KR-20260062085-A - PULSE WIDTH COMPRESSION DEVICE INCLUDING SOLID-STATE OPTICAL SPECTRUM AMPLIFIER THAT USES A SLAB GEOMETRY, FEMTOSECOND LASER SYSTEM USING THE SAME

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Abstract

본 개시는, 제1 레이저 광원; 제2 레이저 광원; 제1 레이저 광원에서 발생된 레이저 광을 회절시키는 회절 격자; 회절된 레이저 광을 반사시키고, 제2 레이저 광원에서 발생된 라인 형태의 레이저 광을 투과시키는 미러; 및 회절 격자 및 미러 사이의 광 경로에 위치하여, 회절된 레이저 광의 스펙트럼을 증폭시키면서 균일하게 하고, 라인 형태의 레이저 광의 스펙트럼을 증폭시키면서 균일하게 하는 슬랩(Slab) 형태의 이득 매질이 도핑된 크리스탈을 포함할 수 있다.

Inventors

김형우
서홍석
송동훈

Assignees

주식회사 블루타일랩

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20260120
Priority Date: 20241028

Claims (10)

제1 레이저 광원; 제2 레이저 광원; 상기 제1 레이저 광원에서 발생된 레이저 광을 회절시키는 회절 격자; 상기 회절된 레이저 광을 반사시키고, 상기 제2 레이저 광원에서 발생된 라인 형태의 레이저 광을 투과시키는 미러; 및 상기 회절 격자 및 상기 미러 사이의 광 경로에 위치하여, 상기 회절된 레이저 광의 스펙트럼을 증폭시키면서 균일하게 하고, 상기 라인 형태의 레이저 광의 스펙트럼을 증폭시키면서 균일하게 하는 슬랩(Slab) 형태의 이득 매질이 도핑된 크리스탈을 포함하는, 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치.
제1항에 있어서, 상기 미러 및 상기 제2 레이저 광원의 광 경로 상에 마련되고, 상기 라인 형태의 레이저 광의 초점을 맞추는 적어도 하나의 렌즈를 더 포함하는, 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치.
제1항에 있어서, 상기 미러 및 상기 제3 렌즈의 광 경로 상에 마련되고, 상기 라인 형태의 레이저 광의 세기를 감쇄하는 감쇄기를 더 포함하는, 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치.
제1항에 있어서, 상기 미러의 반사 밴드폭은, 상기 회절된 레이저 광의 밴드폭과 같거나 큰, 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치.
제1항에 있어서, 상기 크리스탈과 서로 대향되게 마련된 제3 레이저 광원 및 제4 레이저 광원을 더 포함하고, 상기 제3 레이저 광원 및 상기 제4 레이저 광원에서 발생된 라인 형태의 레이저 광을 통해 양방향으로 펌핑되는, 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치.
제5항에 있어서, 상기 제3 레이저 광원 및 상기 제4 레이저 광원의 광 경로 상에 마련되고, 상기 라인 형태의 레이저 광의 초점을 맞추는 적어도 하나의 렌즈를 더 포함하는, 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치.
제1항에 있어서, 상기 미러는 외부 장치에 의해 반사율이 조절되며, 상기 회절된 레이저 광의 파장 분포에 따라 상기 반사율이 다르게 설정되는, 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치.
제1항에 있어서, 상기 크리스탈은 파장별로 분기된 레이저 광을 각각 증폭하는, 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치.
제1항에 있어서, 상기 라인 형태의 레이저 광의 세기는 외부 장치에 의해 감쇄되는, 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치를 포함하는, 펨토초 광섬유 레이저 시스템.

