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KR20140044601A - High power plused laser device - Google Patents

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KR20140044601A
KR20140044601A KR1020120110764A KR20120110764A KR20140044601A KR 20140044601 A KR20140044601 A KR 20140044601A KR 1020120110764 A KR1020120110764 A KR 1020120110764A KR 20120110764 A KR20120110764 A KR 20120110764A KR 20140044601 A KR20140044601 A KR 20140044601A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
mirror
prism
high power
pulse
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020120110764A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
송동훈
정문연
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020120110764A priority Critical patent/KR20140044601A/en
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Abstract

본 발명은 고출력 펄스 레이저 장치에 관한 것이다. 본 발명의 고출력 펄스 레이저 장치는 펌프 빔을 생성하고, 집진시키는 적어도 두 개의 펌프 레이저들과 상기 펌프 빔에 대응되는 적어도 두 개의 이득 매질들을 포함하고, 두 개의 이득 매질을 통과시킨 레이저 펄스를 출력하는 공진기를 포함한다.The present invention relates to a high power pulsed laser device. The high power pulsed laser device of the present invention includes at least two pump lasers for generating and collecting a pump beam and at least two gain media corresponding to the pump beam, and outputs a laser pulse passed through the two gain media. It includes a resonator.

Figure P1020120110764
Figure P1020120110764

Description

고출력 펄스 레이저 장치{HIGH POWER PLUSED LASER DEVICE}High Power Pulsed Laser Device {HIGH POWER PLUSED LASER DEVICE}

본 발명은 레이저 장치에 관한 것으로, 특히 펄스 에너지를 증가시킨 고출력 펄스 레이저 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser device, and more particularly to a high power pulsed laser device with increased pulse energy.

레이저는 유도 방출에 의해 빛을 증폭 또는 발진한다. 레이저가 최초로 발명된 이후, 레이저는 산업, 의료, 통신, 디스플레이 분야에 활용가전 등 다양한 분야에 활용된다. 또한, 다이오드 레이저의 개발에 따라 고체 레이저가 등장한 이후, 기존의 기체 레이저에서 활용되지 못한 분야로 레이저의 활용과 수요는 확대되었다.The laser amplifies or oscillates light by induced emission. Since the invention of lasers for the first time, lasers have been used in various fields such as home appliances in industrial, medical, communications, and display fields. In addition, since the development of diode lasers, solid-state lasers have emerged, and the use and demand of lasers have been expanded to areas not used in conventional gas lasers.

이로 인해, 산업 분야, 의료분야, 학술 분야, 국방 분야, 및 문화 분야 등으로 레이저의 응용 분야는 매우 광범위하게 넓어지고 있다. 레이저가 다양한 분야에 활용됨에 따라 점차 레이저는 정밀도와 높은 생산성을 필요로 한다. 최근에는 펨토초 레이저(femtosecond laser)가 다양한 분야에서 활용되고 있다. 펨토초 레이저는 아주 짧은 시간(10-15초) 동안 광 에너지가 응집되어 빛을 발산하는 특성을 갖는다. 이로 인해, 펨토초 레이저는 기존의 레이저와 다른 특성을 갖는다.As a result, the field of application of the laser is very broadly extended to the industrial field, the medical field, the academic field, the defense field, and the cultural field. As lasers are used in a variety of applications, they increasingly require precision and high productivity. Recently, femtosecond lasers have been used in various fields. Femtosecond lasers have the property that light energy aggregates and emits light for a very short time ( 10-15 seconds). As a result, femtosecond lasers have different characteristics from conventional lasers.

펨토초 레이저를 활용하는 예를 보면, 레이저 광이 매질에 조사될 때, 열이 매질에 전달될 시간보다 짧은 시간 동안만 조사되므로 기존의 레이저를 이용한 가공 등에서 발생되는 열영향 또는 열변형을 피할 수 있다. 또한, 펨토초 레이저는 매질의 표면 손상없이 그 내부를 가공하는 것이 가능함으로써 정밀하고 미세한 처리를 요구하는 분야, 일예로, 반도체 제조, 전자칩 제조, 및 의료 행위 등에 사용된다. 펨토초 레이저와 같이 고출력의 레이저를 단독으로 출력하는데 한계가 있었다. 이를 위해, 현재 펨토초 레이저는 다중 증폭단을 통해 출력되는 펄스(일예로, 마이크로줄(micro-joule) 펄스 또는 밀리줄(mili-joule) 펄스)를 이용하고 있다. 하지만, 이러한 다중 증폭단을 구성하면 레이저를 구성하기 위한 크기와 비용이 증가한다는 문제점이 있었다.In the example of using a femtosecond laser, when the laser light is irradiated to the medium, the heat is irradiated for only a shorter time than the time for heat to be transferred to the medium, thereby avoiding the heat effect or heat deformation generated in the conventional laser processing. . In addition, femtosecond lasers are capable of processing the inside thereof without damaging the surface of the medium, and thus are used in fields requiring precise and fine processing, for example, semiconductor manufacturing, electronic chip manufacturing, and medical practice. Like femtosecond lasers, there was a limit to outputting a high power laser alone. To this end, femtosecond lasers currently use pulses output through multiple amplifier stages (eg, micro-joule pulses or mili-joule pulses). However, there is a problem in that the size and cost for constructing the laser is increased by configuring such multiple amplifier stages.

본 발명의 목적은 펄스 에너지의 증가를 통해 고출력의 레이저 빔을 발생할 수 있는 고출력 펄스 레이저 장치를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a high power pulsed laser device capable of generating a high power laser beam through an increase in pulse energy.

본 발명의 다른 목적은 다중 증폭단을 필요로 하지 않는 고출력 펄스 레이저 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a high power pulsed laser device that does not require multiple amplifier stages.

본 발명의 또 다른 목적은 크기와 비용이 감소된 고출력 펄스 레이저 장치를 제공함에 있다.It is yet another object of the present invention to provide a high power pulsed laser device with reduced size and cost.

본 발명에 따른 고출력 펄스 레이저 장치는 펌프 빔을 생성하고, 집진시키는 적어도 두 개의 펌프 레이저들, 및 상기 펌프 빔에 대응되는 적어도 두 개의 이득 매질들로부터 레이저 펄스를 생성하는 공진기를 포함하고, 상기 공진기는 상기 적어도 두 개의 이득 매질들을 통과하는 레이저 펄스를 전달하기 위한 곡률 반경을 갖는 곡면 거울들, 전달되는 레이저 펄스의 양의 분산을 보상하기 위한 음의 분산을 적용하는 제 1 및 제 2 프리즘, 상기 곡면 거울들 중 하나에 의해 전달된 레이저 펄스를 상기 제 1 프리즘과 제 2 프리즘을 기준으로 순방향 및 역방향으로 통과하도록 위치한 제 1 반사 거울들, 상기 제 1 프리즘과 상기 제 2 프리즘으로부터 되돌아온 레이저 펄스를 상기 적어도 두 개의 이득 매질들을 순차적으로 통과시켜 상기 곡면 거울들로부터 전달받는 제 2 반사 거울, 및 상기 제 2 반사 거울을 통해 반사된 레이저 펄스를 발진을 통해 출력하는 출력경을 포함한다.The high power pulsed laser device according to the present invention includes at least two pump lasers for generating and collecting a pump beam, and a resonator for generating a laser pulse from at least two gain media corresponding to the pump beam, the resonator Curved mirrors having a radius of curvature for delivering a laser pulse passing through the at least two gain media, first and second prisms for applying a negative dispersion to compensate for the positive dispersion of the laser pulse being transmitted, Laser beams returned from the first reflecting mirrors, the first prism and the second prism positioned to pass the laser pulse transmitted by one of the curved mirrors in the forward and reverse directions relative to the first prism and the second prism; Sequentially passing through the at least two gain media from the curved mirrors It comprises receiving the second reflecting mirror, and an output for outputting through the second oscillation to the laser pulse reflected by the second reflecting mirror path.

