WO2023027261A1 - 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치 - Google Patents

인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치 Download PDF

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WO2023027261A1
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laser beam
index matching
matching fluid
optical fiber
transmission device
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황승진
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힐랩 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a high-power laser beam transmission device using an index matching fluid, and in particular, an index matching fluid having a refractive index similar to that of an optical fiber is disposed at the end of an optical fiber to minimize return loss of a high-power laser beam. It relates to a high-power laser beam transmission device using a fluid.
  • a high-power laser beam transmission device that generates a high-energy laser beam is widely used in various fields, and research is being actively conducted.
  • a laser beam of high energy is transmitted to an optical fiber, the optical fiber is easily damaged due to high instantaneous power.
  • Optical fiber damage is mainly caused by high instantaneous power at the entrance and exit surfaces, and is a major cause of deterioration of transmission efficiency along with Fresnel reflection.
  • the damage limit of silica-based optical fiber is generally known as a power density of 1 GW/cm 2 . Since the diameter of a general large-diameter optical fiber is 1 mm, when converted into units, about 10 MW becomes an average of 1 GW/cm 2 or more on the surface of the optical fiber, making it impossible to transmit, and about 0.08 J per pulse may be the limit. Even these calculations are made under the assumption that the laser beam is uniform and constructive interference of the laser beam does not occur, so in practice, a laser with much lower energy per pulse or a larger diameter fiber should be used.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a high-power laser beam transmission device including a conventional beam homogenizer.
  • a conventional beam homogenizer that transmits a uniform laser beam to an optical fiber, constructive interference by the beam homogenizer occurs, resulting in stochastic damage even within the damage limit range. do. That is, a fine pattern is generated due to constructive interference.
  • FIG 2 is an exemplary view of a cross section of an optical fiber cut.
  • the cut cross section of the optical fiber is not uniform, so when a laser beam is incident or emitted in contact with air, the shape and direction of the laser beam may be distorted and reflection loss may be large.
  • a uniform surface is created through polishing and coating to prevent distortion of the laser beam and minimize reflection loss, but the cost of polishing and coating the optical fiber is very high, and management is required to prevent dust or other foreign substances In the event of damage, there are problems that cannot be addressed immediately on site.
  • the reflectance When light is transmitted and the medium is changed, the reflectance may change according to the difference in refractive index between the mediums.
  • a laser When a laser is transmitted through an optical fiber in air, a large amount of energy is lost due to a difference in refractive index between the medium at the incident surface and the exit surface.
  • the refractive index of air is 1.00 and the refractive index of silica fiber is 1.46, and the normal angle of incidence is limited, the following reflectance formula is applied.
  • the reflectance is 3.6%
  • the transmittance is 96.4%
  • the transmission efficiency of a single optical fiber is 92.9% when applied to the incident surface and the exit surface, respectively.
  • Korea Patent Registration No. 10-2162642 (Lens-integrated optical transmission optical fiber and its manufacturing method) discloses that a lens is integrally installed in a holder for fixing an optical fiber that transmits external light or the distal end of the optical fiber is twisted with each other. And, it only discloses a technology for curing the cured part in a liquid state to become a solid state.
  • An object of the present invention is to provide a high-power laser beam transmission device using an index matching fluid that minimizes return loss by arranging the index matching fluid at the end of an optical fiber.
  • a high-power laser beam transmission device using an index matching fluid includes an optical fiber that transmits a laser beam, and an index matching fluid disposed at both ends of the optical fiber and emitting a laser beam incident from the optical fiber. fluid).
  • the index matching fluid may be a liquid having the same refractive index as the optical fiber.
  • An anti-reflection coating window disposed on a side surface of the index matching fluid in a direction in which a laser beam is emitted is further included.
  • a lens disposed on a side of the index matching fluid in a direction in which a laser beam is emitted is further included.
  • a camera for aligning the focal position of the incident laser beam and the optical fiber is further included.
