KR101655304B1 - Apparatus to uniform pumping beam by cross arrangement of diode laser bar - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지그 재그형 슬랩 레이저의 여기빔 균일화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저 다이오드 모듈의 출력빔을 이득매질에 균일한 출력 분포로 전송하기 위해 완축 집속렌즈와 급축 집속렌즈로 구성된 여기빔 전송 장치에서, 레이저 다이오드 바의 에미터 패턴을 원천적으로 제거하기 위해 레이저 다이오드 바를 적층시 교차 배열 방식이 적용된 레이저 다이오드 모듈을 적용한 여기빔 균일화 장치에 대한 것이다.The present invention relates to an excitation beam equalizing apparatus for a jig reglated slab laser, and more particularly, to an excitation beam equalizing apparatus of a jig reglated slab laser, in which an excitation beam consisting of a perfect converging lens and a quick converging lens is used for transmitting an output beam of a laser diode module to a gain medium, The present invention relates to an excitation beam equalizing apparatus using a laser diode module to which a laser diode bar is laminated in order to remove an emitter pattern of a laser diode bar.
특히, 본 발명은 레이저 다이오드 바의 본딩 위치 변경에 의해 교차 배열을 적용하기 때문에 레이저 다이오드 바 에미터의 위치 정확도가 매우 높으며, 외부의 진동이나 충격에 매우 둔감하여 기구적 안정성이 매우 높은 여기빔 균일화 장치에 대한 것이다.Particularly, since the present invention adopts the cross arrangement by changing the bonding position of the laser diode bar, the position accuracy of the laser diode bar emitter is very high, and the excitation beam uniformity, which is very insensitive to external vibration or shock, Device.
고출력 고체 레이저의 빔품질은 목표물에 도달하는 레이저 빔의 세기를 결정하는 중요한 인자로 고출력을 가지면서도 우수한 빔품질을 만들어 내는 것이 고출력 고체 레이저 개발에서 중요한 이슈이다. The beam quality of a high power solid state laser is an important factor for determining the intensity of a laser beam reaching a target, and it is an important issue in the development of a high power solid state laser to produce an excellent beam quality while having a high output.
고출력 고체 레이저에서의 빔품질 저하는 주로 이득매질내 불균일한 굴절률 분포로 인해 발생되며, 굴절률의 불균일은 이득매질 내 여기빔 흡수분포의 불균일에 의해 발생한다. 따라서 빔품질 개선을 위해서는 이득매질내의 여기빔 분포를 균일하게 해야 한다. The degradation of beam quality in high power solid state lasers occurs mainly due to the nonuniform refractive index distribution in the gain medium, and the non-uniformity of the refractive index is caused by the non-uniformity of the excitation beam absorption distribution in the gain medium. Therefore, in order to improve the beam quality, the excitation beam distribution in the gain medium must be uniform.
일반적으로 고출력 고체 레이저의 경우 이득매질 내 불균일한 온도구배(thermal gradient)를 보상하여 빔품질을 향상시키기 위해 지그재그(zig-zag) 슬랩레이저 방식을 적용한다. Generally, a zig-zag slab laser method is applied to compensate for a non-uniform thermal gradient in a gain medium in a high-power solid-state laser to improve beam quality.
지그재그 슬랩형 방식은 1970년 초 개발된 이래 고출력 레이저 제작에 널리 사용되어 왔다. 지그재그 슬랩 레이저는 크게 측면여기 방식과 끝단여기 방식으로 나뉘어진다. 측면여기 방식의 경우 여기빔 전송 방법이 간단하다는 장점이 있으나, 이득매질의 도핑률 증가의 한계로 인해 여기빔 흡수 효율 문제가 계속적으로 대두되고 있다. Zigzag slab type has been widely used in high power laser production since its development in early 1970s. Zigzag slab lasers are divided into lateral excitation and end excitation. In the case of the lateral excitation method, there is an advantage that the excitation beam transmission method is simple, but the excitation efficiency of the excitation beam is continuously increasing due to the limitation of the increase of the doping rate of the gain medium.