본 발명의 고출력 펄스 레이저 장치는 공진기 내부에서 레이저 펄스의 위상을 일치시켜 모드 잠김을 함으로써, 다중 증폭단을 사용하지 않고도 고출력 레이저 펄스를 생성할 수 있다. 또한, 고출력 펄스 레이저 장치는 다중 증폭단을 사용하지 않음에 따라 레이저 장치를 구성함에 있어 크기와 비용이 감소될 수 있다.The high power pulsed laser device of the present invention can generate a high power laser pulse without using multiple amplification stages by locking the mode by matching the phase of the laser pulse inside the resonator. In addition, since the high power pulsed laser device does not use multiple amplifier stages, the size and cost of the laser device may be reduced.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제 1 고출력 펄스 레이저 장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제 2 고출력 펄스 레이저 장치의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제 3 고출력 펄스 레이저 장치의 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 펄스 레이저 장치로부터 획득된 레이저 펄스의 모양을 도시한 그래프, 및
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 펄스 레이저 장치로부터 획득된 스팩트럼을 도시한 그래프이다.1 is a view showing a first high power pulse laser device according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing the structure of a second high power pulse laser device according to an embodiment of the present invention;
3 is a view showing the structure of a third high power pulse laser device according to an embodiment of the present invention;
4 is a graph showing the shape of a laser pulse obtained from a high power pulse laser device according to an embodiment of the present invention, and
5 is a graph showing the spectrum obtained from the high power pulsed laser apparatus according to the embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted in order to avoid obscuring the gist of the present invention.

본 발명에서 제안된 고출력 펄스 레이저 장치는 펨토초 레이저 펄스를 출력할 수 있고, 펨토초 레이저 펄스 이외의 고출력 레이저 펄스 생성에 이용될 수 있다.The high power pulse laser device proposed in the present invention can output femtosecond laser pulses and can be used for generating high power laser pulses other than femtosecond laser pulses.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제 1 고출력 펄스 레이저 장치를 도시한 도면이다.1 is a view showing a first high power pulse laser device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)는 펌핑 소스(101)와 공진기(102)로 구분될 수도 있다. 이때, 펌핑 소스(101)는 펌프 레이저(110)와 집속 렌즈(120)를 포함한다. 공진기(102)는 이득 매질(130), 곡면 거울들(141, 142), 반사 거울들(151, 152, 153), 프리즘들(161, 162), 및 출력경(출력 커플러(output coupler))(170)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the first high power pulsed laser device 100 may be divided into a pumping source 101 and a resonator 102. In this case, the pumping source 101 includes a pump laser 110 and a focusing lens 120. The resonator 102 includes a gain medium 130, curved mirrors 141, 142, reflective mirrors 151, 152, 153, prisms 161, 162, and an output mirror (output coupler). And 170.

여기서, 펌핑 소스(101)는 공진기(102) 내부의 이득 매질(130)을 여기시키기 위한 에너지원으로 동작하고, 공진기(102)는 이득 매질(130)에 의해 생성된 레이저를 모으고 증폭하여 출력한다.Here, the pumping source 101 operates as an energy source for exciting the gain medium 130 inside the resonator 102, and the resonator 102 collects, amplifies, and outputs the laser generated by the gain medium 130. .

펌프 레이저(110)는 펌프 빔을 생성한다. 펌프 레이저(110)는 Nd:YAG(neodymium-doped yttrium aluminum garnet) 레이저, Nd:YVO4(Neodymium-doped yttrium orthovanadate) 레이저, 및 다이오드(diode) 레이저 등의 연속파(continuous wave) 레이저를 포함한다. 펌프 레이저(110)는 펌프 빔을 집속 렌즈(120)로 출력한다.Pump laser 110 generates a pump beam. The pump laser 110 includes a continuous wave laser such as a Nd: YAG (neodymium-doped yttrium aluminum garnet) laser, a Nd: YVO 4 (Neodymium-doped yttrium orthovanadate) laser, and a diode laser. The pump laser 110 outputs the pump beam to the focusing lens 120.

집속 렌즈(120)는 펌프 빔을 집속(convergence)하여 이득 매질(130)로 전달한다.The focusing lens 120 converges the pump beam and delivers it to the gain medium 130.

이득 매질(130)은 집속 렌즈(120)를 통해 전달된 펌프 빔에 의해 여기(excited)된다. 즉, 펌프 빔은 이득 매질(130)을 여기시킨다(a1). 이득 매질(130)은 티탄 사파이어 크리스탈(Ti:sapphire crystal), 크롬 포스테라이트 크리스탈(Cr:forsterite crystal), Nd:YVO4 등을 포함할 수 있다. 여기서, 이득 매질(130)을 통과한 레이저 펄스는 제 1 곡면 거울(141)로 전달된다.The gain medium 130 is excited by the pump beam transmitted through the focusing lens 120. That is, the pump beam excites the gain medium 130 (a1). The gain medium 130 may include titanium sapphire crystal (Ti: sapphire crystal), chromium forsterite crystal (Cr: forsterite crystal), Nd: YVO 4, or the like. Here, the laser pulse passing through the gain medium 130 is transmitted to the first curved mirror 141.

우선, 제 1 곡면 거울(141)은 전달받은 레이저 펄스를 반사시켜 제 1 반사 거울(151)로 전달한다(a2). 또한, 제 1 곡면 거울(141)은 제 1 반사 거울(151)을 통해 되돌아온 레이저 펄스(제 2 반사 거울(152)을 거쳐 되돌아온 레이저 펄스)를 이득 매질(130)을 통해 제 2 곡면 거울(142)로 전달한다(a10).First, the first curved mirror 141 reflects the received laser pulse and transmits the reflected laser pulse to the first reflective mirror 151 (a2). In addition, the first curved mirror 141 receives the laser pulse (the laser pulse returned through the second reflective mirror 152) returned through the first reflective mirror 151 through the gain medium 130 and the second curved mirror 142. (A10).

제 1 반사 거울(151)은 제 1 곡면 거울(141)로부터의 레이저 펄스를 제 1 프리즘(161)으로 전달한다(a3). 또한, 제 1 반사 거울(151)은 제 1 프리즘(161)로부터 되돌아온 레이저 펄스를 제 1 곡면 거울(141)로 전달한다(a9).The first reflection mirror 151 transmits the laser pulse from the first curved mirror 141 to the first prism 161 (a3). In addition, the first reflection mirror 151 transmits the laser pulse returned from the first prism 161 to the first curved mirror 141 (a9).

제 1 프리즘(161)은 제 1 반사 거울(151)로부터 전달된 레이저 펄스를 제 2 프리즘(162)으로 전달한다(a4). 또한, 제 1 프리즘(161)은 제 2 프리즘(162)으로부터 되돌아온 레이저 펄스를 제 1 반사 거울(151)로 전달한다(a8).The first prism 161 transmits the laser pulse transmitted from the first reflection mirror 151 to the second prism 162 (a4). In addition, the first prism 161 transmits the laser pulse returned from the second prism 162 to the first reflection mirror 151 (a8).

제 2 프리즘(162)은 제 1 프리즘(161)으로부터 전달된 레이저 펄스를 제 2 반사 거울(152)로 전달한다(a5). 또한, 제 2 프리즘(162)은 제 2 반사 거울(152)로부터 반사된 레이저 펄스를 제 1 프리즘(161)으로 전달한다(a7).The second prism 162 transmits the laser pulse transmitted from the first prism 161 to the second reflection mirror 152 (a5). In addition, the second prism 162 transmits the laser pulse reflected from the second reflection mirror 152 to the first prism 161 (a7).

여기서, 제 1 프리즘(161)과 제 2 프리즘(162)은 공진기(102) 내부(일예로, 이득 매질(130)과 공기)에서 발생된 양의 분산을 보상한다. 제 1 프리즘(161)과 제 2 프리즘(162)은 레이저 펄스에 음의 분산을 적용할 수 있다. 또한, 제 1 프리즘(161)과 제 2 프리즘(162) 대신에 처프 거울(chirped mirror)을 포함할 수도 있다.Here, the first prism 161 and the second prism 162 compensate for the dispersion of the amount generated in the resonator 102 (eg, the gain medium 130 and the air). The first prism 161 and the second prism 162 may apply negative dispersion to the laser pulse. In addition, a chirped mirror may be included in place of the first prism 161 and the second prism 162.