  • index matching fluid having the same or similar refractive index to the optical fiber is disposed at both ends of the optical fiber to minimize return loss.
  • both ends of the optical fiber do not need to be polished or treated separately, resulting in cost savings. It can be replaced right on the spot.
  • 1 is a conceptual diagram of a high-power laser beam transmission device including a conventional beam homogenizer.
  • 2 is an exemplary view of a cross section of an optical fiber cut.
  • FIG 3 is a block diagram of a high-power laser beam transmission device using an index matching fluid according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a high-power laser beam transmission device using an index matching fluid and an anti-reflection coating window according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a high power laser beam transmission device using an index matching fluid and a lens according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a block diagram of a high-power laser beam transmission device using an index matching fluid according to an embodiment of the present invention.
  • the high-power laser beam transmission device 10 is composed of an index matching fluid 100, an anti-reflection coating window 110, an optical fiber 200, and a camera 400.
  • the index matching fluids 100 and 100a are disposed at both ends of the optical fiber 200 so that both ends of the optical fiber come into contact with the index matching fluid without being exposed to air.
  • the laser beam 300 emitted from both ends of the optical fiber 200 may pass through the index matching fluid and the anti-reflection coating window and be emitted. That is, the index matching fluids 100 and 100a may be arranged to cover the entire incident and exit surfaces of the optical fiber.
  • the index matching fluid 100 may be a liquid having the same or similar refractive index as the optical fiber, and the index matching fluid 100 may be water, but is not limited thereto.
  • the refractive index of the index matching fluid 100 may be in the range of 1.3 to 1.8.
  • the index matching fluid 100 may minimize Fresnel loss by contacting the surface of an optical fiber that is not polished or coated instead of air.
  • the anti-reflection coating windows 110 and 110a may be disposed on a side surface of the index matching fluid 100 and may be disposed in a direction in which a laser beam is emitted from the index matching fluid 100 .
  • the anti-reflection coating window 110 may have the same height as the index matching fluid 100 and different horizontal widths, but is not limited thereto.
  • the anti-reflection coating window 110 may minimize reflection loss by allowing a laser beam to be incident or emitted through the index matching fluid 100 .
  • the camera 400 may photograph the incident surface of the optical fiber when replacing the optical fiber, and monitor and adjust the direction of the laser beam based on the photographed image. That is, the camera 400 may photograph the incident surface in order to align the focal position of the laser beam and the optical fiber.
  • FIG. 4 is a block diagram of a high-power laser beam transmission device using an index matching fluid and an anti-reflection coating window according to another embodiment of the present invention.
  • an anti-reflection coating window 110 is disposed on the side of the index matching fluid 100 in the high-power laser beam transmission device 10 in the direction in which the laser beam is emitted.
  • the index matching fluid 100 and the anti-reflection coating window 110 are placed in contact with each other.
  • the index matching fluid and the antireflection coated window have different horizontal widths, but the same height.
  • the laser beam diameter can be calculated through a direct contact between the index matching fluid 100 and the anti-reflection coating window 110 . That is, when the laser beam diameter is variable or when the amount of index matching fluid is to be minimized, the anti-reflection coating window 110 can be disposed and utilized. Considering the damage limit of the anti-reflection coating window 110, it should be arranged so that there is more than a certain distance from the optical fiber 200. Since the anti-reflective coating window 110 is closer to the optical fiber 120 than the lens, the possibility of damage to the anti-reflective coating window 110 is high, so only the anti-reflective coating window 110 is considered, and the laser beam diameter can be calculated by the following formula. .
  • d 2Ltan ⁇ , , , ,
  • NA numerical aperture
  • n the refractive index of the index matching fluid
  • ⁇ the angle of incidence or exit from the optical fiber
  • D the diameter of the lens/beam (based on the clear aperture)
  • f the focal length of the lens
  • V the volume of index matching fluid required
  • E the energy of the laser beam transmitted through the fiber
  • LIDT the damage limit of the lens.
