WO2021040453A1 - 광 출력 조절 장치 및 이를 구비하는 레이저 장치 - Google Patents

광 출력 조절 장치 및 이를 구비하는 레이저 장치 Download PDF

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    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1312—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a light output control device and a laser device having the same.
  • Laser beams are used in various fields ranging from industrial, medical and military applications.
  • medical lasers are widely used in surgery, internal medicine, ophthalmology, dermatology, dentistry, and the like, since they can localize predetermined energy and provide non-invasive treatment.
  • a light output adjusting device and a laser device capable of having a stable light output by utilizing the same.
  • an apparatus for controlling light output includes a wavelength selective reflector that reflects light of a predetermined wavelength band incident at a reference angle ⁇ c; And a driving unit that rotates the wavelength selective reflector so that the incident angle of light incident on the wavelength selective reflector is adjusted.
  • the optical output control device may include a photo detector configured to sense an amount of light reflected from the wavelength selective reflector or transmitted through the wavelength selective reflector; And a processor for generating a control signal to be applied to the driving unit based on the amount of light sensed by the photo detector.
  • the processor may predict an output value from the sensed amount of light, compare the predicted output value with a set target value, and set the rotation angle of the wavelength selection reflector.
  • the wavelength selective reflector includes: a transparent member having an incident surface and an emission surface facing each other; And a wavelength selective coating layer formed on the incidence surface to reflect light of the predetermined wavelength band.
  • An anti-reflective coating layer may be formed on the exit surface.
  • the light output control device is disposed on a traveling path of light transmitted through the wavelength selective reflector to adjust the traveling path, and may further include a rotationally driven optical path adjuster.
  • the optical path adjuster may adjust a travel path of light transmitted through the wavelength selective reflector to match a travel path when incident on the wavelength selective reflector.
  • a laser medium including a laser medium, a first mirror and a second mirror disposed with the laser medium interposed therebetween, and an excitation light source supplying light to the laser medium, generates and emits light of a predetermined wavelength band.
  • a light source unit including a laser medium, a first mirror and a second mirror disposed with the laser medium interposed therebetween, and an excitation light source supplying light to the laser medium, generates and emits light of a predetermined wavelength band.
  • a light source unit including a laser medium, a first mirror and a second mirror disposed with the laser medium interposed therebetween, and an excitation light source supplying light to the laser medium, generates and emits light of a predetermined wavelength band.
  • a light source unit including a laser medium, a first mirror and a second mirror disposed with the laser medium interposed therebetween, and an excitation light source supplying light to the laser medium, generates and emits light of a predetermined wavelength band.
  • a light source unit including a laser medium, a first mirror
  • the wavelength selective reflector may be disposed such that an incident angle ⁇ i to which light generated by the light source unit is incident is different from the reference angle ⁇ c .
  • the processor may generate the control signal based on the amount of light sensed by the photo detector.
  • the photo detector may be arranged to sense an amount of reflected light from the wavelength selective reflector.
  • the processor may predict an output value from the amount of reflected light, compare the predicted output value with a set target value, and set a rotation angle of the wavelength selection reflector.
  • the processor may set a rotation angle of the wavelength selection reflector by comparing the amount of reflected light with a set reference value.
  • the wavelength selective reflector includes: a transparent member having an incident surface and an emission surface facing each other; And a wavelength selective coating layer formed on the incidence surface to reflect light of the predetermined wavelength band.
  • the laser device may further include a rotationally driven optical path adjuster that is disposed on a path of light transmitted through the wavelength selective reflector to adjust the path.
  • the optical path adjuster may adjust a travel path of light transmitted through the wavelength selective reflector to match a travel path when incident on the wavelength selective reflector.
  • the optical path adjuster may be disposed symmetrically to the wavelength selective reflector with respect to a plane perpendicular to a path of light transmitted through the wavelength selective reflector.
  • the optical path adjuster may be made of a material having the same refractive index as the transparent member, and may have the same thickness.
  • the driver may rotate the optical path adjuster by a rotation angle of the wavelength selection reflector in a direction opposite to the rotation direction of the wavelength selection reflector in connection with rotational driving of the wavelength selection reflector.
  • the above-described light output control device utilizes a total reflection coating layer, and can control light output without utilizing the polarization characteristics of incident light.
  • a laser device including the above-described light output control device may exhibit uniform light output regardless of the polarization state of the laser light.
  • FIG. 1 is a flowchart conceptually illustrating an operation of an apparatus for adjusting light output according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of an apparatus for adjusting light output according to an embodiment.
  • 3A and 3B show optical paths in which the amount of transmitted light varies according to the detailed structure and incident angle of the wavelength selective reflector provided in the light output control device of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a graph exemplarily showing that the amount of transmitted light varies according to an incident angle to a wavelength selective reflector provided in the light output control device of FIG. 2.
  • FIG. 5 shows a schematic structure of an apparatus for adjusting light output according to another embodiment.
  • FIG. 6 shows a schematic structure of an apparatus for adjusting light output according to another embodiment.
  • FIG. 7 shows a schematic structure of a laser device according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart conceptually showing a process in which the laser device of FIG. 7 emits adjusted output light.
  • 9 and 10 are flowcharts illustrating a more detailed process of controlling output light in the laser device of FIG. 7 by way of example.
  • a part such as a region or a component is on or on another part, it includes not only the case where it is directly above the other part, but also the case where another region, component, etc. is interposed in the middle. do.
  • a specific process order may be performed differently from the described order.
  • two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the described order.
  • a region, a component, etc. when a region, a component, etc. are connected, it includes not only the case where the region and the constituent elements are directly connected, but also the case where the other region and the constituent elements are interposed and indirectly connected between the region and the constituent elements. .
  • FIG. 1 is a flowchart conceptually explaining an operation of adjusting light output in an apparatus for adjusting light output according to an exemplary embodiment.
  • the wavelength selective reflector is an optical member that reflects light of a predetermined wavelength band incident at a predetermined reference angle ⁇ c.
  • ⁇ c a predetermined reference angle
  • the amount of light reflected and transmitted in this way depends on the angle of incidence to the wavelength selective reflector. Since the incident angle of light to the wavelength selective reflector is determined by the arrangement angle of the wavelength selective reflector with respect to the incident light, the amount of reflected light from the wavelength selective reflector is sensed (S30) and the arrangement angle of the wavelength selective reflector is adjusted therefrom (S40), The amount of light transmitted through the wavelength selective reflector can be adjusted. In addition, if necessary, the path of the transmitted light may be additionally adjusted (S50). According to this process, light having a desired output can be obtained.
  • the present invention in order to adjust the output, the light reflected by the wavelength selective reflector is sensed and the angle of arrangement of the wavelength selective reflector is adjusted by using the sensing, but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of an apparatus for adjusting light output according to an embodiment.
  • 3A and 3B are views showing a detailed structure of a wavelength selective reflector provided in the light output control device of FIG. 2 and a light path in which the amount of transmitted light varies according to the incident angle
  • FIG. 4 is This is an exemplary graph showing that the amount of transmitted light varies according to the incident angle to the wavelength selective reflector.