Description

슬랩 형태의 펄스폭 압축 및 스펙트럼 광 증폭 장치, 그를 포함하는 펨토초 레이저 시스템{PULSE WIDTH COMPRESSION DEVICE INCLUDING SOLID-STATE OPTICAL SPECTRUM AMPLIFIER THAT USES A SLAB GEOMETRY, FEMTOSECOND LASER SYSTEM USING THE SAME} 본 개시는 레이저 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 슬랩 형태의 펄스폭 압축 및 스펙트럼 광 증폭 장치, 그를 포함하는 펨토초 레이저 시스템에 관한 것이다. 일반적으로, 펨토초 레이저 광은 산업 현장에서 반도체 웨이퍼 및 2차 전지 전극들의 절단 결함을 감소시키기 위해 사용되었다. 여기에서, 펨토초 레이저 광은 펄스 제어 신호에 의해 반복률 제어뿐만 아니라, 고에너지 펄스열을 갖는 레이저 광으로 변조되었다. 예를 들어, 레이저 광은 펨토초 광섬유 레이저 시스템에 의해 생성될 수 있었다. 그런데, 종래 펨토초 광섬유 레이저 시스템은 레이저 광의 스펙트럼을 증폭시킬 때, 레이저 광의 스펙트럼을 균일하게 할 수 없으므로, 레이저 광을 효율적으로 증폭할 수 없었다. 따라서, 최근에는 레이저 광의 스펙트럼을 균일하게 하여 레이저 광을 효율적으로 증폭할 수 있는 개선된 기술의 개발이 요구되고 있다. 도 1은 본 개시에 따른 펨토초 광섬유 레이저 시스템을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 펨토초 광섬유 레이저 시스템의 세부 구성을 일 예로 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 펄스 레이저 광의 파장, 제1 연속파 레이저 광의 파장 및 제2 연속파 레이저 광의 파장을 나타낸 도면이다. 도 4 내지 도 7은 도 2의 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치의 구성을 일 예로 나타낸 도면들이다. 본 개시 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 개시가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 개시의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다. 도 1은 본 개시에 따른 펨토초 광섬유 레이저 시스템을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1의 펨토초 광섬유 레이저 시스템의 세부 구성을 일 예로 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 펄스 레이저 광의 파장, 제1 연속파 레이저 광의 파장 및 제2 연속파 레이저 광의 파장을 나타낸 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 개시에 따른 펨토초 광섬유 레이저 시스템(100)은 펨토초 광원(10), 프리 증폭기(20), 펄스 피커(30), 제1 연속파 광원(40), 메인 증폭기(50), 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치(60), 편광 플레이트(65), 제어 모듈(70) 및 제2 연속파 광원(80)을 포함할 수 있다. 펨토초 광원(10)은 펨토초 레이저 광(12)을 생성할 수 있다. 여기에서, 펨토초 레이저 광(12)은 약 10MHz 내지 약 1000MHz의 주파수를 가질 수 있다. 프리 증폭기(20)는 펨토초 광원(10)에 연결될 수 있다. 여기에서, 프리 증폭기(20)는 펨토초 레이저 광(12)을 증폭할 수 있다. 펄스 피커(30)는 프리 증폭기(20)에 연결될 수 있다. 여기에서, 펄스 피커(30)는 펨토초 레이저 광(12)을 변조하여 펄스 레이저 광(32)을 생성할 수 있다. 여기에서, 펄스 레이저 광(32)은 임의의 펄스 열을 갖는 펨토초 레이저 광을 의미한다. 제1 연속파 광원(40)은 광섬유(11)에 의해 펄스 피커(30) 및 메인 증폭기(50)에 연결될 수 있다. 여기에서, 제1 연속파 광원(40)은 제1 연속파 레이저 광(42)을 메인 증폭기(50)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 연속파 광원(40)은 레이저 다이오드를 포함할 수 있으며, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 여기에서, 제1 연속파 광원(40)은 제1 펌프 광원(41) 및 제1 링 공진기(43)를 포함할 수 있다. 여기에서, 제1 펌프 광원(41)은 제1 펌프 광(45)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 펌프 광원(41)은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 또한, 제1 링 공진기(43)는 제1 펌프 광원(41)과 커플러(44)의 사이에 제공될 수 있다. 