  • FIG. 5 is a block diagram of a high power laser beam transmission device using an index matching fluid and a lens according to another embodiment of the present invention.
  • the high power laser beam transmission device is disposed on the side of the index matching fluid 100 and further includes a lens 120 in a direction in which the laser beam is emitted.
  • the index matching fluid 100 and the lens 120 are disposed to be in direct contact with each other. At this time, only the lens 120 is disposed without the anti-reflection coating window 110 of FIG. 4, and one side of the lens 120 in the direction in which the laser beam is emitted is convex.
  • the index matching fluid 100 and the lens 120 have different horizontal widths, but have the same height.
  • the diameter of the laser beam through the lens contact method of the index matching fluid can be calculated.
  • An important specification of an optical fiber is a numerical aperture (NA), and the angle of light entering or exiting from the end of the optical fiber is determined according to the NA.
  • NA numerical aperture
  • the amount of index matching fluid, the size of the container, and the focal length of the lenser can be calculated according to the diameter of the incident or outgoing laser beam.
  • the diameter of the laser beam can be calculated by the formula below.
  • NA number of the lens
  • n the refractive index of the index matching fluid
  • ⁇ the angle of incidence or exit from the optical fiber
  • D the diameter of the lens/beam (based on the clear aperture)
  • f the focal length of the lens
  • V the volume of index matching fluid required
  • E the energy of the laser beam transmitted through the fiber
  • LIDT the damage limit of the lens

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Abstract

본 발명은 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치에 관한 것이다. 본 발명은 레이저빔을 전달하는 광섬유와 상기 광섬유의 양끝단에 배치되어 광섬유로부터 입사된 레이저빔을 방출하는 인덱스 매칭 플루이드(index matching fluid)를 포함한다. 본 발명은 광섬유와 유사한 굴절률을 갖는 인덱스 매칭 플루이드를 광섬유 양단에 배치하여 반사손실을 최소화한다.

Description

인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치
본 발명은 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치에 관한 것으로, 특히 광섬유와 유사한 굴절률을 갖는 인덱스 매칭 플루이드(index matching fuild)를 광섬유의 종단에 배치하여 고출력 레이저빔의 반사 손실을 최소화하는 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치에 관한 것이다.
높은 에너지의 레이저빔을 발생하는 고출력 레이저빔 전송장치가 여러 분야에서 많이 활용되고 있어 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 높은 에너지의 레이저빔을 광섬유로 전달하는 경우, 높은 순간 출력으로 인해 광섬유가 쉽게 손상되는 문제가 발생하고 있다. 광섬유 손상은 주로 입사면과 출사면에서 높은 순간 출력에 의해 발생하며, 프레넬 반사와 함께 전송 효율을 저하시키는 주요 원인에 해당한다.
예컨대, 1J의 에너지를 광섬유로 전달한다고 할 때, 연속파(CW)의 레이저의 경우 1초간 1W의 출력으로 충분하나, 1초간 10ns 펄스폭의 레이저 펄스 10개로 전달할 경우 펄스당 0.1J, 순간적으로 10MW의 출력이 10번 광섬유를 통과하기 때문에 광섬유가 손상될 수 있다.
실리카 기반의 광섬유의 손상한계는 일반적으로 출력밀도 1GW/cm2 로 알려 있다. 일반적인 대구경 광섬유의 직경이 1mm이므로, 단위 환산하면 약 10MW가 광섬유표면에서 평균 1GW/cm2 이상이 되어 전달이 불가능하며, 펄스당 0.08J 가량이 한계일 수 있다. 심지어 이러한 계산은 레이저빔이 균일하며, 레이저빔의 보강간섭이 일어나지 않는 가정하에 성립하므로, 실제로는 훨씬 낮은 펄스당 에너지의 레이저를 사용하거나 광섬유의 직경이 더 커야 한다.
따라서, 고출력 레이저빔 전송장치에서 레이저빔을 광섬유에 전달할 때 보강간섭을 감쇠하여 광섬유의 손상을 막는 방법이 요청되고 있다.
