 레이저 광원들과 제2열의 레이저 광원들;
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제2열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제3열의 반사미러들;
    상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출된 레이저 빔들을 반사시키는 것으로, 상기 제1열의 레이저 광원들의 외측에 배치되는 제4열의 반사미러들; 및
    상기 제3열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들과 상기 제4열의 반사미러들에 의해 반사된 레이저 빔들을 결합하는 파장 빔 결합기;를 포함하고,
    상기 제1열의 레이저 광원들과 상기 제2열의 레이저 광원들은 엇갈리게 배치되며,
    상기 제1열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되고, 상기 제2열의 레이저 광원들은 서로 단차를 가지도록 마련되는 광원 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들은 상기 제2열의 레이저 광원들로부터 방출되는 레이저 빔들과 동일한 파장 범위를 가지는 광원 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제3열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제1 파장 선택 소자가 마련되고, 상기 제4열의 반사미러들과 상기 빔 결합기 사이에는 제2 파장 선택 소자가 마련되는 광원 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파장 선택 소자는 VBG(Volume Bragg Grating)을 포함하는 광원 장치.
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