반면에 끝단여기 방식의 경우 여기빔이 슬랩 이득매질의 한쪽 끝에서 입사하기 때문에 측면여기 방식보다 더 긴 흡수 거리를 가지게 되며, 이로 인해 흡수 효율이 증가하여, 고출력 레이저의 획득이 가능하다. On the other hand, in the case of the end excitation method, since the excitation beam is incident at one end of the slab gain medium, it has a longer absorption distance than that of the side excitation method, thereby increasing absorption efficiency and obtaining a high output laser.
지그재그 방식의 슬랩레이저에서 지그재그 방향으로의 레이저 빔의 진행은 냉각에 의한 이득매질내 온도 구배를 보상하여 빔품질을 향상시킬 수 있지만, 불균일한 여기빔 분포에 의해 발생하는 이득매질내 여기빔 균일도 저하는 온도 변화를 증가시키며, 이는 이득매질의 응력을 증가시켜 손상을 야기할 수 있다. In the zigzag type slab laser, the progress of the laser beam in the zigzag direction can improve the beam quality by compensating the temperature gradient in the gain medium due to cooling, but the uniformity of the excitation beam in the gain medium caused by the non- Increases the temperature change, which can increase the stress of the gain medium and cause damage.
뿐만 아니라 불균일한 여기빔에 의한 온도 불균일은 불균일한 굴절률 분포로 이어지며, 불균일한 굴절률에 의한 파면왜곡(wavefront distortion)은 빔품질의 저하로 이어진다. In addition, uneven temperature fluctuations due to non-uniform excitation beams lead to non-uniform refractive index distributions, and wavefront distortion due to non-uniform refractive indices leads to poor beam quality.
상기에서 서술한 문제를 해결하기 위해 여러 가지 방식의 여기빔 집속 광학계 구조가 개발되어 왔다. 대표적인 것이 도 1과 같이 렌즈 덕트(lens duct)를 사용하는 방식과 도 2와 같이 집속렌즈를 사용하는 방식이다. In order to solve the problems described above, various types of excitation beam focusing optical system structures have been developed. A representative example is a method using a lens duct as shown in FIG. 1 and a method using a focusing lens as shown in FIG.
도 1의 경우 레이저 다이오드 모듈(111)의 출력을 정확하게 슬랩 이득매질(113)의 끝단으로 렌즈 덕트(112)를 이용하여 가이딩을 한다. 때문에 예상하지 못한 난반사 빔에 의한 결정 손상의 위험이 적다는 장점이 있으나, 투과 효율이 낮아 고출력 레이저에서는 적합하지 않다. In FIG. 1, the output of the
한편으로, 도 2의 경우 투과효율이 높으며, 레이저 다이오드 모듈(111)의 급축 방향을 제어하는 급축 렌즈(221)와 완축 방향을 제어하는 완축 렌즈(222)를 각각 적용하기 때문에 각 렌즈별 위치 조절이 용이하다는 장점이 있다. On the other hand, in the case of FIG. 2, since the
그러나 도 2에 따르면, 도 3a에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드 모듈(111)의 에미터 패턴이 슬랩 이득매질(113)로 결상이 될 경우 불균일한 온도 분포에 의한 빔품질의 저하를 가져올 수 있다. 또한, 이와 동시에 에미터 패턴의 국부적인 온도 변화에 의한 결정의 손상을 가져올 수도 있다. However, according to FIG. 2, when the emitter pattern of the
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드 모듈(111)의 에미터 패턴 결상 조건을 회피할 경우 이득매질 중심으로의 빔분포가 증가하여 열렌즈 효과를 야기할 수 있다. 그리고, 손실되는 여기빔 출력이 증가 할 수 있기 때문에 레이저 다이오드 완축 방향을 제어하는 완축 렌즈(222) 설계가 난해하다는 단점이 있다. In addition, as shown in FIG. 3B, when the emitter pattern imaging condition of the
부연하면, 상기에서 설명한 도 1의 방식을 적용한 여기빔 균일화 장치의 경우 투과 효율이 낮다는 단점이 있다.In addition, the excitation beam equalizing apparatus to which the above-described method of FIG. 1 is applied has a drawback that the transmission efficiency is low.