  • the light output control apparatus 1000 includes a wavelength selection reflector 100 disposed such that a first light L1, which is incident light, is incident at an incident angle ⁇ i, and an incident angle of light incident on the wavelength selection reflector 100. It includes a driving unit 300 for rotationally driving the wavelength selection reflector 100 so that ( ⁇ i) is adjusted.
  • the light output control device 1000 is configured to detect the amount of light after the light passes through the wavelength selection reflector 100 and the driving unit 300 based on the amount of light sensed by the photo detector 200. It may further include a processor 400 that generates a control signal to be applied.
  • the wavelength selective reflector 100 is configured to reflect light of a predetermined wavelength band incident at a set reference angle ⁇ c.
  • the wavelength selective reflector 100 is formed on the transparent member 110 and the incident surface 110b having an incident surface 110b and an emission surface 110a facing each other, And a wavelength selection coating layer 120 that reflects light of a predetermined wavelength band.
  • the emission surface 110a may further include an anti-reflective coating layer (not shown).
  • the wavelength selection coating layer 120 may be formed of a plurality of material layers having different optical properties. Incident light meeting a predetermined condition may be totally reflected by the interaction between the plurality of material layers and incident light. For example, light is refracted, reflected, and transmitted at an interface between media having different refractive indices, and the total amount of reflected light and transmitted light is determined by interference between reflected light and transmitted light of multiple paths by a plurality of interfaces. In consideration of such an interference effect, the refractive index and thickness of each layer may be determined so that light suitable for a specific incident angle condition is reflected as a whole.
  • the optical properties depend on the wavelength of the incident light, so that the wavelength selection coating layer 120 can be set in a detailed configuration of the plurality of material layers so as to totally reflect the light of a predetermined wavelength band incident at a set reference angle ( ⁇ c ). have.
  • the wavelength selection coating layer 120 set as described above reflects only a part of the light incident at an incident angle different from the set reference angle ⁇ c and transmits another part.
  • the reflected second light L2 has the same amount of light as the first light L1.
  • the first light L1 when the first light L1) is incident on the wavelength selective reflector 100 at an incidence angle ⁇ i different from the reference angle ⁇ c , some light is reflected and some light is transmitted. do. That is, the first light L1 is divided into two paths, the reflected second light L2 and the transmitted third light L3.
  • the amount of the transmitted third light L3 may vary depending on the degree to which the incident angle ⁇ i deviates from the reference angle ⁇ c.
  • the direction of the third light L3 is different from the traveling path when the first light L1 enters the wavelength selective reflector 100 by the thickness t and the refractive index n of the transparent member 110. It will be different.
  • the first light L1 is refracted and transmitted through the incident surface 110b and the exit surface 110a of the transparent member 110, and travels along a path moved by d from the original travel path.
  • the incident surface 110b and the exit surface 110a are parallel to each other, the light traveling path becomes a parallel path moved by d.
  • the present invention is not limited thereto, and the incident surface 110b and the exit surface 110a may not be parallel to each other, and in this case, the changed path may not be parallel to the path before the change.
  • the path distortion by the wavelength selective reflector 100 can be adjusted using an additional optical member for path adjustment, which will be described in another embodiment.
  • the amount of transmitted light increases as ⁇ defined by
  • the graphs shown are exemplary, and may be straight lines or other forms of nonlinearity. The shape of the graph may vary depending on the detailed configuration of the wavelength selection coating layer 120 provided on the wavelength selection reflector 100.
  • a desired light output can be obtained by sensing the amount of light after passing through the wavelength selective reflector 100 and adjusting the arrangement angle of the wavelength selective reflector 100.
  • the photodetector 200 that senses light that has passed through the wavelength selective reflector 100, that is, reflected or transmitted from the wavelength selective reflector 100, may be used.
  • the photodetector 200 is disposed on a path of light reflected by the wavelength selective reflector 100, that is, the photodetector 200 may sense the amount of light reflected by the wavelength selective reflector 100.
  • the processor 400 may set the rotation angle of the wavelength selection reflector 100 based on the amount of light sensed by the photo detector 200.
  • the processor 400 for example, predicts an output value from the amount of light sensed by the photodetector 200, that is, the amount of light of the third light L3 transmitted through the wavelength selection reflector 100, and sets the predicted output value to a set target.
  • the rotation angle of the wavelength selective reflector 100 may be calculated by comparing with the value.
  • the driving unit 300 may rotate the wavelength selection reflector 100 under control by the processor 400.
  • the rotation axis on which the wavelength selection reflector 100 is rotated is an axis in a direction perpendicular to a plane determined by the paths of the first light L1 as incident light, the second light L2 as reflected light, and the third light L3 as transmitted light.
  • the incident angle ⁇ i of the first light L1 incident on the wavelength selective reflector 100 is changed.
  • the change of the incident angle ⁇ i consequently changes the amount of transmitted light L3, that is, by appropriately adjusting the rotation angle of the wavelength selective reflector 100, a desired output can be obtained.
  • this method of controlling the light output is different from the conventional controlling of the output using a state of a specific polarization characteristic of light.
  • the input light In a typical output control method, the input light must be in a polarized state, and there may be regions with slightly different polarization components spatially, and in this case, the distribution of the output-adjusted beam becomes non-uniform.
  • the light output adjusting device may be utilized regardless of the polarization state of light, and there is little problem of non-uniformity of the output adjusted light.
  • FIG. 5 shows a schematic structure of an apparatus for adjusting light output according to another embodiment.
  • the dumper 510 is disposed in the path of the second light L2 reflected from the wavelength selective reflector 100, and the photo detector 200 is disposed at a different position. , It is different from the light output control device 1000 of FIG. 2.
  • a damper 510 for simply processing the reflected beam may be disposed in the reflection path of the wavelength selective reflector 100, and the amount of light is partially diverged by partially dividing the third light L3 transmitted through the wavelength selective reflector 100.
  • the photo detector 200 may be arranged to detect.
  • a half mirror 530 may be disposed in a path of the third light L3 transmitted through the wavelength selective reflector 100.
  • the half mirror 530 is a member that transmits and reflects half of the incident light. By detecting the amount of light of the fifth light L5 reflected by the half mirror 530, the output value of the fourth light L4 transmitted through the half mirror 530 can be predicted.
  • the wavelength selection reflector 100 is rotated to increase or decrease the output value to a desired value, thereby obtaining a desired output.
  • the arrangement of the half mirror 530 is exemplary, and other types of beam splitters that diverge a part of light may be used instead of the half mirror 530.
  • the arrangement of the photodetector 200 will be exemplified as being arranged in the path of the light reflected by the wavelength selective reflector 100, but is not limited thereto. That is, the following embodiments may be modified in a form in which the photodetector 200 is disposed in the path of light transmitted through the wavelength selective reflector 100, as in the present embodiment.
  • FIG. 6 shows a schematic structure of an apparatus for adjusting light output according to another embodiment.
  • the light output control device 1200 of the present embodiment further includes an optical path adjuster 600 disposed on a path of light transmitted through the wavelength selection reflector 100, the light output control device 1000 of FIG. 2 and There is a difference.
  • the path of the third light L3 transmitted through the wavelength selective reflector 100 may be shifted by d in the traveling path of the first light L1 as incident light.