도 1은 종래의 빔균질기를 포함하는 고출력 레이저빔 전송장치의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 광섬유에 균일한 레이저빔을 전송하는 기존의 빔 균질기(beam homogenizer)를 이용하면 빔 균질기에 의한 보강 간섭이 발생하여 손상한계 범위 내에서도 확률적으로 손상이 발생하는 문제가 발생한다. 즉, 보강 간섭으로 인해 미세 패턴이 발생한다.
도 2는 광섬유 절단 단면에 대한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 광섬유 절단 단면은 균일하지 않아 그대로 공기와 맞닿아 레이저빔을 입사 또는 출사할 경우, 레이저빔의 모양과 방향이 왜곡될 수 있고 반사손실이 크게 발생할 수 있다. 일반적으로 일반적으로 연마 및 코팅을 통해 균일한 면을 만들어 레이저빔이 왜곡되지 않도록 하고, 반사 손실을 최소화 하나 광섬유의 연마 및 코팅 비용은 매우 높으며, 먼지나 기타 이물질이 묻지 않도록 관리가 필요할 뿐아니라, 손상이 발생할 경우 현장에서 바로 대응할 수 없는 문제가 있다.
빛이 전송되며 매질이 바뀔 경우, 매질 간의 굴절률 차에 따라 반사율이 바뀔 수 있다. 공기 중에서 광섬유로 레이저를 전송할 경우, 입사면과 출사면에서 매질 사이의 굴절률 차이로 많은 양의 에너지가 손실된다. 예컨대, 공기의 굴절률이 1.00, 실리카 광섬유 굴절률이 1.46이고, 수직 입사각으로 한정할 경우, 다음 반사율 공식 적용된다.
Figure PCTKR2021018711-appb-img-000001
즉, 반사율 3.6%이므로 투과율은 96.4%이며, 입사면과 출사면에 각각 적용할 경우, 단일광섬유의 전송 효율은 92.9%이다.
이를 해결하기 위해 광섬유의 두 면에 연마 및 코팅하는 방법이 일반적이나, 이러한 방법은 비용이 높고, 고출력 레이저를 전송하는 과정에서 코팅면의 손상이 발생할 가능성이 높고, 손상이 발생했을 경우 산업 현장에서 바로 대응할 수 있는 방법이 없는 문제가 있다. 특히 출사면의 경우, 연마 상태에 따라 레이저 빔의 특성이 바뀔 수 있는 문제가 있다.
종래기술로는 한국등록특허 제10-2162642호(렌즈 일체형 광전송 광섬유 및 이의 제조방법)는 외부광을 전송하는 광섬유를 고정하기 위한 홀더에 렌즈를 일체형으로 설치하거나 또는 광섬유의 말단부를 서로 꼬아지게 배치하고, 액체상태의 경화부가 고체상태가 되도록 경화하는 기술을 개시하고 있을 뿐이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광섬유의 종단에 인덱스 매칭 플루이드를 배치하여 반사손실을 최소화하는 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치는, 레이저빔을 전달하는 광섬유와, 상기 광섬유의 양끝단에 배치되어 광섬유로부터 입사된 레이저빔을 방출하는 인덱스 매칭 플루이드(index matching fluid)를 포함한다. 상기 인덱스 매칭 플루이드는 상기 광섬유와 굴절률이 동일한 액체인 것을 특징으로 한다.
상기 인덱스 매칭 플루이드의 측면에 배치되되 레이저빔이 방출되는 방향으로 무반사 코팅 윈도우를 더 포함한다. 상기 인덱스 매칭 플루이드의 측면에 배치되되 레이저빔이 방출되는 방향으로 렌즈를 더 포함한다. 상기 입사된 레이저빔의 초점 위치와 상기 광섬유를 정렬하기 위한 카메라를 더 포함한다.