또한, 도 2의 방식을 적용한 여기빔 균일화 장치의 경우 레이저 다이오드 모듈(111)의 에미터 결상 조건을 회피함과 동시에 출력 손실을 최소화하기 위한 완축 렌즈(222)의 설계가 난해하다는 단점이 있다. In addition, in the case of the excitation beam smoothing apparatus using the method of FIG. 2, there is a disadvantage in that it is difficult to design the
상기의 일반적인 실시예 도 1과 도 2의 단점을 개선하기 위해 도 4와 같은 방식이 시도되고 있다. 도 4를 참조하면, 두 개의 레이저 다이오드 모듈(431, 432)을 결합하기 위한 용도로 사용되는 편광결합기(433)의 위치를 변경(435)하여 두 개의 레이저 다이오드 모듈(431, 432)의 각 에미터 패턴을 교차 배열(436)되게 구성하여 여기빔 균일도를 개선한다.In order to overcome the disadvantages of the above-described general embodiment FIG. 1 and FIG. 2, a scheme as shown in FIG. 4 is attempted. 4, the position of the
그러나 도 5a 및 도 5b와 같이 편광 결합기(433)의 위치(435)의 정렬 및 각도(434)의 정렬에 따른 여기빔 분포 변화 민감도가 매우 높아 별도의 위치 조절용 정밀 부품이 필요하다. 이로 인해 구조상 부피 및/또는 무게가 증가하게 되며, 외부에서의 진동 및/또는 충격에 취약하게 된다.However, as shown in FIGS. 5A and 5B, the sensitivity of the excitation beam distribution change due to the alignment of the
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 레이저 다이오드 바 본딩 작업시 교차 배열 방식을 적용하여 여기빔 균일도를 개선하는 여기빔 균일화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an excitation beam equalizing apparatus for improving the uniformity of an excitation beam by applying a cross arrangement method in a laser diode bar bonding operation.
또한, 본 발명은 별도의 정밀 조절용 치구가 필요하지 않고, 외부의 진동 및/또는 충격에 매우 둔감하며, 레이저 다이오드 모듈의 에미터 패턴을 원천적으로 제거하여 여기빔 집속 광학계 설계를 용이하게 하는 여기빔 균일화 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.The present invention also provides an excitation beam which does not require a separate precision control fixture, is very insensitive to external vibration and / or shock, and that originally removes the emitter pattern of the laser diode module, Another purpose is to provide a uniforming device.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 레이저 다이오드 바 본딩 작업시 교차 배열 방식을 적용하여 여기빔 균일도를 개선하는 여기빔 균일화 장치를 제공한다.The present invention provides an excitation beam equalizing apparatus for improving excitation beam uniformity by applying a cross arrangement method in a laser diode bar bonding operation in order to achieve the above-described problems.
상기 여기빔 균일화 장치는, Wherein the excitation beam equalizing device comprises:
다수의 레이저 다이오드 바가 교차 배열되어 에미터 패턴을 제거하는 여기빔을 생성하는 레이저 다이오드 모듈; A laser diode module for generating an excitation beam in which a plurality of laser diode bars are arranged in an intersecting manner to remove an emitter pattern;
상기 여기빔을 전송하는 여기빔 전송 광학계; 및 An excitation beam transmission optical system for transmitting the excitation beam; And
상기 여기빔을 흡수하는 레이저 이득 매질;을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a laser gain medium that absorbs the excitation beam.
이때, 상기 여기빔 전송 광학계는, 상기 레이저 다이오드 모듈의 급축 방향 발산각을 제어하는 급축 집속 렌즈; 및 상기 레이저 다이오드 모듈의 완축 방향 발산각을 제어하는 완축 집속 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the excitation beam transmission optical system may include a rapid focusing lens for controlling a divergent angle in the rapid axis direction of the laser diode module; And a perfect convergence lens for controlling a divergent divergence angle of the laser diode module in a perfect axis direction.
또한, 상기 레이저는 지그재그형 슬랩 레이저인 것을 특징으로 할 수 있다.The laser may be a zigzag slab laser.
또한, 상기 다수의 레이저 다이오드 바는 각각의 레이저 다이오드 바에 설치되는 다수의 에미터를 교차 배열하여 적층되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the plurality of laser diode bars may be stacked by arranging a plurality of emitters arranged in each laser diode bar in an intersecting arrangement.
또한, 상기 다수의 레이저 다이오드 바는 1 내지 9 ㎛의 본딩 공차를 적용하여 본딩되는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the plurality of laser diode bars may be bonded by applying a bonding tolerance of 1 to 9 탆.