제 2 반사 거울(152)은 제 2 프리즘(162)으로부터 레이저 펄스를 전달받고, 전달받은 레이저 펄스를 제 2 프리즘(162)으로 전달한다(a6).The second reflection mirror 152 receives the laser pulse from the second prism 162 and transmits the received laser pulse to the second prism 162 (a6).

다음으로, 제 2 곡면 거울(142)은 제 1 곡면 거울(141)로부터 전달된 레이저 펄스를 반사시켜 제 3 반사 거울(153)로 전달한다(a11).Next, the second curved mirror 142 reflects the laser pulse transmitted from the first curved mirror 141 and transmits the reflected laser pulse to the third reflective mirror 153 (a11).

이를 위해, 제 1 곡면 거울(141)과 제 2 곡면 거울(142)은 레이저의 집속을 위한 곡률 반경을 가질 수 있으며, 제 2 곡면 거울(142)은 이득 매질(130)의 반대편으로부터 출력되는 레이저 빔을 통과시켜 이득 매질(130)로 전달한다. 제 1 곡면 거울(141)과 제 2 곡면 거울(142)은 이색성의 다이크로익 미러(Dichroic mirror)로 구성될 수 있다.To this end, the first curved mirror 141 and the second curved mirror 142 may have a radius of curvature for focusing the laser, the second curved mirror 142 is a laser output from the opposite side of the gain medium 130 Passes the beam to the gain medium 130. The first curved mirror 141 and the second curved mirror 142 may be configured as a dichroic dichroic mirror.

제 3 반사 거울(153)은 제 2 곡면 거울(142)로부터 전달된 레이저 펄스를 출력경(170)으로 전달한다(a12).The third reflection mirror 153 transmits the laser pulse transmitted from the second curved mirror 142 to the output mirror 170 (a12).

출력경(170)은 제 3 반사 거울(153)로부터 출력된 레이저 펄스를 레이저 발진을 통해 출력한다.The output mirror 170 outputs the laser pulse output from the third reflection mirror 153 through laser oscillation.

여기서, 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)는 프리즘(161, 162)과 반사 거울들(151, 152, 153) 중에서 적어도 하나에 요동을 주는 요동 제공기(미도시)를 추가로 포함한다.Here, the first high power pulsed laser device 100 further includes a swing provider (not shown) that swings at least one of the prisms 161 and 162 and the reflective mirrors 151, 152 and 153.

여기서, 요동 제공기에 의해 요동이 제공되면, 공진기(102)는 내부에서 고유 모드(eigen mode)가 일시적으로 크게 바뀌면서 3차 비선형 광학적 커(Kerr) 효과가 발생한다. 이로 인해, 자가 위상 변조(self phase modulation), 자가 진폭 변조(self amplitude modulation), 및 음의 분산 등이 서로 간에 영향을 줌으로서 공진기(102)는 내부에서 모드의 위상 일치를 통해 모드 잠김 현상이 발생한다. 이와 같은 공진기(102) 내부의 모드 잠김을 커 렌즈 모드 잠김이라고 한다.Here, when the oscillation is provided by the oscillation provider, the resonator 102 has a third nonlinear optical Kerr effect as the eigen mode is temporarily changed largely therein. As a result, self phase modulation, self amplitude modulation, and negative dispersion influence each other, such that the resonator 102 has a mode locking phenomenon through phase matching of modes within. Occurs. Such mode locking in the resonator 102 is referred to as lens mode locking.

한편, 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)에서 이득 매질(130)로 제공되는 레이저 빔의 가운데 부분(중앙)이 가장자리에 비해 강한 빔의 세기를 갖는다. 이로 인해, 레이저 빔은 이득 매질(130)을 투과할 때, 레이저 빔의 가장 자리보다 레이저 빔의 가운데 부분의 통과 시간이 오래 걸린다. 이로 인해, 레이저 빔을 투과하는 이득 매질(130)은 볼록 렌즈와 같은 역할을 한다. 레이저 빔의 세기가 강한 부분은 약한 부분보다 강하게 집속된다.Meanwhile, the center portion (center) of the laser beam provided to the gain medium 130 in the first high power pulsed laser device 100 has a stronger beam intensity than the edge. Because of this, when the laser beam passes through the gain medium 130, the transit time of the center portion of the laser beam takes longer than the edge of the laser beam. As a result, the gain medium 130 that transmits the laser beam acts as a convex lens. The part where the intensity of the laser beam is strong is concentrated more strongly than the weak part.

첫 번째로, 이득 매질 주변에 조리개를 추가하여 레이저 빔이 약한 가장 자리 부분을 가려줄 수 있다. 이때, 이득 매질(130)을 투과한 레이저 빔의 가운데 부분 즉, 중앙 부분만이 공진기(102) 내부에서 이득을 얻음으로 펨토초 펄스가 생성된다. 이와 같이 고출력 펄스 레이저를 생성하는 모드 잠김 방식을 하드 어퍼쳐(hard aperture) 모드 잠김이라고 한다.First, an aperture can be added around the gain medium to cover the weak edges of the laser beam. At this time, only the center portion of the laser beam transmitted through the gain medium 130, that is, the central portion, gains gain inside the resonator 102, thereby generating femtosecond pulses. Such a mode locking method for generating a high power pulsed laser is called hard aperture mode locking.

두 번째로, 조리개의 역할을 펌프 레이저(110)에서 수행하도록 하는 경우, 즉, 펌프 레이저(110)가 레이저 빔의 가운데 부분만을 출력하도록 한다. 이와 같이, 펌프 레이저(110)를 통해 레이저 빔의 세기가 강한 가운데 부분을 출력하는 모드 잠김 방식을 소프트 어퍼쳐(soft aperture) 모드 잠김이라 한다.Secondly, when the pump laser 110 performs the role of the aperture, that is, the pump laser 110 outputs only the center portion of the laser beam. As such, the mode locking method for outputting the central portion of the laser beam with the strong intensity through the pump laser 110 is referred to as soft aperture mode locking.

세 번째로, 수동 포화 흡수체(saturable bragg reflector) 거울을 사용하여 모드 잠김을 할 수 있다. 이는 포화 흡수체의 특성을 이용하여 모드 잠김을 하는 방식이다.Third, mode lock can be achieved using a passive saturable bragg reflector mirror. This is a mode locking method using the characteristics of the saturated absorber.

이와 같은 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)는 자가 위상 변조와 열렌즈 현상에 의해 레이저 펄스의 출력이 감소할 수 있다. 다음으로, 이러한 비선형 현상과 열렌즈 현상을 감소시키고, 커 렌즈 모드 잠김 조건이 유지되는 고출력 펄스 레이저 장치들의 구조를 도 2와 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.The first high power pulsed laser device 100 may reduce the output of the laser pulse by self phase modulation and thermal lens phenomenon. Next, the structure of the high power pulsed laser devices that reduce the nonlinear phenomenon and the thermal lens phenomenon and maintain the Kerr lens mode locking condition will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제 2 고출력 펄스 레이저 장치의 구조를 도시한 도면이다.2 is a view showing the structure of a second high power pulse laser device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 제 2 고출력 펄스 레이저 장치(200)는 펌핑 소스들(201, 202)과 공진기(203)로 구분될 수도 있다.Referring to FIG. 2, the second high power pulsed laser device 200 may be divided into pumping sources 201 and 202 and a resonator 203.