본 발명에 의하면 광섬유와 동일하거나 유사한 굴절률을 갖는 인덱스 매칭 플루이드를 광섬유 양단에 배치하여 반사손실을 최소화한다.
광섬유의 종단을 공기 대신 인덱스 매칭 플루이드로 접촉시키기 때문에 광섬유 양끝단을 연마하거나 별도의 코팅 처리할 필요가 없어 비용 절감 효과가 있으며, 광섬유 양단에 이물질이 묻지 않도록 관리할 필요가 없으며, 손상이 발생할 경우 현장에서 바로 교체가 가능하다.
도 1은 종래의 빔균질기를 포함하는 고출력 레이저빔 전송장치의 개념도이다. 도 2는 광섬유 절단 단면에 대한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덱스 매칭 플루이드와무반사 코팅 윈도우를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인덱스 매칭 플루이드와 렌즈를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치의 구성도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시 된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 또는 대체물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 고출력 레이저빔 전송장치(10)는 인덱스 매칭 플루이드(100), 무반사 코팅 윈도우(110), 광섬유(200), 카메라(400)로 구성된다.
광섬유(200)는 양 끝단에 인덱스 매칭 플루이드(100, 100a)를 배치하여 광섬유의 양 끝단이 공기에 노출되지 않고 인덱스 매칭 플루이드에 접촉되도록 배치된다. 광섬유(200)의 양 끝단에서 방출되는 레이저빔(300)은 인덱스 매칭 플루이드 및 무반사 코팅 윈도우를 통과하여 방출될 수 있다. 즉,인덱스 매칭 플루이드(100, 100a)는 광섬유의 입사면과 출사면 전체를 감싸도록 배치될 수 있다.
인덱스 매칭 플루이드(100)는 광섬유와 굴절률이 동일하거나 유사한 액체일 수 있고, 인덱스 매칭 플루이드(100)는 물일 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 인덱스 매칭 플루이드(100)의 굴절률은　1.3　내지　1.8　범위내일 수 있다. 인덱스 매칭 플루이드(100)는 연마 또는 코팅되지 않은 광섬유 면을 공기 대신 접촉함으로써 반사손실(Fresnel loss)을 최소화할 수 있다.
무반사 코팅 윈도우(110, 110a)는 인덱스 매칭 플루이드(100)의 측면에 배치되고, 인덱스 매칭 플루이드(100)에서 레이저빔이 방출되는 방향으로 배치될 수 있다. 무반사 코팅 윈도우(110)는 인덱스 매칭 플루이드(100)의 높이는 동일하고, 수평폭은 상이할 수 있으나 이에 대해 한정하는 것은 아니다. 무반사 코팅 윈도우(110)는 인덱스 매칭 플루이드(100)를 통해 레이저빔이 입사 또는 출사하도록 하여 반사손실을 최소화할 수 있다.
카메라(400)는 광섬유를 교체하는 경우 광섬유의 입사면을 촬영하고, 촬영영상을 기초로 레이저빔의 방향을 모니터링 및 조정할 수 있다. 즉, 카메라(400)는 레이저빔의 초점 위치 및 광섬유를 정렬하기 위해 입사면을 촬영할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인덱스 매칭 플루이드와무반사 코팅 윈도우를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 고출력 레이저빔 전송장치(10)에서 인덱스 매칭 플루이드(100)의 측면에 배치되되 레이저빔이 방출되는 방향으로 무반사 코팅 윈도우(110)를 배치한다. 인덱스 매칭 플루이드(100)와 무반사 코팅 윈도우(110)는 접촉되어 배치된다. 인덱스 매칭 플루이드와무반사 코팅 윈도우는 수평폭은 상이하나, 높이는 동일하다.