  • the optical path adjuster 600 is rotationally driven, and may adjust a path of light transmitted through the wavelength selection reflector 100 to match the path of travel when incident on the wavelength selection reflector 100.
  • the processor 400 generates a driving signal for rotating the wavelength selection reflector 100 based on the amount of reflected light sensed by the photodetector 200, and also generates a driving signal for rotating the optical path adjuster 600. Can be generated.
  • the driving unit 350 may be configured to independently drive the wavelength selection reflector 100 and the optical path adjuster 600, respectively.
  • the optical path adjuster 600 may be rotationally driven to correct an optical path distortion by the wavelength selection reflector 100, or in addition to this, the optical path adjuster 600 may be rotationally driven to enable another path change. In this case, a driving force independent from the rotational driving of the wavelength selective reflector 100 may be transmitted to the optical path adjuster 600.
  • the driving unit 350 may include, for example, a driving force transmission unit such as a gear that transmits the driving force generated by one driving source to the wavelength selection reflector 100 and the optical path adjuster 600, respectively.
  • the driving force transmission unit may be configured in detail so that the optical path adjuster 600 transmits a driving force capable of correcting the optical path distortion according to the rotation of the wavelength selection reflector 100 to the optical path adjuster 600.
  • the driving force generated by one driving source may be transmitted to the wavelength selection reflector 100 and the optical path adjuster 600 according to a predetermined relationship.
  • the optical path adjuster 600 may be symmetrically disposed with the wavelength selective reflector 100 with respect to a plane perpendicular to a path of light transmitted through the wavelength selective reflector 100.
  • the optical path adjuster 600 may be made of a material having the same refractive index as the transparent member of the wavelength selective reflector 100 and may have the same thickness.
  • An anti-reflective coating layer (not shown) may be formed on the incident surface and/or the exit surface of the light path controller 600.
  • the optical path controller 600 When the optical path controller 600 is made of a material having the same refractive index as the transparent member of the wavelength selection reflector 100 and has the same thickness, the optical path controller 600 is in a direction opposite to the rotation direction of the wavelength selection reflector 100 As the wavelength selection reflector 100 rotates by the rotation angle, a path shift due to the wavelength selection reflector 100 may be corrected.
  • the optical path adjuster 600 may have a different thickness and a different refractive index. In this case, it is rotated at an angle different from the rotation angle of the wavelength selective reflector 600, and path distortion may be corrected.
  • the driver 350 rotates the optical path adjuster 600 to rotate by the rotation angle of the wavelength selection reflector 100 in a direction opposite to the rotation direction of the wavelength selection reflector 100. It can be configured to drive.
  • the driving force generated by one driving source is transmitted to the wavelength selection reflector 100 and the optical path adjuster 600, respectively, but the driving force transmission unit may be configured so that the driving force is transmitted in the same magnitude in the opposite direction.
  • optical output devices 1000, 1100, and 1200 may be applied to various optical devices requiring output control.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic structure of a laser device according to an embodiment.
  • the laser device 1400 is a light source unit 700 that generates and emits laser light of a predetermined wavelength band, and is disposed on a path of light emitted from the light source unit 700, and is incident at a reference angle ⁇ c.
  • the wavelength selective reflector 100 that reflects the light
  • the photodetector 200 that senses the amount of light passing through the wavelength selective reflector 100
  • the wavelength selective reflector 100 so that the incident angle of light incident to the wavelength selective reflector 100 is adjusted. It includes a driving unit 350 for rotationally driving and a processor 450 for generating a control signal to be applied to the driving unit 350.
  • the light source unit 700 includes a laser medium 740, an excitation light source 710 supplying light to the laser medium 740, and a first mirror 730 and a second mirror disposed with the laser medium 740 interposed therebetween. (750) may be included.
  • the first mirror 730, the laser medium 740, and the second mirror 750 constitute a laser oscillation unit 770 that oscillates light from the excitation light source 710 into laser light.
  • the excitation light source 710 may be a flash lamp, and emits light by receiving power from a power supply (not shown) and providing light to the laser medium 740.
  • the excitation light source 710 is not limited to a flash lamp and may include a laser diode.
  • the laser medium 740 absorbs energy of light supplied from the excitation light source 710 and emits amplified light.
  • the laser medium 740 may be a neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:Yag), but is not limited thereto, and Er:Yag may be used as the laser medium 135.
  • the first mirror 730 and the second mirror 750 may be disposed to face each other with the laser medium 740 interposed therebetween to form a resonance path of the light amplified by the laser medium 740.
  • the reflectivity may be set so that the first mirror 730 functions as a reflective mirror and the second mirror 750 functions as an output mirror.
  • the constituent elements and arrangement form of the light source unit 700 is illustrated as a basic structure for generating laser light, and additional optical elements for adjusting the properties of the laser light to be emitted may be further included.
  • the arrangement shape can be changed.
  • the first light L1 which is the laser light generated by the light source unit 700, may be in a specific polarization state or a non-polarization state. Since the laser device 1400 of the embodiment can adjust the light output irrespective of the polarization state of light, as in the conventional laser device, a separate optical element for making polarized light for adjusting the light output, for example, It is not necessary to provide a polarizer or a phase delay.
  • the wavelength selective reflector 100 may totally reflect light incident at a predetermined reference angle ⁇ c with respect to the light in the wavelength band of the first light L1 generated by the light source unit 700.
  • the detailed shape of the wavelength selection reflector 100 may be as illustrated in FIGS. 3A and 3B, and the wavelength selection coating layer provided in the wavelength selection reflector 100 may be set according to the wavelength band of light generated by the light source unit 700. I can.
  • the light source unit 700 may generate light having a wavelength of about 1064 nm
  • the wavelength selective reflector 100 may include a wavelength selective coating layer that totally reflects light having a wavelength of 1064 nm incident at an incident angle of 45 degrees.
  • this is exemplary and is not limited thereto.
  • the wavelength selective reflector 100 may be disposed such that the incident angle ⁇ i to which the first light L1 generated by the light source unit 700 is incident is different from the reference angle ⁇ c. Accordingly, the first light L1 is divided into the second light L2 reflected by the wavelength selective reflector 100 and the third light L3 transmitted through the wavelength selective reflector 100.
  • the photo detector 200 is disposed in the path of the second light L2 to sense the amount of reflected light from the wavelength selective reflector 100.
  • the processor 450 generates a control signal to be transmitted to the driving unit 350 based on the amount of light sensed by the photo detector 200.
  • the processor 400 may also control the laser device 1400 as a whole, including driving the excitation light source 710.
  • the laser device 1400 may further include an optical path adjuster 600 disposed on a traveling path of the third light L3 transmitted through the wavelength selective reflector 100 and driven to rotate, and adjusting the traveling path.
  • the optical path adjuster 600 adjusts the travel path after the first light L1 from the light source unit 700 passes through the wavelength selection reflector 100 to match the travel path when incident on the wavelength selection reflector 100. I can.