또한, 상기 완축 집속 렌즈는 렌즈 결상 조건에 따라 렌즈의 곡률 및 위치가 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.The curvature and position of the perfect focusing lens may be determined according to the lens imaging condition.
또한, 상기 레이저 다이오드 모듈은, 상기 다수의 레이저 다이오드 바가 각각 배치되는 다수의 레이저 다이오드 바 조립체의 적층으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.The laser diode module may include a plurality of laser diode bar assemblies in which the plurality of laser diode bars are disposed, respectively.
여기서, 상기 다수의 레이저 다이오드 바 조립체는, 다수의 레이저 다이오드가 제 1 거리로 이격 배치되는 레이저 다이오드 바; 상기 레이저 다이오드 바의 일단면에 본딩되어 전류를 통과시키는 상부 전극 플레이트; 및 상기 레이저 다이오드 바의 타단면에 본딩되어 상기 레이저 다이오드 바를 냉각하는 냉각 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The plurality of laser diode bar assemblies may include a laser diode bar in which a plurality of laser diodes are spaced apart from each other by a first distance; An upper electrode plate bonded to one end surface of the laser diode bar to pass a current therethrough; And a cooling plate bonded to another end surface of the laser diode bar to cool the laser diode bar.
또한, 상기 다수의 레이저 다이오드 바는 서로 상기 제 1 거리의 반인 제 2 거리로 교차 배열되는 것을 특징으로 할 수 있다.The plurality of laser diode bars may be arranged at a second distance that is half the first distance from each other.
본 발명에 따르면 레이저 다이오드 바의 본딩 위치 변경에 의해 교차 배열을 적용하기 때문에 레이저 다이오드 바 에미터의 위치 정확도가 매우 높으며, 외부의 진동 및/또는 충격에 매우 둔감하여 기구적 안정성이 매우 높다. 부연하면, 완축 집속렌즈의 곡률 및 위치 변경 또는 편광결합기의 위치 이동에 의해 레이저 다이오드 바 에미터 패턴을 제거하는 것보다 훨씬 더 정확하게 에미터 패턴의 제거가 가능하므로, 이에 따라 여기빔 분포가 개선되고 최종 레이저 빔품질을 개선할 수 있다.According to the present invention, since the cross alignment is applied by changing the bonding position of the laser diode bar, the position accuracy of the laser diode bar emitter is very high and the mechanical stability is very high due to the insensitivity to external vibration and / or shock. In addition, it is possible to remove the emitter pattern much more precisely than to remove the laser diode bar emitter pattern by changing the curvature and position of the perfect focusing lens or by shifting the polarization coupler, thereby improving the excitation beam distribution The final laser beam quality can be improved.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 레이저 다이오드 바의 교차 배열에 의해서도 레이저 다이오드 바 에미터 패턴을 원천적으로 상쇄를 할 수 있기 때문에, 최종 레이저의 빔품질을 향상시킬 수 있다는 점을 들 수 있다.Another advantage of the present invention is that the beam quality of the final laser can be improved because the laser diode bar emitter pattern can be originally offset even by the crossing arrangement of the laser diode bars.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 레이저 다이오드 모듈의 에미터 패턴을 원천적으로 제거하기 때문에 여기빔 집속 광학계 설계가 용이하다는 점을 들 수 있다.In addition, another advantage of the present invention is that the emitter pattern of the laser diode module is originally removed, so that it is easy to design an excitation beam focusing optical system.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 편광 결합기의 정밀 정렬에 필요한 불필요한 부품을 줄일 수 있기 때문에 부피와 무게의 경량화, 기구적 안정성 향상이 가능하다는 점을 들 수 있다.Further, as another effect of the present invention, it is possible to reduce unnecessary parts necessary for precise alignment of the polarized light coupler, so that the weight and weight can be reduced, and mechanical stability can be improved.
도 1은 일반적인 일예로서 렌즈덕트를 이용한 여기빔 광학계 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 일반적인 다른 일예로서 집속렌즈를 이용한 여기빔 광학계 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3a는 도 2에 따른 레이저 다이오드 에미터 패턴이 결상시 여기빔 단면 분포도이다.
도 3b는 도 2에 따른 레이저 다이오드 에미터 패턴 결상 조건을 회피시 여기빔 단면 분포도이다.