인덱스 매칭 플루이드(100)와 무반사 코팅 윈도우(110)가 직접 접촉하는 방식을 통해 레이저빔 직경을 계산할 수 있다. 즉, 레이저빔 직경이 가변적이거나 인덱스 매칭 플루이드의 양을 최소화하고 싶은 경우에 무반사 코팅 윈도우(110)를 배치하여 활용할 수 있다. 무반사 코팅 윈도우(110)의 손상한계를 고려하여, 광섬유(200)로부터 일정 거리 이상 여유가 있도록 배치해야 한다. 렌즈보다 무반사코팅 윈도우(110)가 광섬유(120)에 가까우므로, 무반사 코팅 윈도우(110)의 손상 가능성이 높아 무반사 코팅 윈도우(110)만 고려하며, 아래의 식에 의해 레이저빔 직경을 계산할 수 있다.
d = 2Ltanθ,
Figure PCTKR2021018711-appb-img-000002
,
Figure PCTKR2021018711-appb-img-000003
,
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, 이때, NA(numerical aperture)는 개구수, n은 인덱스 매칭플루이드의 굴절률, θ는 광섬유에서의 입사각 또는 출사각, D는 렌즈/빔의 직경(clear aperture 기준), f는 렌즈의 초점거리, V는 필요한 인덱스 매칭 플루이드의 부피, E는 광섬유로 전송하는 레이저빔의 에너지, LIDT는 렌즈의 손상 한계이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인덱스 매칭 플루이드와 렌즈를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 고출력 레이저빔 전송장치에서 인덱스 매칭 플루이드(100)의 측면에 배치되되 레이저빔이 방출되는 방향으로 렌즈(120)를 더 포함한다. 인덱스 매칭 플루이드(100)와 렌즈(120)는 직접 접촉되도록 배치된다. 이때, 도 4의 무반사 코팅 윈도우(110) 없이 렌즈(120)만 배치되며, 렌즈(120)는 레이저빔이 방출되는 방향의 일측면이 볼록하게 형성된다. 인덱스 매칭 플루이드(100)와 렌즈(120)는 수평폭은 상이하나, 높이는 동일하다.
인덱스 매칭 플루이드의 렌즈 접촉 방식을 통한 레이저빔의 직경을 계산할 수 있다. 광섬유의 주요 사양으로 개구수(NA; numerical aperture)가 있으며, NA에 따라 광섬유 끝단에서 입사 또는 출사하는 빛의 각도가 정해진다. 광섬유 입사 또는 출사 레이저빔의 직경에 따라 인덱스 매칭 플루이드의 양과 컨테이너의 크기, 렌저의 초점거리를 계산할 수 있다. 아래의 식에 의해 레이저빔의 직경을 계산할 수 있다.
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,
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,
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,
Figure PCTKR2021018711-appb-img-000009
,
Figure PCTKR2021018711-appb-img-000010
, 이때, NA(numerical aperture)는 개구수, n은 인덱스 매칭 플루이드의 굴절률, θ는 광섬유에서의 입사각 또는 출사각, D는 렌즈/빔의 직경(clear aperture 기준), f는 렌즈의 초점거리, V는 필요한 인덱스 매칭 플루이드의 부피, E는 광섬유로 전송하는 레이저빔의 에너지, LIDT는 렌즈의 손상 한계이다.
발명의 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치에 있어서,
    레이저빔을 전달하는 광섬유; 및
    상기 광섬유의 양끝단에 배치되어 광섬유로부터 입사된 레이저빔을 방출하는 인덱스 매칭 플루이드(index matching fluid)를 포함하는 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인덱스 매칭 플루이드는 상기 광섬유와 굴절률이 동일한 액체인 것을 특징으로 하는 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인덱스 매칭 플루이드의 측면에 배치되되 레이저빔이 방출되는 방향으로 무반사 코팅 윈도우를 더 포함하는 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인덱스 매칭 플루이드의 측면에 배치되되 레이저빔이 방출되는 방향으로 렌즈를 더 포함하는 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입사된 레이저빔의 초점 위치와 상기 광섬유를 정렬하기 위한 카메라를 더 포함하는 인덱스 매칭 플루이드를 이용한 고출력 레이저빔 전송장치.
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