일반기술

고체 레이저 시스템

◦ 본 발명은 수백 와트(W)급 이상의 고출력 적층 다이오드 어레이의 여기빔을 간극을 갖는 반사형 변형 집속장치(CPC)를 사용하여 봉형태의 고체 레이저 결정을 횡여기함으로써 여기빔을 고체 결정의 표면에 균일하게 입사시킬 수 있도록 하는 고체 레이저 시스템에 관한 것이다.◦ 일반적으로 다이오드 어레이 빔을 사용하여 여기하는 고체 레이저의 개발에 있어서, 고출력 다이오드 어레이의 여기빔을 고체 레이저 결정에 얼마나 효과적으로 결합하느냐 하는 점이 매우 중요한데, 이때 레이저 결정을 여기하는 방법에는 종여기와 횡여기의 두 가지 방법으로 구분되는데, 고 평균출력의 고체 레이저를 개발하기 위해서는 횡여기 방법이 이용된다. 상기 횡여기 방법에는 원형대칭의 근접결합(circularly symmetric close coupling) 방식과, 광섬유나 비결상 광학계를 이용한 결합방식이 있다.◦ 본 기술은 레이저 여기빔을 방출하는 다수의 레이저 다이오드가 넓은 평면형태로 배치되어 이루어지는 적층 다이오드 어레이와, 상기 적층 다이오드 어레이에서 방출된 레이저 빔을 한곳으로 모으는 반사형 집속장치(compound parabolic concentrator : CPC)와, 상기 반사형 집속장치에 의해 모아진 레이저빔에 의해 횡여기되어 레이저빔을 방출하는 레이저 결정봉을 포함하는 고체 레이저 시스템에 있어서, 상기 레이저 결정봉은 반사형 집속장치(CPC)의 반사면으로 부터 소정간격 이격되어 있으며, 레이저 결정봉의 둘레에는 냉각용 용융석영관이 설치되어 구성된 고체 레이저 시스템을 제공한다.◦ 본 기술에 있어서, 레이저 결정봉을 효과적으로 여기하기 위한 반사형 변형 집속장치(CPC)의 단면은 두 개의 부분으로 이루어지며, 윗부분은 포물선의 형태이며, 아랫부분은 빛을 흡수하는 레이저 결정 표면의 신개선(involute)으로, 임의로 주어지는 집속장치(CPC)의 꼭지점과 레이저 결정사이의 간격을 고려하여 윗부분과 아랫부분이 자연스럽게 일치하도록 설계된다. 이와 같이 설계된 변형 집속장치(CPC)에 의해 집속되는 여기광선은 에지레이(edge-ray)의 원리를 만족한다. 즉, 다이오드 어레이에서 발생된 주변광선은 집속장치(CPC)의 표면에서 1회 반사된 후 레이저 결정 표면의 접선방향으로 반드시 입사하게 되고 나머지 광선들은 레이저 결정을 통과하게 된다. 이때, 레이저 결정의 표면에 입사하는 적층 다이오드 어레이 빔은 레이저 결정봉 표면에 균일하게 입사하며, 많은 부분의 광선들이 레이저 결정봉 표면의 접선방향과 근사한 방향으로 입사되어 레이저 결정봉에 흡수된 여기 빔의 분포가 결정의 중앙에 집속되지 않고 비교적 균일한 분포를 가짐으로써 고출력의 레이저 제작에 유리한 분포를 갖는다.