이때, 제 1 펌핑 소스(201)는 제 1 펌프 레이저(211)와 제 2 집속 렌즈(221)를 포함한다. 제 2 펌핑 소스(202)는 제 2 펌프 레이저(212)와 제 2 집속 렌즈(222)를 포함한다. 공진기(203)는 이득 매질들(231, 232), 곡면 거울들(241, 242, 243, 244), 반사 거울들(251, 252, 253), 프리즘들(261, 262), 및 출력경(출력 커플러(output coupler))(270)을 포함한다.In this case, the first pumping source 201 includes a first pump laser 211 and a second focusing lens 221. The second pumping source 202 includes a second pump laser 212 and a second focusing lens 222. The resonator 203 includes gain media 231, 232, curved mirrors 241, 242, 243, 244, reflective mirrors 251, 252, 253, prisms 261, 262, and an output mirror ( Output coupler 270.

여기서, 펌핑 소스들(201, 202)은 공진기 내부의 이득 매질들(231, 232)을 여기시키기 위한 에너지원으로 동작하고, 공진기(203)는 이득 매질들(231, 232)에 의해 생성된 레이저를 모으고 증폭하여 출력한다.Here, the pumping sources 201 and 202 operate as an energy source for exciting the gain media 231 and 232 inside the resonator, and the resonator 203 is a laser generated by the gain media 231 and 232. Collect, amplify and output.

펌프 레이저(211, 212)들은 펌프 빔을 생성한다. 펌프 레이저들(211, 212)은 Nd:YAG 레이저, Nd:YVO4 레이저, 및 다이오드 레이저 등의 연속파 레이저를 포함한다. 펌프 레이저들(211, 212)은 펌프 빔을 집속 렌즈들(221, 222)로 출력한다.Pump lasers 211 and 212 generate a pump beam. The pump lasers 211 and 212 include continuous wave lasers such as Nd: YAG lasers, Nd: YVO 4 lasers, and diode lasers. The pump lasers 211, 212 output the pump beam to the focusing lenses 221, 222.

여기서, 제 1 집속 렌즈(221)는 제 1 펌프 레이저(211)로부터의 제 1 펌프 빔을 집속(convergence)하여 제 1 이득 매질(231)로 전달한다.Here, the first focusing lens 221 converges the first pump beam from the first pump laser 211 and transmits it to the first gain medium 231.

제 1 이득 매질(231)은 집속 렌즈(221)를 통해 전달된 제 1 펌프 빔에 의해 여기(excited)된다. 즉, 제 1 펌프 빔은 제 1 이득 매질(231)을 여기시킨다(b1). 여기서, 제 1 이득 매질(231)을 통과한 레이저 펄스는 제 1 곡면 거울(241)로 전달된다.The first gain medium 231 is excited by the first pump beam transmitted through the focusing lens 221. That is, the first pump beam excites the first gain medium 231 (b1). Here, the laser pulse passing through the first gain medium 231 is transmitted to the first curved mirror 241.

우선, 제 1 곡면 거울(241)은 전달받은 레이저 펄스를 반사시켜 제 1 반사 거울(251)로 전달한다(b2). 또한, 제 1 곡면 거울(241)은 제 1 반사 거울(251)을 통해 되돌아온 레이저 펄스(제 2 반사 거울(252)을 거쳐 되돌아온 레이저 펄스)를 제 1 이득 매질(230)을 통해 제 2 곡면 거울(142)로 전달한다(b10).First, the first curved mirror 241 reflects the received laser pulse and transmits the reflected laser pulse to the first reflective mirror 251 (b2). The first curved mirror 241 also receives the laser pulse returned through the first reflective mirror 251 (the laser pulse returned through the second reflective mirror 252) through the first gain medium 230 through the second curved mirror. And transmits to 142 (b10).

제 1 반사 거울(251)은 제 1 곡면 거울(241)로부터의 레이저 펄스를 제 1 프리즘(261)으로 전달한다(b3). 또한, 제 1 반사 거울(251)은 제 1 프리즘(261)로부터 되돌아온 레이저 펄스를 제 1 곡면 거울(241)로 전달한다(b9).The first reflecting mirror 251 transmits the laser pulse from the first curved mirror 241 to the first prism 261 (b3). In addition, the first reflection mirror 251 transmits the laser pulse returned from the first prism 261 to the first curved mirror 241 (b9).

제 1 프리즘(261)은 제 1 반사 거울(251)로부터 전달된 레이저 펄스를 제 2 프리즘(262)으로 전달한다(a4). 또한, 제 1 프리즘(261)은 제 2 프리즘(262)으로부터 되돌아온 레이저 펄스를 제 1 반사 거울(251)로 전달한다(b8).The first prism 261 transmits the laser pulse transmitted from the first reflection mirror 251 to the second prism 262 (a4). In addition, the first prism 261 transmits the laser pulse returned from the second prism 262 to the first reflection mirror 251 (b8).

제 2 프리즘(262)은 제 1 프리즘(261)으로부터 전달된 레이저 펄스를 제 2 반사 거울(252)로 전달한다(b5). 또한, 제 2 프리즘(263)은 제 2 반사 거울(252)로부터 반사된 레이저 펄스를 제 1 프리즘(261)으로 전달한다(b7).The second prism 262 transmits the laser pulse transmitted from the first prism 261 to the second reflection mirror 252 (b5). In addition, the second prism 263 transmits the laser pulse reflected from the second reflection mirror 252 to the first prism 261 (b7).

여기서, 제 1 프리즘(261)과 제 2 프리즘(262)은 공진기(203) 내부(일예로, 제 1 이득 매질들(231, 232)과 공기)에서 발생된 양의 분산을 보상한다. 제 1 프리즘(261)과 제 2 프리즘(262)은 레이저 펄스에 음의 분산을 적용할 수 있다. 또한, 제 1 프리즘(261)과 제 2 프리즘(262) 대신에 처프 거울(chirped mirror)을 포함할 수도 있다.Here, the first prism 261 and the second prism 262 compensate for the dispersion of the amount generated in the resonator 203 (eg, the first gain media 231, 232 and air). The first prism 261 and the second prism 262 may apply negative dispersion to the laser pulse. In addition, a chirped mirror may be included in place of the first prism 261 and the second prism 262.

제 2 반사 거울(252)은 제 2 프리즘(262)으로부터 레이저 펄스를 전달받고, 전달받은 레이저 펄스를 제 2 프리즘(262)으로 전달한다(b6).The second reflection mirror 252 receives the laser pulse from the second prism 262 and transmits the received laser pulse to the second prism 262 (b6).

다음으로, 제 2 곡면 거울(242)은 제 1 곡면 거울(241)로부터 전달된 레이저 펄스를 반사시켜 제 3 곡면 거울(243)로 전달한다(b11).Next, the second curved mirror 242 reflects the laser pulse transmitted from the first curved mirror 241 and transmits it to the third curved mirror 243 (b11).

제 3 곡면 거울(243)은 제 2 곡면 거울(242)로부터 전달된 레이저 펄스를 반사시켜 제 2 이득 매질(232)로 전달한다.The third curved mirror 243 reflects the laser pulse transmitted from the second curved mirror 242 to the second gain medium 232.

또한, 제 2 집속 렌즈(222)는 제 2 펌프 레이저(212)로부터의 펌프 빔을 집속하여 제 2 이득 매질(232)로 전달한다.The second focusing lens 222 also focuses the pump beam from the second pump laser 212 and delivers it to the second gain medium 232.

제 2 이득 매질(232)은 제 2 집속 렌즈(222)를 통해 전달된 제 2 펌프 빔에 의해 제 2 이득 매질(232)를 여기시킨다. 제 3 곡면 거울(243)로부터 반사된 레이저 펄스는 여기된 제 2 이득 매질(232)를 통과하면서 이득을 얻어 증폭된다(b12). 여기서, 제 2 이득 매질(232)을 통과한 레이저 펄스는 제 4 곡면 거울(244)로 전달된다.The second gain medium 232 excites the second gain medium 232 by a second pump beam transmitted through the second focusing lens 222. The laser pulse reflected from the third curved mirror 243 is gained and amplified by passing through the excited second gain medium 232 (b12). Here, the laser pulse passing through the second gain medium 232 is transmitted to the fourth curved mirror 244.