도 4는 일반적인 또 다른 일예로서 편광 결합기를 이용한 여기빔 균일도 개선 방식의 개념도이다.
도 5a는 도 4의 경우 편광 결합기 위치 이동에 따른 여기빔 분포 시뮬레이션 계산 결과이다.
도 5b는 도 4의 경우 편광 결합기 각도 변화에 따른 여기빔 분포 시뮬레이션 계산 결과이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 다이오드 바 교차 배열 방식을 이용한 여기빔 균일도 장치(600)의 구성을 보여주는 개념도이다.
도 7은 일반적인 비교차 배열된 레이저 다이오드 바 조립체의 적층 구조의 일예이다.
도 8은 도 6에 도시된 레이저 다이오드 모듈(641)을 구성하는 교차 배열된 레이저 다이오드 바 조립체의 적층 구조의 다른 일예이다.
도 9는 레이저 다이오드 바 비교차 배열시 시뮬레이션 계산 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10은 레이저 다이오드 바 교차 배열시 시뮬레이션 계산 결과를 보여주는 그래프이다.FIG. 1 is a schematic view showing a structure of an excitation beam optical system using a lens duct as a general example.
2 is a view schematically showing a structure of an excitation beam optical system using a focusing lens as another general example.
3A is a cross-sectional view of the excitation beam when the laser diode emitter pattern shown in FIG. 2 is focused.
3B is an excitation beam cross-sectional distribution diagram when the laser diode emitter pattern imaging condition according to FIG. 2 is avoided.
4 is a conceptual diagram of an excitation beam uniformity improvement method using a polarization coupler as another general example.
5A is a simulation result of the excitation beam distribution according to the positional shift of the polarization coupler in the case of FIG.
5B is a simulation result of the excitation beam distribution according to the angle change of the polarization coupler in the case of FIG.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the configuration of an excitation beam uniformity apparatus 600 using a laser diode bar cross arrangement method according to an embodiment of the present invention.
Fig. 7 is an example of a lamination structure of a laser diode bar assembly in general comparative arrangement.
8 is another example of a stacked structure of laser diode bar assemblies arranged in an intersecting manner constituting the
9 is a graph showing simulation calculation results when the laser diode bar comparator is arranged.
10 is a graph showing simulation calculation results in the case of laser diode bar cross arrangement.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 다이오드 바의 교차 배열 방식을 이용한 여기빔 균일화 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, an apparatus for equalizing an excitation beam using a laser diode bar crossing arrangement according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 다이오드 바 교차 배열 방식을 이용한 여기빔 균일도 장치(600)의 구성을 보여주는 개념도이다. 도 6을 참조하면, 여기빔 균일도 장치(600)는, 다수의 레이저 다이오드 바(미도시)가 교차 배열되어 에미터 패턴을 제거하는 여기빔을 생성하는 레이저 다이오드 모듈(641), 상기 여기빔을 전송하는 여기빔 전송 광학계(620), 및 상기 여기빔을 흡수하는 레이저 이득 매질(613) 등을 포함하여 구성된다.FIG. 6 is a conceptual diagram showing the configuration of an excitation beam uniformity apparatus 600 using a laser diode bar cross arrangement method according to an embodiment of the present invention. 6, the excitation beam uniformity apparatus 600 includes a