  • the optical path adjuster 600 may be disposed symmetrically with the wavelength selective reflector 100 with respect to a plane perpendicular to the propagation path of the light transmitted through the wavelength selective reflector 100, and the wavelength selective reflector 100 is transparent. It is made of a material having the same refractive index as the member and may have the same thickness.
  • the driver 350 may rotate the optical path adjuster 600 by a rotation angle of the wavelength selection reflector in a direction opposite to the rotation direction of the wavelength selection reflector 100 in conjunction with rotational driving of the wavelength selection reflector 100.
  • FIG. 8 is a flowchart conceptually showing a process in which the laser device of FIG. 7 emits the adjusted output light
  • FIGS. 9 and 10 are flowcharts illustrating a more detailed process of controlling the output light in the laser device of FIG. 7 to be.
  • the wavelength selective reflector 100 is disposed so that the incident angle is ⁇ i (S100). In this case, the incident angle ⁇ i may be different from the reference angle ⁇ c.
  • the light passing through the wavelength selective reflector 100 is partially transmitted and partially reflected, and the reflected or transmitted light is sensed by the photodetector 200 (S200).
  • a driving signal to be transmitted to the driving unit 350 is generated based on the sensed amount of light (S300).
  • the wavelength selection reflector 100 is driven so that the incident angle ⁇ i is changed or maintained according to the generated driving signal (S400).
  • the optical path adjuster 600 is driven in conjunction with the driving of the wavelength selective reflector 200 (S500).
  • the process of generating the driving signal by the processor 450 may be set based on a target value to be output, as illustrated in FIG. 9.
  • the photodetector 200 senses the amount of light reflected from the wavelength selective reflector 100 (S320), and the processor 450 may predict the output value P a from the sensed amount of reflected light (S340).
  • the predicted output value P a is compared with the set target value P t (S360), and the rotation angle of the wavelength selective reflector 100 is set according to the result of the comparison.
  • the output value (P a) and the target value (P t) comparing the output value (P a) the target value (P t) is larger than and rotates the wavelength selective reflector in a direction to lower the output (S410). That is, the processor 450 is driven to rotate the wavelength selection reflector 100 in a direction in which the difference between the incident angle ( ⁇ i ) at which light is incident on the wavelength selection reflector 100 and the reference angle ( ⁇ c ), ⁇ decreases. A signal is generated, and accordingly, the driving unit 350 rotates the wavelength selective reflector.
  • the wavelength selection reflector 100 is rotated in a direction to increase the output (S430). That is, the processor 450 is a driving signal that rotates the wavelength selection reflector 100 in a direction in which the difference between the incident angle ⁇ i at which light is incident on the wavelength selection reflector 100 and the reference angle ⁇ c, ⁇ increases Is generated, and accordingly, the driving unit 350 rotates the wavelength selective reflector.
  • the arrangement angle of the wavelength selective reflector 100 is maintained (S420). That is, since the current state has ⁇ corresponding to the target value P t , the wavelength selective reflector 100 is not rotated so that the incident angle ⁇ i having such ⁇ is maintained.
  • the process of generating the driving signal by the processor 450 may be performed by setting a reference value so that the amount of reflected light by the wavelength selective reflector 100 matches the target output value, and comparing the amount of light reflected by the wavelength selection reflector 100 as illustrated in FIG. have.
  • the photodetector 200 senses the amount of light reflected from the wavelength selection reflector 100 (S320), and the processor 450 compares it with a reference value (R c ) set from the sensed amount of reflected light (S370), and the result of the comparison Accordingly, the rotation angle of the wavelength selective reflector 100 is set.
  • the wavelength selective reflector 100 is rotated in a direction to increase the amount of reflected light. That is, the processor 450 is driven to rotate the wavelength selection reflector 100 in a direction in which the difference between the incidence angle ( ⁇ i ) at which light is incident on the wavelength selection reflector 100 and the reference angle ( ⁇ c ), ⁇ decreases. A signal is generated, and accordingly, the driving unit 350 rotates the wavelength selective reflector (S440).
  • the wavelength selective reflector 100 When the reflected light amount R sensed by the photo detector 200 is greater than the set reference value R c , the wavelength selective reflector 100 is rotated in a direction to lower the reflected light amount R.
  • the processor 450 generates a driving signal that rotates the wavelength selection reflector 100 in a direction in which the difference between the incident angle ⁇ i at which light is incident on the wavelength selection reflector 100 and the reference angle ⁇ c, and ⁇ increases. Accordingly, the driving unit 350 rotates the wavelength selection reflector (S460).
  • the arrangement angle of the wavelength selective reflector 100 is maintained (S450). Since the current state has ⁇ corresponding to the target value P t , the wavelength selective reflector 100 is not rotated so that the incident angle ⁇ i having such ⁇ is maintained.
  • the laser device 1400 of the embodiment can adjust the output regardless of the polarization state of the laser light generated by the light source unit 700, and maintain a uniform distribution of output.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 출력 조절 장치는 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기; 및 상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동하는 구동부;를 포함하는 광 출력 조절 장치가 개시된다.

Description

광 출력 조절 장치 및 이를 구비하는 레이저 장치
본 발명의 실시예들은 광출력 조절 장치 및 이를 구비하는 레이저 장치에 관한 것이다.
레이저 빔은 산업용, 의료용 및 군사용 등에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특히, 의료용 레이저는 국부적으로 소정의 에너지를 집중시킬 수 있고 비침습적 치료가 가능하므로, 외과, 내과, 안과, 피부과, 치과 등에서 광범위하게 사용되고 있다.
의료용 레이저의 경우 치료 효과를 위해서 원하는 적정의 출력을 유지하는 것이 필요하다.
광 출력 조절 장치 및 이를 활용하여 안정된 광 출력을 가질 수 있는 레이저 장치가 제공된다.
일 유형에 따르면, 광 출력 조절 장치는 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기; 및 상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동하는 구동부;를 포함한다.
상기 광 출력 조절 장치는 상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기; 및 상기 광 검출기에서 센싱된 광량에 기초하여 상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서;를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 센싱된 광량으로부터 출력값을 예측하고, 예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 설정할 수 있다.
상기 파장 선택 반사기는 서로 마주하는 입사면과 출사면을 구비하는 투명 부재; 및 상기 입사면에 형성되어 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층;을 포함할 수 있다.
상기 출사면에는 무반사 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 광 출력 조절 장치는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 더 포함할 수 있다.
상기 광경로 조절기는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로를 상기 파장 선택 반사기에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절할 수 있다.
일 유형에 따르면, 레이저 매질과, 상기 레이저 매질을 사이에 두고 배치된 제1미러 및 제2미러와, 상기 레이저 매질에 광을 공급하는 여기 광원을 포함하여, 소정 파장 대역의 광을 생성하여 출사하는 광원부; 상기 광원부에서 나오는 광의 진행 경로에 배치되어, 기준각(θc)으로 입사하는 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기; 상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기; 상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동시키는 구동부; 및 상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서;를 포함하는, 레이저 장치가 제공된다.
상기 파장 선택 반사기는 상기 광원부에서 생성된 광이 입사하는 입사각(θi)이 상기 기준각(θc)과 다르도록 배치될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 광 검출기에서 센싱된 광량에 기초하여 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 광 검출기는 상기 파장 선택 반사기에서의 반사 광량을 센싱하도록 배치될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 반사 광량으로부터 출력값을 예측하고, 예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 설정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 반사 광량을 설정된 기준값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 설정할 수 있다.