여기에서, 제1 링 공진기(43)는 제 1 반경(R1)을 가질 수 있다. 여기에서, 제1 링 공진기(43) 제1 연속파 레이저 광(42)을 생성할 수 있다. 제2 연속파 광원(80)은 커플러(44)에 연결될 수 있다. 여기에서, 제2 연속파 광원(80)은 제1 연속파 광원(40)의 제1 연속파 레이저 광(42)의 파장보다 긴 제2 연속파 레이저 광(82)을 생성할 수 있다. 여기에서, 제2 연속파 광원(80)은 제2 펌프 광원(81) 및 제2 링 공진기(83)를 포함할 수 있다. 여기에서, 제2 펌프 광원(81)은 제2 펌프 광(85)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 펌프 광원(81)은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 또한, 제2 링 공진기(83)는 제2 펌프 광원(81)과 커플러(44)의 사이에 제공될 수 있다. 여기에서, 제2 링 공진기(83)는 제1 반경(R1)보다 큰 제2 반경(R2)을 가질 수 있다. 여기에서, 제2 링 공진기(83)는 제2 연속파 레이저 광(82)을 생성할 수 있다. 제1 연속파 레이저 광(42) 및 제2 연속파 레이저 광(82)은 펄스 레이저 광(32)을 사용하지 않는 유휴 기간 동안 메인 증폭기(50)의 손상을 방지할 수 있다. 이러한, 제1 연속파 레이저 광(42) 및 제2 연속파 레이저 광(82)은 펄스 레이저 광(32)이 꺼져 있는 순간에, 제1 펌프 광원(40) 및 제2 펌프 광원(80)이 켜지고, 제1 연속파 레이저 광(42) 및 제2 연속파 레이저 광(82)이 발진하여 메인 증폭기(50)에 입력되므로, 메인 증폭기(50)의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 제1 연속파 레이저 광(42) 및 제2 연속파 레이저 광(82)은 동일 편광을 가질 수 있다. 여기에서, 펄스 레이저 광(32)은 제1 연속파 레이저 광(42) 및 제2 연속파 레이저 광(82)에 대해 수직 편광을 가질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 연속파 레이저 광(42)의 파장 피크는 펄스 레이저 광(32)의 파장 밴드의 일측에 중첩하고, 제2 연속파 레이저 광(82)의 파장 피크는 펄스 레이저 광(32)의 파장 밴드의 타측에 중첩할 수 있다. 일 예로, 제1 연속파 레이저 광(42)의 파장 피크는 펄스 레이저 광(32)의 단파장(short wavelength)과 중첩하고, 제2 연속파 레이저 광(82)의 파장 피크는 펄스 레이저 광(32)의 장파장(long wavelength)과 중첩할 수 있다. 또한, 제1 연속파 레이저 광(42)의 파장 피크는 펄스 레이저 광(32)의 파장 밴드의 양 끝단 중 어느 하나에 중첩되거나, 또는 접할 수도 있다. 편광 플레이트(65)는 메인 증폭기(50)와 슬랩 형태의 펄스폭 압축 장치(60)의 사이에 제공되고, 제1 연속파 레이저 광(42) 및 제2 연속파 레이저 광(82)을 제거할 수 있다. 일 예로, 펄스 레이저 광(32)의 편광축과 수직으로 제공되는 제1 연속파 광원(40)은 일 방향으로 편광된 제1 연속파 레이저 광(42)을 생성하고, 편광 플레이트(65)는 제1 연속파 레이저 광(42)을 제거할 수 있다. 다른 일 예로, 펄스 레이저 광(32)의 편광축과 수직으로 제공되는 제2 연속파 광원(80)은 일 방향으로 편광된 제2 연속파 레이저 광(82)을 생성하고, 편광 플레이트(65)는 제2 연속파 레이저 광(82)을 제거할 수 있다. 여기에서, 편광 플레이트(65)는 제1 연속파 레이저 광(42) 및 제2 연속파 레이저 광(82)의 편광 방향과 수직한 편광자를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 연속파 레이저 광(42) 및 제2 연속파 레이저 광(82)이 수평 방향으로 편광된 경우, 편광 플레이트(65)는 수직 편광자를 가질 수 있다. 다른 일 예로, 제1 연속파 레이저 광(42) 및 제2 연속파 레이저 광(82)이 수직 방향으로 편광된 경우, 편광 플레이트(65)는 수평 편광자를 가질 수 있다. 제어 모듈(70)은 본 시스템 내의 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리, 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 여기에서, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 마련될 수 있다. 또한, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 마련될 수도 있다. 메모리는 본 시스템의 다양한 기능을 지원하는 데이터와, 제어 모듈의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있으며,