여기빔 전송 광학계(620)는 레이저 다이오드 모듈(641_)의 급축 방향 발산각을 제어하는 급축 집속 렌즈(621)와 완축 방향 발산각을 제어하는 완축 집속 렌즈(622)로 구성된다. The excitation beam transmission
본 발명의 일실시예에서는 교차 배열된 레이저 다이오드 모듈(641)을 적용하여 에미터 패턴을 원천적으로 제거하였기 때문에 여기빔 전송 광학계(620)의 완축 집속 렌즈(622)의 경우 렌즈 결상 조건에 따라 렌즈의 곡률 및/또는 위치가 결정된다. 결상 조건은 여기빔 손실을 최소화하고 여기빔 균일도를 향상시킬 수 있는 초점거리 및 발산각으로서 레이저다이오드 모듈과 이득매질 간의 거리 및 이득매질의 구조에 따라 결정되며 이에 따라 렌즈의 곡률 및/또는 위치가 결정된다. 비교차 배열 방식의 레이저 다이오드 모듈을 적용하는 경우, 에미터 패턴을 제거하기 위해 렌즈 결상조건을 회피하는 방식을 적용하는데, 완축렌즈의 거리가 정해진 상태에서는 초점거리가 짧은 완축렌즈를 적용하며, 완축렌즈의 초점거리가 정해진 상태에서는 광원부터 완축렌즈까지의 거리를 길게 적용한다. 그러나 교차배열의 레이저 다이오드 모듈을 적용하는 경우 레이저 다이오드의 에미터 패턴을 원척적으로 제거하였기 때문에 렌즈 결상조건을 회피할 필요가 없으며, 광원(레이저 다이오드 모듈)부터 완축렌즈까지의 거리와 완축렌즈에서 이미지 면(슬랩 이득매질)까지의 거리가 정해져 있으면 렌즈 결상 조건에 따라 완축렌즈의 곡률이 정해지게 된다.According to the embodiment of the present invention, since the emitter pattern is originally removed by using the
일반적으로 레이저 다이오드 모듈(641)은 수십 개의 레이저 다이오드 바 조립체가 적층이 되는 구조이다. 이를 보여주는 도면이 도 7에 도시된다. Generally, the
도 7은 일반적인 비교차 배열된 레이저 다이오드 바 조립체(710-1 내지 710-N)의 적층 구조의 일예이다. 도 7을 참조하면, 제 1 레이저 다이오드 바 조립체(710-1)는 레이저 다이오드 바(713)와 이 레이저 다이오드 바(713)에서 나오는 열을 냉각하기 위한 냉각 플레이트(712), 다른 레이저 다이오드 바 조립체로 전류를 통과시키기 위한 상부전극 플레이트(711)로 구성된다.7 is an example of a stacked structure of laser diode bar assemblies 710-1 to 710-N in general comparative arrangement. 7, the first laser diode bar assembly 710-1 includes a
한 개의 레이저 다이오드 바(713)는 약 25개의 에미터(714)로 구성되며, 각각의 에미터(714)는 완축 방향으로 약 200㎛의 발광 면적(715)을 가진다. 에미터 중심간 간격(716)은 약 400㎛가 일반적이다. 각각의 레이저 다이오드 바(713)는 냉각플레이트(712)에 인듐 솔더링 방식에 의해 본딩되며, 반대면은 상부전극 플레이트(711)와 본딩된다. One
도 8은 도 6에 도시된 레이저 다이오드 모듈(641)을 구성하는 교차 배열된 레이저 다이오드 바 조립체의 적층 구조의 다른 일예이다. 도 8을 참조하면, 레이저 다이오드 바 조립체(810-1 내지 810-N)의 총 수량중 절반 수량은 에미터 중심간 간격인 제 1 거리(도 7의 716)의 반에 해당하는 제 2 거리(821)만큼 제 2 레이저 다이오드 바(813-2)를 이동하여 본딩되어 있다.8 is another example of a stacked structure of laser diode bar assemblies arranged in an intersecting manner constituting the
부연하면, 제 1 레이저 다이오드 바(813-1)가 배치되는 제 1 레이저 다이오드 바 조립체(810-1)와 제 2 레이저 다이오드 바(813-2)가 배치되는 제 2 레이저 다이오드 바 조립체(810-2)가 본딩되는 경우, 제 1 레이저 다이오드 바(813-1)와 제 2 레이저 다이오드 바(813-2)는 서로 제 2 거리(8212) 만큼 간격이 있게 된다.The second laser diode bar assembly 810-1 in which the first laser diode bar 813-1 is disposed and the second laser diode bar assembly 810-1 in which the second laser diode bar 813-2 is disposed, 2 are bonded, the first laser diode bar 813-1 and the second laser diode bar 813-2 are spaced apart from each other by a second distance 8212. [
따라서 최종 레이저 다이오드 모듈 조립체(810-1 내지 810-N)의 적층 작업시 서로 이웃하는 레이저 다이오드 바 조립체간 교차 배열이 되도록 적층된다. 따라서, 레이저 다이오드(814)의 에미터 패턴을 원천적으로 제거 할 수가 있다. Thus, during the stacking operation of the final laser diode module assemblies 810-1 to 810-N, the laser diode bar assemblies are stacked so as to be arranged alternately between adjacent laser diode bar assemblies. Therefore, the emitter pattern of the