상기 파장 선택 반사기는 서로 마주하는 입사면과 출사면을 구비하는 투명 부재; 및 상기 입사면에 형성되어 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층;을 포함할 수 있다.
상기 레이저 장치는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 더 포함할 수 있다.
상기 광경로 조절기는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로를 상기 파장 선택 반사기에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절할 수 있다.
상기 광경로 조절기는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 수직인 면에 대해 상기 파장 선택 반사기와 대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 광경로 조절기는 상기 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고, 같은 두께를 가질 수 있다.
상기 구동부는 상기 파장 선택 반사기의 회전 구동과 연계하여 상기 광경로 조절기를 상기 파장 선택 반사기의 회전 방향과 반대 방향으로 상기 파장 선택 반사기의 회전각 만큼 회전시킬 수 있다.
상술한 광 출력 조절 장치는 전반사 코팅층을 활용하며, 입사광의 편광 특성을 활용하지 않고 광 출력을 조절할 수 있다.
상술한 광 출력 조절 장치를 구비하는 레이저 장치는 레이저 광의 편광 상태 여하에 무관하게 균일한 광 출력을 나타낼 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 동작을 개념적으로 설명하는 흐름도이다.
도 2는 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 광 출력 조절 장치에 구비되는 파장 선택 반사기의 상세한 구조 및 입사각에 따라 투과 광량이 달라지는 광 경로를 보인다.
도 4는 도 2의 광 출력 조절 장치에 구비되는 파장 선택 반사기에 입사각에 따라 투과 광량이 달라지는 것을 예시적으로 보인 그래프이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 6은 다른 실시에에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 7은 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 8은 도 7의 레이저 장치가 조절된 출력광을 출사하는 과정을 개념적으로 보인 흐름도이다.
도 9 및 도 10은 도 7의 레이저 장치에서 출력광을 조절하는 보다 상세한 과정을 예시적으로 보인 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 영역, 구성요소들 중간에 다른 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.
도 1은 실시예에 따른 광 출력 조절 장치에서 광 출력을 조절하는 동작을 개념적으로 설명하는 흐름도이다.
파장 선택 반사기는 정해진 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하는 광학 부재이다. 파장 선택 반사기에 광이 입사되면(S10), 반사 조건에 부합하는 광은 반사되고 나머지 광은 파장 선택 반사기를 투과한다(S20).
이와 같이 반사, 투과되는 광량은 파장 선택 반사기에의 입사각에 의존하게 된다. 입사광에 대한 파장 선택 반사기의 배치 각도에 의해 파장 선택 반사기에의 광 입사각이 정해지므로, 파장 선택 반사기에서의 반사 광량을 센싱하고(S30) 이로부터 파장 선택 반사기의 배치 각도를 조절하여(S40), 파장 선택 반사기를 투과하는 광량이 조절될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 투과광의 경로를 추가적으로 조절(S50)할 수 있다. 이러한 과정에 따라, 원하는 출력을 가지는 광을 얻을 수 있다.
도면에서는 출력 조절을 위해, 파장 선택 반사기를 반사한 광을 센싱하고, 이를 활용하여 파장 선택 반사기의 배치 각도를 조절하는 것으로 예시하였으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 파장 선택 반사기를 투과한 광을 센싱하고 이를 활용하여 파장 선택 반사기의 배치 각도를 조절하는 것도 가능하다.
상술한 개념은 다양한 장치로 구현될 수 있으며, 구현된 예시적인 구조들을 살펴보기로 한다.
도 2는 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다. 도 3a 및 도 3b는 도 2의 광 출력 조절 장치에 구비되는 파장 선택 반사기의 상세한 구조 및 입사각에 따라 투과 광량이 달라지는 광 경로를 보이는 도면이며, 도 4는 도 2의 광 출력 조절 장치에 구비되는 파장 선택 반사기에 입사각에 따라 투과 광량이 달라지는 것을 예시적으로 보인 그래프이다.
도 2를 참조하면, 광 출력 조절 장치(1000)는 입사광인 제1광(L1)이 입사각 θi로 입사되도록 배치된 파장 선택 반사기(100)와, 파장 선택 반사기(100)로 입사하는 광의 입사각(θi)이 조절되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전 구동하는 구동부(300)를 포함한다.
광 출력 조절 장치(1000)는 또한, 광이 파장 선택 반사기(100)를 경유한 후의 광량을 센싱하는 광 검출기(200)와, 광 검출기(200)에서 센싱된 광량에 기초하여 구동부(300)에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서(400)를 더 포함할 수 있다.
파장 선택 반사기(100)는 설정된 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하도록 구성된다.
도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 파장 선택 반사기(100)는 서로 마주하는 입사면(110b)과 출사면(110a)을 구비하는 투명 부재(110) 및 입사면(110b)에 형성되어, 정해진 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층(120)을 포함한다. 출사면(110a)는 또한, 무반사 코팅층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
파장 선택 코팅층(120)는 광학적 성질이 다른 복수의 물질층으로 이루어질 수 있다. 복수의 물질층과 입사광과의 상호 작용에 의해 소정 조건에 부합하는 입사광이 전반사될 수 있다. 예를 들어, 굴절률이 다른 매질 간의 경계면에서 광은 굴절되며 반사 및 투과되는데, 복수의 경계면에 의한 다중 경로의 반사광과 투과광의 간섭(interference)에 의해 전체적인 반사 광량과 투과 광량이 정해지게 된다. 이러한 간섭 작용을 고려하여, 특정 입사각 조건에 맞는 광은 전체적으로 반사되도록 각 층의 굴절률 및 두께가 정해질 수 있다. 또한, 광학적 성질은 입사광의 파장에 의존하는 것을 활용하여 파장 선택 코팅층(120)은 설정된 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 전반사하도록 복수의 물질층의 세부 구성이 설정될 수 있다. 이와 같이 설정된 파장 선택 코팅층(120)은 설정된 기준각(θc)과 다른 입사각으로 입사하는 광에 대해서는 일부만을 반사시키고 다른 일부는 투과시키게 된다.
도 3a를 참조하면, 이러한 파장 선택 반사기(100)에 해당 파장 대역의 제1광(L1)이 기준각(θc)으로 입사할 때, 입사된 제1광(L1)은 모두 반사되며, 즉, 반사된 제2광(L2)은 제1광(L1)과 동일한 광량을 갖게 된다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 파장 선택 반사기(100)에 제1광(L1))이 기준각(θc)과 다른 입사각(θi)으로 입사하는 경우, 일부 광은 반사되고 일부 광은 투과된다. 즉, 제1광(L1)은 반사된 제2광(L2)과 투과된 제3광(L3)의 두 경로로 나뉘게 된다. 투과된 제3광(L3)의 양은 입사각(θi)이 기준각(θc)에서 벗어난 정도에 따라 달라질 수 있다.
