일반기술

다이오드 여기 고체 레이저 시스템과 고체레이저 결정 여기 최적화 방법

◦ 본 기술은 다이오드 여기 고체 레이저 시스템에 관한 것으로, 특히 고출력 다이오드 어레이의 여기 빔을 난반사체 광공동에 사각 입사시켜 고체 레이저 결정을 횡여기하는 다이오드 여기 고체 레이저 시스템과 고체 레이저 결정을 최적으로 여기하는 방법에 관한 것으로, 다이오드 여기 빔이 난반사체 광공동에 사각으로 입사되어 고반사율을 갖는 난반사체에 의해 산란된후 고체 레이저 결정을 여기시킴으로써, 다이오드 여기 빔이 고체 레이저 결정의 전면에 균일한 분포를 갖거나, 중심부를 벗어난 부분에 강하게 흡수되어 열유도에 의한 렌즈효과를 최소화할 수 있는 특징이 있다.◦ 고출력, 고효율, 그리고 고품질의 빔 특성을 갖는 DPSSL(Diode Pumped Solid State Laser)을 개발하기 위해서는 출력빔의 질을 저하시키는 원인인 비균일한 여기 빔의 분포에 의한 레이저 결정내의 열렌즈, 스트레스 복굴절 등의 효과를 최소화하는 것이 문제였는데, 종래에는 레이저 봉의 열효과를 줄여 고출력의 레이저 빔을 얻기 위한 방법으로 CPC(Compound Parabolic Concentrator)형 반사체, 광섬유 결합, 난반사체 광공동 등이 사용되어 왔다. 비결상 광학계인 CPC를 이용한 결합방식은 고출력의 적층 다이오드 어레이를 여기원으로 사용할 수 있기 때문에 최근에 그 개발이 활발히 이루어지고 있다. ◦ 본 기술은 고체 레이저 결정을 횡여기하는 다이오드 여기 고체 레이저 시스템에 있어서, 원통형의 난반사체와 난반사체 광공동의 중심에 위치한 봉형의 고체 레이저 결정과, 상기 원통형 난반사체의 둘레에 배치되어 상기 고체 레이저 결정을 여기시키기 위한 빔을 방사하는 다이오드 어레이 모듈들과, 상기 다이오드 어레이 모듈들 각각에서 방사된 여기 빔이 상기 난반사체 광공동으로 사각 입사되도록 유도하는 반사체를 적어도 가짐을 특징으로 함으로써 종래기술의 상기 문제점들을 극복하려 한 것이다.◦ 원통형의 난반사체와 난반사체 광공동의 중심에는 봉형의 고체 레이저 결정이 위치하며, 여기용으로 사용되는 3개의 다이오드 어레이 모듈들은 120°의 등간격으로 원통형 난반사체의 덕트 외주 둘레에 배치된다. 그리고 다이오드 어레이 모듈 각각에서 방사된 여기 빔이 상기 레이저결정으로 직접 입사되지 않고 사각 입사되도록 다이오드 어레이 모듈과 동수의 V-덕트를 형성한다. 즉, 다이오드 어레이 모듈에서 방사되는 여기 빔이 봉형 고체 레이저 결정의 중심축에 대하여 사각(斜角)입사되도록 V-덕트가 형성되고 다이오드 어레이 모듈들이 배치되는 구조를 가진다. 이러한 여기 구조에서 사각 입사된 여기 빔은 사각이 작을 경우 레이저 결정에 직접 입사되지만, 각도가 증가하면 레이저결정에 직접 입사하는 비율이 감소하여 대부분 난반사체 표면에서 난반사된 후 레이저 결정에 흡수된다. 한편 난반사체는 높은 반사율 특성을 나타낼 수 있도록 원통형의 스펙트라론(spectralon)재질로 가공되어지는 것이 바람직하지만, 고반사율을 가지는 다양한 반사체 재질 모두를 사용할 수 있다. 그리고 1개의 선형 다이오드 어레이를 여기빔으로 사용할 경우 V-덕트 대신 얇은 폭을 갖는 도파관을 사용하여 여기 빔을 난반사체 광공동에 입사시킬 수도 있다. 그리고 각 여기용 다이오드 어레이 모듈은 1∼3개의 선형인 적층 다이오드 어레이를 사용할 수 있으나, 그 이상의 적층된 어레이를 사용할 경우 다양한 형태의 CPC(Compound Parabolic Concentrator), arc등 비결상 광학계를 사용하여 여기 빔을 광공동에 입사시키는 변형된 구조를 사용할 수도 있다. 또한 다이오드 어레이모듈의 수를 3개 이상으로 증가시켜 사용하는 것도 가능하다는 기술적 특징도 가지고 있다.