한편, 제 1 이득 매질(231)과 제 2 이득 매질(232)은 티탄 사파이어 크리스탈, 크롬 포스테라이트 크리스탈, Nd:YVO4 등을 포함할 수 있다.Meanwhile, the first gain medium 231 and the second gain medium 232 may include titanium sapphire crystal, chromium forsterite crystal, Nd: YVO 4, or the like.

제 4 곡면 거울(244)은 제 2 이득 매질(232)을 통과한 레이저 펄스를 반사시켜 제 3 반사 거울(253)로 전달한다(b13).The fourth curved mirror 244 reflects the laser pulse passing through the second gain medium 232 to the third reflective mirror 253 (b13).

또한, 곡면 거울들(241, 242, 243, 244)은 레이저의 집속을 위한 곡률 반경을 가질 수 있으며, 제 2 곡면 거울(242)과 제 3 곡면 거울(243)은 이득 매질(231, 232)의 반대편으로부터 출력되는 레이저 빔을 통과시켜 이득 매질(231, 232)로 전달한다. 곡면 거울들(241, 242, 243, 244)은 이색성의 다이크로익 미러로 구성될 수 있다.In addition, the curved mirrors 241, 242, 243, 244 may have a radius of curvature for focusing the laser, and the second curved mirror 242 and the third curved mirror 243 may have a gain medium 231, 232. It passes through the laser beam output from the opposite side of the transfer to the gain medium (231, 232). Curved mirrors 241, 242, 243, 244 may be configured as dichroic dichroic mirrors.

제 3 반사 거울(253)은 제 4 곡면 거울(244)로부터 전달된 레이저 펄스를 출력경(270)으로 전달한다(b14).The third reflective mirror 253 transmits the laser pulse transmitted from the fourth curved mirror 244 to the output mirror 270 (b14).

출력경(270)은 제 3 반사 거울(253)로부터 출력된 레이저 펄스를 레이저 발진을 통해 출력한다.The output mirror 270 outputs the laser pulse output from the third reflection mirror 253 through laser oscillation.

여기서, 제 2 고출력 펄스 레이저 장치(200)는 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)와 같이 프리즘(261, 262)과 반사 거울들(251, 252, 253) 중에서 적어도 하나에 요동을 주는 요동 제공기(미도시)를 추가로 포함한다. 요동 제공기에 의해 커 렌즈 모드 잠김이 유지될 수 있다.Here, the second high power pulse laser device 200 is a fluctuation provider that oscillates at least one of the prisms 261 and 262 and the reflection mirrors 251, 252, and 253 like the first high power pulse laser device 100. (Not shown) further. Kerr mode lockout can be maintained by the oscillation provider.

제 1 펌프 레이저(211)를 계속적으로 동작시켜, 펄스 빔이 임계값(또는, 문턱값)을 넘게 되면 제 1 이득 매질(231) 내의 자가 위상 변조와 열렌즈 현상에 의해 레이저 출력이 현저히 감소되거나 정체될 수 있다. 이는 펌프 레이저의 출력을 올려도 더 이상 레이저 출력이 올라가지 않음을 의미한다.By continuously operating the first pump laser 211, when the pulsed beam crosses a threshold (or threshold), the laser output is significantly reduced due to self phase modulation and thermal lens phenomena in the first gain medium 231. Can be stagnant. This means that raising the output of the pump laser no longer raises the laser power.

또한, 자가 위상 변조가 음의 분산으로 보상 가능한 한계값을 넘어서게 되면 다중 펄싱(double, triple, 및 quadruple pulses 등의 혼돈 행동(chaotic)), 즉 비정상적인 펄스가 발생하게 된다. 이러한 다중 펄싱은 고출력 펄스 레이저 장치의 펄스 에너지를 현저하게 떨어트릴 수 있다.In addition, when self-phase modulation exceeds a threshold that can be compensated for negative dispersion, chaotic behavior such as double, triple, and quadruple pulses, or abnormal pulses, may occur. Such multiple pulsing can significantly reduce the pulse energy of a high power pulsed laser device.

이를 방지하기 위해, 제 2 고출력 펄스 레이저 장치(200)는 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100) 대비 펌프 레이저(212)와 집속 렌즈(222)를 포함한 제 2 펌핑 소스(202)를 추가로 포함한다. 또한, 공진기(203)에서 제 2 이득 매질(232), 곡면 거울들(243, 244)을 추가로 포함한다. 여기서, 곡면 거울들(243, 244) 각각은 공초점 곡률 거울로 구성될 수 있다.To prevent this, the second high power pulse laser device 200 further includes a second pumping source 202 including the pump laser 212 and the focusing lens 222 compared to the first high power pulse laser device 100. . The resonator 203 further includes a second gain medium 232, curved mirrors 243, 244. Here, each of the curved mirrors 243 and 244 may be configured as a confocal curvature mirror.

제 2 고출력 펄스 레이저 장치(200)는 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)와 유사한 구조를 갖지만, 제 2 펌핑 소스(202)를 추가로 포함하고, 공진기(203) 내부에 제 2 이득 매질(231)과 곡면 거울들(243, 244)을 추가로 포함함으로서, 레이저 펄스의 생성 시 발생되는 비선형 현상을 분산시킬 수 있다.The second high power pulsed laser device 200 has a structure similar to the first high power pulsed laser device 100, but further includes a second pumping source 202, and a second gain medium 231 inside the resonator 203. ) And curved mirrors 243 and 244, thereby dispersing the non-linear phenomena generated during the generation of the laser pulse.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제 3 고출력 펄스 레이저 장치의 구조를 도시한 도면이다.3 is a view showing the structure of a third high power pulse laser device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 제 3 고출력 펄스 레이저 장치(300)는 펌핑 소스들(301, 302, 303)과 공진기(304)로 구분될 수도 있다.Referring to FIG. 3, the third high power pulse laser apparatus 300 may be divided into pumping sources 301, 302, and 303 and a resonator 304.

이때, 제 1 펌핑 소스(301)는 제 1 펌프 레이저(311)와 제 1 집속 렌즈(321)를 포함한다. 제 2 펌핑 소스(302)는 제 2 펌프 레이저(312)와 제 2 집속 렌즈(322)를 포함한다. 제 3 펌핑 소스(303)는 제 3 펌프 레이저(313)와 제 3 집속 렌즈(323)를 포함한다. 공진기(303)는 이득 매질들(331, 332, 333), 곡면 거울들(341, 342, 343, 344, 345, 346), 반사 거울들(351, 352, 353, 354, 355), 프리즘들(361, 362), 및 출력경(출력 커플러(output coupler))(370)을 포함한다.In this case, the first pumping source 301 includes a first pump laser 311 and a first focusing lens 321. The second pumping source 302 includes a second pump laser 312 and a second focusing lens 322. The third pumping source 303 includes a third pump laser 313 and a third focusing lens 323. The resonator 303 includes gain media 331, 332, 333, curved mirrors 341, 342, 343, 344, 345, 346, reflective mirrors 351, 352, 353, 354, 355, prisms 361 and 362, and an output mirror (output coupler) 370.

여기서, 펌핑 소스들(301, 302, 303)은 공진기 내부의 이득 매질들(331, 332, 333)을 여기시키기 위한 에너지원으로 동작하고, 공진기(303)는 이득 매질들(331, 332, 333)에 의해 생성된 레이저를 모으고 증폭하여 출력한다.Here, the pumping sources 301, 302, 303 operate as an energy source to excite the gain media 331, 332, 333 inside the resonator, and the resonator 303 operates on the gain media 331, 332, 333. The laser generated by) is collected, amplified and output.

펌프 레이저들(311, 312, 313)은 펌프 빔을 생성한다. 펌프 레이저들(311, 312, 313)은 Nd:YAG 레이저, Nd:YVO4 레이저, 및 다이오드 레이저 등의 연속파 레이저를 포함한다. 펌프 레이저들(311, 312, 313)은 펌프 빔을 집속 렌즈들(321, 322, 323)로 출력한다.Pump lasers 311, 312, 313 generate a pump beam. Pump lasers 311, 312, 313 include continuous wave lasers, such as Nd: YAG lasers, Nd: YVO 4 lasers, and diode lasers. The pump lasers 311, 312, 313 output the pump beam to the focusing lenses 321, 322, 323.