한편, 제3광(L3)의 방향은 투명 부재(110)의 두께(t) 및 굴절률(n)에 의해 제1광(L1)이 파장 선택 반사기(100)에 입사할 때의 진행 경로와는 달라지게 된다. 제1광(L1)은 투명 부재(110)의 입사면(110b), 출사면(110a)을 굴절되며 투과하여, 원래의 진행 경로에서 d만큼 이동한 경로를 따라 진행하게 된다. 도시된 바와 같이, 입사면(110b)과 출사면(110a)이 나란한 경우, 광의 진행 경로는 d만큼 이동한 평행한 경로가 된다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 입사면(110b)과 출사면(110a)은 서로 나란하지 않을 수도 있으며, 이 경우 변경된 진행 경로는 변경전의 경로와 나란하지 않을 수 있다. 파장 선택 반사기(100)에 의한 경로 틀어짐은 경로 조절을 위한 추가적인 광학 부재를 사용하여 조절될 수 있고, 이에 대해서는 다른 실시예에서 설명할 것이다.
도 4에 예시한 바와 같이, 투과 광량은 |θi-θc|로 정의되는 Δθ가 커짐에 따라 증가한다. 도시된 그래프는 예시적인 것이며, 직선이거나 또는 다른 형태의 비선형일 수도 있다. 그래프의 형태는 파장 선택 반사기(100)에 구비된 파장 선택 코팅층(120)의 세부 구성에 따라 달라질 수 있다.
파장 선택 반사기(100)의 이러한 성질에 따라, 파장 선택 반사기(100)를 경유한 후의 광량을 센싱하고, 파장 선택 반사기(100)의 배치 각도를 조절함으로써 원하는 광 출력을 얻을 수 있다. 이를 위해, 파장 선택 반사기(100)를 경유한, 즉, 파장 선택 반사기(100)에서 반사되거나 투과된 광을 센싱하는 광 검출기(200)가 사용될 수 있다.
도 2에서, 광 검출기(200)는 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 광의 경로 상에 배치되고 있으며 즉, 광 검출기(200)는 파장 선택 반사기(100)에 의한 반사 광량을 센싱할 수 있다.
프로세서(400)는 광 검출기(200)에서 센싱된 광량에 기초하여 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 설정할 수 있다. 프로세서(400)는 예를 들어, 광 검출기(200)에서 센싱된 광량으로부터 출력값, 즉, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)의 광량을 예측하고, 예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 연산할 수 있다.
구동부(300)는 프로세서(400)에 제어에 의해 파장 선택 반사기(100)를 회전 구동할 수 있다. 파장 선택 반사기(100)가 회전되는 회전축은 입사광인 제1광(L1), 반사광인 제2광(L2), 투과광인 제3광(L3)의 경로에 의해 정해지는 면과 수직인 방향의 축으로, 이러한 회전에 따라, 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 제1광(L1)의 입사각(θi)이 달라지게 된다. 입사각(θi)의 변경은 결과적으로 투과광(L3)의 양을 변화시키며, 즉, 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 적절히 조절하여 원하는 출력을 얻을 수 있다.
이러한 광 출력 조절 방법은 통상, 기존의 출력 조절이 광의 특정 편광 특성 상태를 이용하는 것과 차이가 있다. 통상의 출력 조절 방법은 입력 광이 편광된 상태에 있어야 하는데, 공간적으로 편광 성분이 조금씩 다른 부위가 존재할 수 있고 이 경우 출력 조절된 빔의 분포는 불균일 하게 된다.
실시예에 따른 광 출력 조절 장치는 광의 편광 상태와 상관 없이 활용될 수 있고 출력 조절된 광의 불균일 문제가 거의 없다.
이하, 다양한 실시예들의 광 출력 장치의 예들을 살펴보기로 한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
본 실시예의 광 출력 조절 장치(1100)는 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 제2광(L2)의 경로에 덤퍼(510)가 배치되고, 광 검출기(200)는 다른 위치에 배치되는 점에서, 도 2의 광 출력 조절 장치(1000)와 차이가 있다.
파장 선택 반사기(100)에서의 반사 경로에는 반사된 빔을 단순히 처리하기 위한 덤퍼(510)가 배치될 수 있고, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)을 일부 분기하여 광량을 검출하도록 광 검출기(200)가 배치될 수 있다. 이를 위하여, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)의 경로에 하프 미러(half mirror)(530)가 배치될 수 있다. 하프 미러(530)는 입사된 광의 반을 투과시키고 반은 반사시키는 부재이다. 하프 미러(530)에서 반사된 제5광(L5)의 광량을 검출하고 함으로써, 하프 미러(530)를 투과한 제4광(L4)의 출력값을 예측할 수 있다. 이에 기초하여 출력값이 원하는 값으로 증가 또는 감소되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전 구동함으로써, 원하는 출력을 얻을 수 있다. 본 실시예의 설명에서, 하프 미러(530)의 배치는 예시적인 것이며, 광의 일부를 분기하는 다른 형태의 빔 스플리터가 하프 미러(530) 대신 사용될 수도 있다.
이하의 실시예들에서, 광 검출기(200)의 배치는 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 광의 경로에 배치되는 것으로 예시할 것이나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 이하의 실시예들은 본 실시예와 같이, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 경로에 광검출기(200)가 배치되는 형태로도 변형될 수 있다.
도 6은 다른 실시에에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
본 실시예의 광 출력 조절 장치(1200)는 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 진행 경로에 배치되는 광경로 조절기(600)를 더 포함하는 점에서, 도 2의 광 출력 조절 장치(1000)와 차이가 있다.
도 3b에서도 설명한 바와 같이, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)의 경로는 입사광인 제1광(L1)의 진행 경로에서 d만큼 이동될 수 있다. 광경로 조절기(600)는 회전 구동되며, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 진행 경로를 파장 선택 반사기(100)에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절할 수 있다.
프로세서(400)는 광 검출기(200)에서 센싱한 반사 광량에 기초하여 파장 선택 반사기(100)를 회전시킬 구동 신호를 생성하며, 또한, 이와 함께, 광경로 조절기(600)를 회전시킬 구동신호를 생성할 수 있다.
구동부(350)는 파장 선택 반사기(100), 광경로 조절기(600)를 각각 독립적으로 구동하도록 구성될 수 있다. 광경로 조절기(600)는 파장 선택 반사기(100)에 의한 광경로 틀어짐을 보정하도록 회전 구동될 수 있고, 또는 이에 추가하여 다른 경로 변경이 가능하도록 광경로 조절기(600)가 회전 구동될 수 있다. 이 때, 파장 선택 반사기(100)의 회전 구동과 독립적인 구동력이 광경로 조절기(600)에 전달될 수도 있다.
또는, 구동부(350)는 하나의 구동원에서 생성한 구동력을 파장 선택 반사기(100) 및 광경로 조절기(600)에 각각 전달하는, 예를 들어, 기어와 같은 구동력 전달부를 포함할 수 있다. 구동력 전달부는 파장 선택 반사기(100)의 회전에 따른 광경로 틀어짐을 광경로 조절기(600)가 보정할 수 있는 구동력을 광경로 조절기(600)에 전달하도록 세부 구성이 설정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구동원에서 생성된 구동력이 파장 선택 반사기(100)와 광경로 조절기(600)에 소정의 연관 관계에 따라 전달되는 구성을 가질 수 있다.