여기서, 제 1 집속 렌즈(321)는 제 1 펌프 레이저(311)로부터의 제 1 펌프 빔을 집속(convergence)하여 제 1 이득 매질(331)로 전달한다.Here, the first focusing lens 321 converges the first pump beam from the first pump laser 311 and transmits it to the first gain medium 331.

제 1 이득 매질(331)은 집속 렌즈(321)를 통해 전달된 제 1 펌프 빔에 의해 여기(excited)된다. 즉, 제 1 펌프 빔은 제 1 이득 매질(331)을 여기시킨다(c1). 여기서, 제 1 이득 매질(331)을 통과한 레이저 펄스는 제 1 곡면 거울(341)로 전달된다.The first gain medium 331 is excited by the first pump beam transmitted through the focusing lens 321. That is, the first pump beam excites the first gain medium 331 (c1). Here, the laser pulse passing through the first gain medium 331 is transmitted to the first curved mirror 341.

우선, 제 1 곡면 거울(341)은 전달받은 레이저 펄스를 반사시켜 제 1 반사 거울(351)로 전달한다(c2). 또한, 제 1 곡면 거울(341)은 제 1 반사 거울(351)을 통해 되돌아온 레이저 펄스(제 2 반사 거울(352)을 거쳐 되돌아온 레이저 펄스)를 제 1 이득 매질(330)을 통해 제 2 곡면 거울(342)로 전달한다(c10).First, the first curved mirror 341 reflects the received laser pulse and transmits the reflected laser pulse to the first reflective mirror 351 (c2). The first curved mirror 341 also receives a laser pulse returned through the first reflecting mirror 351 (laser pulse returned through the second reflecting mirror 352) through the first gain medium 330 to the second curved mirror. Forwarded to 342 (c10).

제 1 반사 거울(351)은 제 1 곡면 거울(341)로부터의 레이저 펄스를 제 1 프리즘(361)으로 전달한다(c3). 또한, 제 1 반사 거울(351)은 제 1 프리즘(361)로부터 되돌아온 레이저 펄스를 제 1 곡면 거울(341)로 전달한다(c9).The first reflection mirror 351 transmits the laser pulse from the first curved mirror 341 to the first prism 361 (c3). In addition, the first reflection mirror 351 transmits the laser pulse returned from the first prism 361 to the first curved mirror 341 (c9).

제 1 프리즘(361)은 제 1 반사 거울(351)로부터 전달된 레이저 펄스를 제 2 프리즘(362)으로 전달한다(c4). 또한, 제 1 프리즘(361)은 제 2 프리즘(362)으로부터 되돌아온 레이저 펄스를 제 1 반사 거울(351)로 전달한다(c8).The first prism 361 transmits the laser pulse transmitted from the first reflection mirror 351 to the second prism 362 (c4). In addition, the first prism 361 transmits the laser pulse returned from the second prism 362 to the first reflection mirror 351 (c8).

제 2 프리즘(362)은 제 1 프리즘(361)으로부터 전달된 레이저 펄스를 제 2 반사 거울(352)로 전달한다(c5). 또한, 제 2 프리즘(363)은 제 2 반사 거울(352)로부터 반사된 레이저 펄스를 제 1 프리즘(361)으로 전달한다(c7).The second prism 362 transmits the laser pulse transmitted from the first prism 361 to the second reflection mirror 352 (c5). In addition, the second prism 363 transmits the laser pulse reflected from the second reflection mirror 352 to the first prism 361 (c7).

여기서, 제 1 프리즘(361)과 제 2 프리즘(362)은 공진기(304) 내부(일예로, 제 1 이득 매질들(331, 332, 333)과 공기)에서 발생된 양의 분산을 보상한다. 제 1 프리즘(361)과 제 2 프리즘(362)은 레이저 펄스에 음의 분산을 적용할 수 있다. 또한, 제 1 프리즘(361)과 제 2 프리즘(362) 대신에 처프 거울(chirped mirror)을 포함할 수도 있다.Here, the first prism 361 and the second prism 362 compensate for the dispersion of the amount generated in the resonator 304 (eg, the first gain media 331, 332, 333 and air). The first prism 361 and the second prism 362 may apply negative dispersion to the laser pulse. In addition, a chirped mirror may be included in place of the first prism 361 and the second prism 362.

제 2 반사 거울(352)은 제 2 프리즘(362)으로부터 레이저 펄스를 전달받고, 전달받은 레이저 펄스를 제 2 프리즘(362)으로 전달한다(c6).The second reflecting mirror 352 receives the laser pulse from the second prism 362 and transmits the received laser pulse to the second prism 362 (c6).

다음으로, 제 2 곡면 거울(342)은 제 1 곡면 거울(341)로부터 전달된 레이저 펄스를 반사시켜 제 3 곡면 거울(343)로 전달한다(c11).Next, the second curved mirror 342 reflects the laser pulse transmitted from the first curved mirror 341 to the third curved mirror 343 (c11).

제 3 곡면 거울(343)은 제 2 곡면 거울(342)로부터 전달된 레이저 펄스를 반사시켜 제 2 이득 매질(332)로 전달한다.The third curved mirror 343 reflects the laser pulse transmitted from the second curved mirror 342 and delivers it to the second gain medium 332.

또한, 제 2 집속 렌즈(322)는 제 2 펌프 레이저(312)로부터의 펌프 빔을 집속하여 제 2 이득 매질(332)로 전달한다.In addition, the second focusing lens 322 focuses the pump beam from the second pump laser 312 and delivers it to the second gain medium 332.

제 2 이득 매질(332)은 제 2 집속 렌즈(322)를 통해 전달된 제 2 펌프 빔에 의해 제 2 이득 매질(332)을 여기시킨다. 제 3 곡면 거울(343)로부터 반사된 레이저 펄스는 여기된 제 2 이득 매질을 통과하면서 이득을 얻어 증폭된다(c12). 여기서, 제 2 이득 매질(332)을 통과한 레이저 펄스는 제 4 곡면 거울(344)로 전달된다.The second gain medium 332 excites the second gain medium 332 by a second pump beam transmitted through the second focusing lens 322. The laser pulse reflected from the third curved mirror 343 is gained and amplified while passing through the excited second gain medium (c12). Here, the laser pulse passing through the second gain medium 332 is transmitted to the fourth curved mirror 344.

제 4 곡면 거울(344)은 제 2 이득 매질(332)을 통과한 레이저 펄스를 반사시켜 제 5 곡면 거울(345)로 전달한다(c13).The fourth curved mirror 344 reflects the laser pulse passing through the second gain medium 332 to the fifth curved mirror 345 (c13).

제 5 곡면 거울(345)은 제 4 곡면 거울(344)로부터 전달된 레이저 펄스를 반사시켜 제 3 이득 매질(333)로 전달한다.The fifth curved mirror 345 reflects the laser pulse transmitted from the fourth curved mirror 344 and transmits it to the third gain medium 333.

또한, 제 3 집속 렌즈(323)는 제 3 펌프 레이저(313)로부터의 펌프 빔을 집속하여 제 3 이득 매질(333)로 전달한다.In addition, the third focusing lens 323 focuses the pump beam from the third pump laser 313 and delivers it to the third gain medium 333.

제 3 이득 매질(333)은 제 3 집속 렌즈(323)를 통해 전달된 제 3 펌프 빔에 의해 제 3 이득 매질(333)을 여기시킨다. 제 5 곡면 거울(345)로부터 반사된 레이저 펄스는 여기된 제 2 이득 매질을 통과하면서 이득을 얻어 증폭된다(c14). 여기서, 제 3 이득 매질(333)을 통과한 레이저 펄스는 제 6 곡면 거울(346)로 전달된다.The third gain medium 333 excites the third gain medium 333 by the third pump beam transmitted through the third focusing lens 323. The laser pulse reflected from the fifth curved mirror 345 is gained and amplified while passing through the excited second gain medium (c14). Here, the laser pulse passing through the third gain medium 333 is transmitted to the sixth curved mirror 346.

한편, 이득 매질들(331, 332, 333)은 티탄 사파이어 크리스탈, 크롬 포스테라이트 크리스탈, Nd:YVO4 등을 포함할 수 있다.Meanwhile, the gain media 331, 332, and 333 may include titanium sapphire crystal, chromium forsterite crystal, Nd: YVO 4, or the like.

제 6 곡면 거울(346)은 제 3 이득 매질(333)을 통과한 레이저 펄스를 반사시켜 제 3 반사 거울(353)로 전달한다(c15).The sixth curved mirror 346 reflects the laser pulse passing through the third gain medium 333 to the third reflective mirror 353 (c15).

또한, 곡면 거울들(341, 342, 343, 344, 345, 346)은 레이저의 집속을 위한 곡률 반경을 가질 수 있으며, 제 2 곡면 거울(342), 제 3 곡면 거울(343), 및 제 5 곡면 거울은 이득 매질(331, 332, 333)의 반대편으로부터 출력되는 레이저 빔을 통과시켜 이득 매질(231, 232)로 전달한다. 곡면 거울들(241, 242, 243, 244)은 이색성의 다이크로익 미러로 구성될 수 있다.In addition, the curved mirrors 341, 342, 343, 344, 345, 346 can have a radius of curvature for focusing the laser, and the second curved mirror 342, the third curved mirror 343, and the fifth The curved mirror passes through the laser beam output from the opposite side of the gain media 331, 332, 333 and delivers it to the gain media 231, 232. Curved mirrors 241, 242, 243, 244 may be configured as dichroic dichroic mirrors.

제 3 반사 거울(353)은 제 6 곡면 거울(346)로부터 전달된 레이저 펄스를 제 4 반사 거울(354)로 전달한다(c16).The third reflective mirror 353 transmits the laser pulse transmitted from the sixth curved mirror 346 to the fourth reflective mirror 354 (c16).

제 4 반사 거울(354)은 제 3 반사 거울(353)로부터 전달된 레이저 펄스를 제 5 반사 거울(355)로 전달한다(c17).The fourth reflective mirror 354 transmits the laser pulse transmitted from the third reflective mirror 353 to the fifth reflective mirror 355 (c17).

제 5 반사 거울(355)은 제 4 반사 거울(354)로부터 전달된 레이저 펄스를 출력경(370)으로 전달한다(b18).The fifth reflection mirror 355 transmits the laser pulse transmitted from the fourth reflection mirror 354 to the output mirror 370 (b18).

출력경(370)은 제 5 반사 거울(355)로부터 출력된 레이저 펄스를 레이저 발진을 통해 출력한다.The output mirror 370 outputs the laser pulse output from the fifth reflection mirror 355 through laser oscillation.

여기서, 제 3 고출력 펄스 레이저 장치(300)는 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)와 같이 프리즘(361, 362)과 반사 거울들(351, 352, 353, 354, 355) 중에서 적어도 하나에 요동을 주는 요동 제공기(미도시)를 추가로 포함한다. 요동 제공기에 의해 커 렌즈 모드 잠김이 유지될 수 있다.Here, the third high power pulse laser device 300 oscillates on at least one of the prisms 361 and 362 and the reflection mirrors 351, 352, 353, 354, and 355 like the first high power pulse laser device 100. The state further includes a shaker (not shown). Kerr mode lockout can be maintained by the oscillation provider.

여기서도, 도 2에서 설명한 바와 같이 열렌즈 현상으로 인한 레이저 출력 감소와 자가 위상 변조로 인한 비정상적인 펄스가 발생되는 현상 등을 방지한다.Also, as described above with reference to FIG. 2, the laser output reduction due to the thermal lens phenomenon and the occurrence of abnormal pulses due to the self phase modulation are prevented.

이를 위해, 제 3 고출력 펄스 레이저 장치(300)는 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100) 대비 제 2 펌핑 소스(302), 제 3 펌핑 소스(303)를 추가로 포함한다. 또한, 공진기(304)에서 이득 매질들(332, 333), 곡면 거울들(343, 344, 345, 346), 및 반사 거울들(354, 355)을 추가로 포함한다. 여기서, 곡면 거울들(343, 344, 345, 346) 각각은 공초점 곡률 거울로 구성될 수 있다.To this end, the third high power pulse laser device 300 further includes a second pumping source 302 and a third pumping source 303 as compared to the first high power pulse laser device 100. The resonator 304 further includes gain media 332, 333, curved mirrors 343, 344, 345, 346, and reflective mirrors 354, 355. Here, each of the curved mirrors 343, 344, 345, and 346 may be configured as a confocal curvature mirror.

제 3 고출력 펄스 레이저 장치(300)는 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)와 유사한 구조를 갖지만, 펌핑 소스들(302, 303)을 추가로 포함하고, 공진기(304) 내부에 이득 매질들(332, 333), 곡면 거울들(343, 344, 345, 346), 및 반사 거울들(354, 355)을 추가로 포함함으로서, 레이저 펄스의 생성 시 발생되는 비선형 현상을 분산시킬 수 있다.The third high power pulsed laser device 300 has a structure similar to the first high power pulsed laser device 100 but further includes pumping sources 302 and 303, and gain media 332 inside the resonator 304. 333, curved mirrors 343, 344, 345, 346, and reflective mirrors 354, 355 may be used to disperse nonlinear phenomena generated during generation of the laser pulse.

한편, 본 발명의 도 1 내지 도 3에서 제 1 펌프 레이저(110, 211, 311)로부터의 펌프 빔이 이득 매질을 통과하는 경로(a1, b1, c1)는 레이저 펄스가 생성되는 생성 경로로 간주할 수 있다. 이득 매질(231, 232, 233)을 통과한 레이저 펄스가 제 2 반사 거울들(152, 252, 352)을 통해 되돌아오는 경로들(a2-a9, b2-b9, c2-c9)은 반사 경로로 간주할 수 있다. 또한, 제 1 곡면 거울들(141, 241, 341)을 통해 출력경들(170, 270, 370)로 출력되는 경로들(a10-a12, b10-b14, c10-c18)은 출력 경로로 간주할 수 있다.Meanwhile, in FIGS. 1 to 3 of the present invention, the paths a1, b1, c1 through which the pump beams from the first pump lasers 110, 211, 311 pass through the gain medium are regarded as the generation paths through which the laser pulses are generated. can do. Paths a2-a9, b2-b9, c2-c9 through which the laser pulses passing through the gain medium 231, 232, 233 return through the second reflection mirrors 152, 252, 352 are reflected paths. Can be considered. Also, the paths a10-a12, b10-b14, and c10-c18 output through the first curved mirrors 141, 241, and 341 to the output mirrors 170, 270, and 370 may be regarded as output paths. Can be.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 펄스 레이저 장치로부터 획득된 레이저 펄스의 모양을 도시한 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the shape of the laser pulse obtained from the high power pulse laser device according to an embodiment of the present invention.

도 2와 도 3에서 도시된 바와 같이 고출력 펄스 레이저 장치들(200, 300)은 공진기들(203, 304) 내부에 복수개의 이득 매질을 포함시키고, 이에 대응되는 펌핑 소스들(202, 302, 303)을 추가로 포함한다. 이로 인해, 펌프 레이저들(211, 212, 311, 312, 313)의 출력을 분산할 수 있고, 자가 위상 변조(self phase modulation), 자가 진폭 변조(self amplitude modulation), 열렌즈 현상을 분산시켜 공진기 내에서 펌프 레이저들(211, 212, 311, 312, 313)의 출력을 높일 수 있다. 즉, 고출력 펄스 레이저 장치들(200, 300)은 펄스 에너지를 증가시켜 고출력 레이저를 생성할 수 있다.As shown in FIGS. 2 and 3, the high power pulsed laser apparatuses 200 and 300 include a plurality of gain media inside the resonators 203 and 304 and corresponding pumping sources 202, 302, and 303. ) Is further included. Due to this, the output of the pump lasers 211, 212, 311, 312, 313 can be distributed, and self phase modulation, self amplitude modulation, and thermal lens phenomena are dispersed to resonator The output of the pump lasers 211, 212, 311, 312, 313 can be increased. That is, the high power pulse laser devices 200 and 300 may increase the pulse energy to generate the high power laser.