도시된 바와 같이, 광경로 조절기(600)는 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 진행 경로에 수직인 면에 대해 상기 파장 선택 반사기(100)와 대칭적으로 배치될 수 있다. 또한, 광경로 조절기(600)는 파장 선택 반사기(100)의 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고, 같은 두께를 가질 수 있다. 광경로 조절기(600)의 입사면 및/또는 출사면에는 무반사 코팅층(미도시)이 형성될 수도 있다.
광경로 조절기(600)가 파장 선택 반사기(100)의 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고, 같은 두께를 가지는 경우, 광경로 조절기(600)가 파장 선택 반사기(100)의 회전 방향과 반대 방향으로 파장 선택 반사기(100)의 회전각만큼 회전함으로써, 파장 선택 반사기(100)에 의한 경로 틀어짐이 보정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 광경로 조절기(600)는 다른 두께, 다른 굴절률을 가질 수도 있다. 이 경우 파장 선택 반사기(600)의 회전각과 다른 각도로 회전되며 경로 틀어짐을 보정할 수도 있다.
구동부(350)는 파장 선택 반사기(100)의 회전 구동과 연계하여, 파장 선택 반사기(100)의 회전 방향과 반대 방향으로 파장 선택 반사기(100)의 회전각만큼 회전하도록 광경로 조절기(600)를 구동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구동원에서 생성한 구동력을 각각 파장 선택 반사기(100)와 광경로 조절기(600)에 전달하되, 반대 방향의 같은 크기로 구동력이 전달되도록 구동력 전달부가 구성될 수 있다.
상술한 광 출력 장치(1000)(1100)(1200)은 출력 조절이 필요한 다양한 광학 장치에 적용될 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구조를 보이는 도면이다.
레이저 장치(1400)는 소정 파장 대역의 레이저 광을 생성하여 출사하는 광원부(700), 광원부(700)에서 나오는 광의 진행 경로에 배치되어, 기준각(θc)으로 입사하는 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기(100), 파장 선택 반사기(100)를 경유한 광의 광량을 센싱하는 광 검출기(200), 파장 선택 반사기(100)로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전 구동시키는 구동부(350) 및 구동부(350)에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서(450)를 포함한다.
광원부(700)는 레이저 매질(740)과, 레이저 매질(740)에 광을 공급하는 여기 광원(710)과, 레이저 매질(740)을 사이에 두고 배치된 제1미러(730) 및 제2미러(750)를 포함할 수 있다. 제1미러(730), 레이저 매질(740), 제2미러(750)가 여기 광원(710)에서의 광을 레이저 광으로 발진하는 레이저 발진부(770)를 구성한다.
여기 광원(710)은 플래시 램프일 수 있고, 미도시된 전원 공급부로부터 전원을 공급받아 발광하며 광을 레이저 매질(740)에 제공한다. 여기 광원(710)은 플래시 램프에 한정되지 않으며 레이저 다이오드를 포함할 수도 있다.
레이저 매질(740)은 여기 광원(710)에서 공급된 광의 에너지를 흡수하여 증폭된 광을 방출한다. 레이저 매질(740)은 Nd:Yag(neodymium-doped yttrium aluminium garnet)일 수 있으며, 다만 이에 한정되지 않으며, Er:Yag가 레이저 매질(135)로 사용될 수도 있다.
제1미러(730) 및 제2미러(750)는 레이저 매질(740)을 사이에 두고 서로 마주하게 배치되어 레이저 매질(740)에서 증폭된 광의 공진 경로를 형성할 수 있다. 제1미러(730) 는 반사 미러, 제2미러(750)는 출력 미러로 기능하도록 반사율이 설정될 수 있다.
광원부(700)의 구성 요소 및 배치 형태는 레이저 광을 생성하는 기본적인 구조로 예시된 것이며, 출사할 레이저 광의 성질을 조절하기 위한 추가적인 광학 요소들이 더 포함될 수 있고 광원부(700)에 구비된 광학 요소들의 배치 형태가 변경될 수 있다.
광원부(700)에서 생성하는 레이저 광인 제1광(L1)은 특정 편광 상태일 수도 있고 무편광 상태일 수도 있다. 실시예의 레이저 장치(1400)는 광 출력을 광의 편광 상태 여하와 무관하게 조절할 수 있으므로, 기존의 레이저 장치에서와 같이, 광 출력 조절을 위해 편광된 광을 만들기 위한 별도의 광학 요소, 예를 들어, 편광자나 위상지연자 등이 구비될 필요는 없다.
파장 선택 반사기(100)는 광원부(700)에서 생성된 제1광(L1)의 파장 대역의 광에 대해, 소정 기준각(θc)으로 입사한 광을 전반사할 수 있다. 파장 선택 반사기(100)의 세부 형태는 도 3a 및 도 3b에서 예시한 바와 같을 수 있고, 파장 선택 반사기(100)에 구비된 파장 선택 코팅층이 광원부(700)에서 생성한 광의 파장 대역에 맞게 설정될 수 있다.
예를 들어, 광원부(700)는 약 1064nm 파장의 광을 생성할 수 있고, 파장 선택 반사기(100)는 입사각 45도로 입사하는 파장 1064 nm 파장의 광을 전반사하는 파장 선택 코팅층을 구비할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이고 이에 한정되는 것은 아니다.
파장 선택 반사기(100)는 광원부(700)에서 생성된 제1광(L1)이 입사하는 입사각(θi)이 기준각(θc)과 다르도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1광(L1)은 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 제2광(L2), 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)으로 분기된다.
광 검출기(200)는 제2광(L2)의 경로에 배치되어, 파장 선택 반사기(100)에서의 반사 광량을 센싱할 수 있다.
프로세서(450)는 광 검출기(200)에서 센싱된 광량에 기초하여 구동부(350)에 전달할 제어 신호를 생성한다. 프로세서(400)는 또한, 여기 광원(710)의 구동 등을 포함하여, 레이저 장치(1400)를 전체적으로 제어할 수 있다.
레이저 장치(1400)는 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)의 진행 경로에 배치되어 회전 구동되며 진행 경로를 조절하는 광경로 조절기(600)를 더 포함할 수 있다.
광경로 조절기(600)는 광원부(700)에서의 제1광(L1)이 파장 선택 반사기(100)를 투과한 후의 진행 경로를 파장 선택 반사기(100)에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절할 수 있다.
광경로 조절기(600)는 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 진행 경로에 수직인 면에 대해 파장 선택 반사기(100)와 대칭적으로 배치될 수 있고, 또한, 파장 선택 반사기(100)의 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고, 같은 두께를 가질 수 있다.
구동부(350)는 파장 선택 반사기(100)의 회전 구동과 연계하여 광경로 조절기(600)를 파장 선택 반사기(100)의 회전 방향과 반대 방향으로 파장 선택 반사기의 회전각만큼 회전시킬 수 있다.
도 8은 도 7의 레이저 장치가 조절된 출력광을 출사하는 과정을 개념적으로 보인 흐름도이고, 도 9 및 도 10은 도 7의 레이저 장치에서 출력광을 조절하는 보다 상세한 과정을 예시적으로 보인 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 입사각이 θi가 되도록 파장 선택 반사기(100)가 배치된다(S100). 이 때, 입사각 θi는 기준각 θc 와 다를 수 있다. 파장 선택 반사기(100)를 경유한 광은 일부는 투과, 일부는 반사되고, 반사광 또는 투과광을 광검출기(200)가 센싱한다(S200). 다음, 센싱된 광량에 기초하여 구동부(350)에 전달할 구동 신호가 생성된다(S300). 생성된 구동 신호에 따라 입사각(θi)이 변경 또는 유지되도록 파장 선택 반사기(100)가 구동된다(S400). 또한, 파장 선택 반사기(200)의 구동에 연동하여 광경로 조절기(600)가 구동된다(S500).
프로세서(450)가 구동 신호를 생성하는 과정은 도 9에 예시한 바와 같이, 출력할 목표값을 기준으로 설정될 수 있다. 광검출기(200)가 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 광량을 센싱하고(S320), 프로세서(450)가 센싱된 반사 광량으로부터 출력값(Pa)을 예측할 수 있다(S340). 다음, 예측된 출력값(Pa)을 설정된 목표값(Pt)과 비교하고(S360), 비교한 결과에 따라 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 설정한다.
출력값(Pa)과 목표값(Pt)을 비교하여, 출력값(Pa)이 목표값(Pt)보다 큰 경우 출력을 낮추는 방향으로 파장 선택 반사기를 회전시킨다(S410). 즉, 프로세서(450)는 광이 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 입사각(θi)이 기준각(θc)과 이루는 차이, Δθ가 작아지는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시키는 구동 신호를 생성하고, 이에 따라 구동부(350)가 파장 선택 반사기를 회전시킨다.
출력값(Pa)이 목표값(Pt)보다 작은 경우, 출력을 높이는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시킨다(S430). 즉, 프로세서(450)는 광이 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 입사각(θi)이 기준각(θc)과 이루는 차이,Δθ가 커지는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시키는 구동 신호를 생성하고, 이에 따라 구동부(350)가 파장 선택 반사기를 회전시킨다.
출력값(Pa)과 목표값(Pt)이 같은 경우 파장 선택 반사기(100)의 배치 각도를 유지한다(S420). 즉, 현재 상태가 목표값(Pt)에 부합하는 Δθ를 갖는 경우이므로, 이러한 Δθ를 갖는 입사각(θi)이 유지되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전시키지 않는다.
또는, 프로세서(450)가 구동 신호를 생성하는 과정은 도 10에 예시한 바와 같이, 파장 선택 반사기(100)에 의한 반사 광량을 목표 출력값에 부합하도록 기준값을 설정하고, 이와 비교하는 과정으로 행해질 수도 있다.
광검출기(200)가 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 광량을 센싱하고(S320), 프로세서(450)가 센싱된 반사 광량으로부터 설정된 기준값(Rc)과 비교하여(S370), 비교한 결과에 따라 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 설정한다.
광 검출기(200)에서 센싱된 반사 광량(R)이 설정된 기준값(Rc)보다 작은 경우, 반사 광량을 높이는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시킨다. 즉, 프로세서(450)는 광이 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 입사각(θi) 이 기준각(θc)과 이루는 차이, Δθ가 작아지는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시키는 구동 신호를 생성하고 이에 따라 구동부(350)가 파장 선택 반사기를 회전시킨다(S440).
광 검출기(200)에서 센싱된 반사 광량(R)이 설정된 기준값(Rc)보다 큰 경우, 반사 광량(R)을 낮추는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시킨다. 프로세서(450)는 광이 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 입사각(θi)이 기준각(θc)과 이루는 차이, Δθ가 커지는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시키는 구동 신호를 생성하고 이에 따라 구동부(350)가 파장 선택 반사기를 회전시킨다(S460).
광 검출기(200)에서 센싱된 반사 광량(R)이 설정된 기준값(Rc)과 같은 경우, 파장 선택 반사기(100)의 배치 각도를 유지한다(S450). 현재 상태가 목표값(Pt)에 부합하는 Δθ를 갖는 경우이므로, 이러한 Δθ를 갖는 입사각(θi)이 유지되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전시키지 않는다.
이와 같은 구성, 동작에 따라, 실시예의 레이저 장치(1400)는 광원부(700)에서 생성하는 레이저광의 편광 상태 여하와 무관하게 출력을 조절할 수 있고, 균일한 분포의 출력을 유지할 수 있다
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기; 및
    상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동하는 구동부;를 포함하는, 광 출력 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기; 및
    상기 광 검출기에서 센싱된 광량에 기초하여 상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서;를 더 포함하는, 광 출력 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 센싱된 광량으로부터 출력값을 예측하고,
    예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 연산하는, 광 출력 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기는
    서로 마주하는 입사면과 출사면을 구비하는 투명 부재; 및
    상기 입사면에 형성되어 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층;을 포함하는, 광 출력 조절 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 출사면에는 무반사 코팅층이 형성된, 광 출력 조절 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 더 포함하는, 광 출력 조절 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광경로 조절기는
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로를 상기 파장 선택 반사기에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절하는, 광 출력 조절 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 광 출력 조절 장치;를 포함하는, 광학 장치.
  9. 레이저 매질과, 상기 레이저 매질을 사이에 두고 배치된 제1미러 및 제2미러와, 상기 레이저 매질에 광을 공급하는 여기 광원을 포함하여, 소정 파장 대역의 광을 생성하여 출사하는 광원부;
    상기 광원부에서 나오는 광의 진행 경로에 배치되어, 기준각(θc)으로 입사하는 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기;
    상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기;
    상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동시키는 구동부; 및
    상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서;를 포함하는, 레이저 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기는
    상기 광원부에서 생성된 광이 입사하는 입사각(θi)이 상기 기준각(θc)과 다르도록 배치되는, 레이저 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 광 검출기에서 센싱된 광량에 기초하여 상기 제어 신호를 생성하는, 레이저 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광 검출기는 상기 파장 선택 반사기에서의 반사 광량을 센싱하도록 배치된, 레이저 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 반사 광량으로부터 출력값을 예측하고,
    예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 연산하는, 레이저 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 반사 광량을 설정된 기준값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 연산하는, 레이저 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기는
    서로 마주하는 입사면과 출사면을 구비하는 투명 부재; 및
    상기 입사면에 형성되어 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층;을 포함하는, 레이저 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 더 포함하는, 레이저 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광경로 조절기는
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로를 상기 파장 선택 반사기에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절하는, 레이저 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 광경로 조절기는
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 수직인 면에 대해 상기 파장 선택 반사기와 대칭적으로 배치되는, 레이저 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 광경로 조절기는
    상기 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고, 같은 두께를 갖는, 레이저 장치.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 구동부는
    상기 파장 선택 반사기의 회전 구동과 연계하여
    상기 광경로 조절기를 상기 파장 선택 반사기의 회전 방향과 반대 방향으로 상기 파장 선택 반사기의 회전각 만큼 회전시키는, 레이저 장치.
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