즉, 고출력 펄스 레이저 장치들(200, 300)은 추가적인 이득 매질과 펌프 레이저를 통해 공진기들(203, 304) 내부에서 레이저 펄스의 이득을 증가시켜 고출력 레이저를 생성할 수 있다. That is, the high power pulse laser devices 200 and 300 may generate a high power laser by increasing the gain of the laser pulse inside the resonators 203 and 304 through an additional gain medium and a pump laser.

도 4를 참조하면, 그래프의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 자기상관을 나타낸다. 간섭형 자기상관(autocorrelation) 방법을 이용하여 레이저 펄스를 측정하면, 반치폭은 39 펨토초(fs)이다. 또한, 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)로부터 출력되는 레이저 펄스의 모양을 쌍곡코씨컨트(sech) 함수로 가정하였을 때, 25 펨토초로 펄스가 발생된다.Referring to FIG. 4, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents autocorrelation. When the laser pulses are measured using an interference autocorrelation method, the half width is 39 femtoseconds (fs). In addition, when the shape of the laser pulse output from the first high power pulse laser device 100 is assumed as a hyperbolic cosecant function, a pulse is generated at 25 femtoseconds.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고출력 펄스 레이저 장치로부터 획득된 스팩트럼을 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the spectrum obtained from the high power pulsed laser apparatus according to the embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 그래프의 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 세기(레이저 펄스)를 나타낸다. 고출력 펄스 레이저 장치로부터 얻어진 스펙트럼이다. 반치폭은 55nm임을 확인할 수 있다. 여기서, 획득된 스펙트럼은 제 1 고출력 펄스 레이저 장치(100)로부터 획득된 스펙트럼이다.Referring to FIG. 5, the horizontal axis of the graph represents wavelength and the vertical axis represents intensity (laser pulse). It is a spectrum obtained from a high power pulsed laser device. It can be seen that the full width at half maximum is 55 nm. Here, the acquired spectrum is a spectrum obtained from the first high power pulse laser device 100.

마지막으로, 펌프 레이저들(221, 212, 311, 312, 131)은 하나의 펌프 레이저를 통해 하나의 빔을 나누어서 사용할 수도 있고, 도시된 바와 같이 복수개의 펌프 레이저들을 통해 복수개의 빔의 생성을 통해 복수개의 빔을 사용할 수도 있다.Finally, the pump lasers 221, 212, 311, 312, 131 may be used by dividing one beam through one pump laser, or through the generation of a plurality of beams through a plurality of pump lasers as shown. It is also possible to use a plurality of beams.

이와 같이, 본 발명의 고출력 펄스 레이저 장치는 다중 증폭단을 포함하지 않고도 펄스 에너지를 증가시켜 고출력 레이저, 일예로 펨토초 레이저를 발생시킬 수 있다. 또한, 고출력 펄스 레이저 장치는 공진기 내부에서 레이저 빔의 경로를 단순하게 유지하면서도 광정렬을 용이하게 할 수 있다.As such, the high power pulse laser device of the present invention can generate a high power laser, for example a femtosecond laser, by increasing pulse energy without including multiple amplifier stages. In addition, the high power pulsed laser device can facilitate light alignment while keeping the path of the laser beam simple inside the resonator.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the claims equivalent to the claims of the present invention as well as the claims of the following.

100, 200, 300: 고출력 펄스 레이저 장치들
101, 201, 202, 301, 302, 303: 펌핑 소스들
102, 203, 304: 공진기들
110, 211, 212, 311, 312, 313: 펌프 레이저들
120, 221, 222, 321, 322, 323: 집속 렌즈들
130, 231, 232, 331, 332, 333: 이득 매질들
141, 142, 241, 242, 243, 244, 341, 342, 343, 344, 345, 346: 곡면 거울들
151, 152, 153, 251, 252, 253, 351, 352, 353, 354, 355: 반사 거울들
161, 162, 261, 262, 361, 362: 프리즘들
170, 270, 370: 출력경들100, 200, 300: high power pulse laser devices
101, 201, 202, 301, 302, 303: pumping sources
102, 203, 304: resonators
110, 211, 212, 311, 312, 313: pump lasers
120, 221, 222, 321, 322, 323: focusing lenses
130, 231, 232, 331, 332, 333: gain media
141, 142, 241, 242, 243, 244, 341, 342, 343, 344, 345, 346: curved mirrors
151, 152, 153, 251, 252, 253, 351, 352, 353, 354, 355: reflective mirrors
161, 162, 261, 262, 361, 362: prisms
170, 270, 370: output mirrors

Claims (1)

펌프 빔을 생성하고, 집진시키는 적어도 두 개의 펌프 레이저들; 및
상기 펌프 빔에 대응되는 적어도 두 개의 이득 매질로부터 레이저 펄스를 생성하는 공진기를 포함하고,
상기 공진기는
상기 적어도 두 개의 이득 매질들을 통과하는 레이저 펄스를 전달하기 위한 곡률 반경을 갖는 곡면 거울들;
전달되는 레이저 펄스의 양의 분산을 보상하기 위한 음의 분산을 적용하는 제 1 및 제 2 프리즘;
상기 곡면 거울들 중 하나에 의해 전달된 레이저 펄스를 상기 제 1 프리즘과 제 2 프리즘을 기준으로 순방향 및 역방향으로 통과하도록 위치한 제 1 반사 거울들;
상기 제 1 프리즘과 상기 제 2 프리즘으로부터 되돌아온 레이저 펄스를 상기 적어도 두 개의 이득 매질들을 순차적으로 통과시켜 상기 곡면 거울들로부터 전달받는 제 2 반사 거울; 및
상기 제 2 반사 거울을 통해 반사된 레이저 펄스를 발진을 통해 출력하는 출력경을 포함하는 고출력 펄스 레이저 장치.At least two pump lasers for generating and collecting the pump beam; And
A resonator for generating laser pulses from at least two gain media corresponding to the pump beam,
The resonator
Curved mirrors having a radius of curvature for delivering a laser pulse through the at least two gain media;
First and second prisms that apply negative dispersion to compensate for positive dispersion of the laser pulses being transmitted;
First reflecting mirrors positioned to pass a laser pulse transmitted by one of the curved mirrors in a forward and reverse direction with respect to the first prism and a second prism;
A second reflecting mirror which receives laser beams returned from the first prism and the second prism from the curved mirrors by sequentially passing the at least two gain media; And
And an output mirror outputting the laser pulse reflected by the second reflection mirror through oscillation.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101682397B1 (en) * 2015-10-30 2016-12-05 광주과학기술원 High-power femtosecond laser apparatus
KR20170058825A (en) * 2015-11-19 2017-05-29 한국전자통신연구원 polarization saturation absorber and pulsed laser apparatus including the same
KR20220079412A (en) * 2020-12-04 2022-06-13 한국전자통신연구원 femtosecond pulse laser apparatus
US11695249B2 (en) 2020-12-04 2023-07-04 Electronics And Telecommunications Research Institute Femtosecond pulse laser apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101682397B1 (en) * 2015-10-30 2016-12-05 광주과학기술원 High-power femtosecond laser apparatus
KR20170058825A (en) * 2015-11-19 2017-05-29 한국전자통신연구원 polarization saturation absorber and pulsed laser apparatus including the same
KR20220079412A (en) * 2020-12-04 2022-06-13 한국전자통신연구원 femtosecond pulse laser apparatus
US11695249B2 (en) 2020-12-04 2023-07-04 Electronics And Telecommunications Research Institute Femtosecond pulse laser apparatus
US12003073B2 (en) 2020-12-04 2024-06-04 Electronics And Telecommunications Research Institute Femtosecond pulse laser apparatus

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Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20121005

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