레이저 다이오드 바(813-1 내지 813-N)의 본딩 작업의 위치 정확도는 본딩 장비의 사양에 의존하나 일반적으로 수 ㎛ (즉 1 내지 9㎛) 이내로 제어가 가능하기 때문에 일반적인 기술인 도 4의 편광 결합기(433)의 위치(435)를 변경하여 레이저 다이오드 바(813-1 내지 813-N)의 에미터 패턴을 제거하는 것보다 훨씬 더 정확하게 에미터 패턴의 제거가 가능하다.The positional accuracy of the bonding operation of the laser diode bars 813-1 to 813-N depends on the specification of the bonding equipment, but generally can be controlled within a few micrometers (i.e., 1 to 9 占 퐉) It is possible to remove the emitter pattern much more accurately than by changing the
도 9는 레이저 다이오드 바 비교차 배열시 시뮬레이션 계산 결과를 보여주는 그래프이고, 도 10은 레이저 다이오드 바 교차 배열시 시뮬레이션 계산 결과를 보여주는 그래프이다. 특히, 도 9 및 도 10은 레이저 다이오드 바 배열에 따른 여기빔 분포와 이득매질(113,613)내 흡수 분포를 나타낸다. FIG. 9 is a graph showing simulation calculation results in the laser diode bar comparator arrangement, and FIG. 10 is a graph showing simulation calculation results in the laser diode bar cross arrangement. In particular, Figs. 9 and 10 show the excitation beam distribution according to the laser diode bar arrangement and the absorption distribution in the
도 9의 경우 비교차 배열방식의 레이저 다이오드 모듈(도 1 및 도 2의 111)을 적용한 경우이며, 도 10의 경우 교차 배열방식을 적용한 레이저 다이오드 모듈(도 6의 641)을 적용한 경우이다. In the case of FIG. 9, the laser diode module of the comparative array arrangement type (111 of FIG. 1 and FIG. 2) is applied, and the laser diode module (641 of FIG.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에서 적용된 교차 배열을 적용한 레이저 다이오드 모듈(도 6의 641)을 적용하여 여기빔을 집속할 경우 여기빔 분포뿐만 아니라 이득매질(613) 내부 여기빔 흡수 균일도가 비교차 배열 방식의 레이저 다이오드 모듈(도 1 및 도 2의 111)을 적용한 경우와 비교하여 더욱 균일한 것을 볼 수 있다.As shown in FIGS. 9 and 10, when the excitation beam is focused by applying the laser diode module (641 of FIG. 6) to which the crossover arrangement is applied, the excitation beam distribution as well as the
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 교차 배열 방식의 레이저 다이오드 모듈(641)을 적용한 여기빔 균일화 구조는 레이저 다이오드 이미지의 결상 조건을 유지하면서도 이득매질(613) 내 여기빔 흡수 분포를 균일하게 할 수 있다는 장점이 있다. As described above, the excitation beam uniformizing structure employing the
또한, 본딩 장비의 정밀도에 의해 레이저 다이오드 바(813-1 내지 813-N)의 위치를 정확하게 본딩하므로 교차 배열을 위한 별도의 정밀 이송 장치가 필요 없으며, 이로 인해 기구적인 안정성이 많이 증가된다는 장점이 있다. Further, since the positions of the laser diode bars 813-1 to 813-N are precisely bonded according to the precision of the bonding equipment, there is no need for a separate precision feed device for cross arrangement, have.
상기와 같이 설명된 교차 배열된 레이저 다이오드 바를 이용한 여기빔 균일화 장치는 상기에서 설명된 구조에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 장치는 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The excitation beam smoothing device using the laser diode bar having the above-described crossing arrangement is not limited to the above-described structure, but the device may be constructed by selectively or in combination of all or a part thereof so that various modifications can be made It is possible. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of the same should be construed as being included in the scope of the present invention.
111,431, 432, 641: 레이저 다이오드 모듈
112: 렌즈 덕트 113,613: 이득 매질
221: 급축 렌즈 222: 완축 렌즈
433: 편광 결합기
600: 여기빔 균일화 장치
621: 급축 집속 렌즈 622: 완축 집속 렌즈
710-1 내지 710-N: 제 1 내지 제 N 레이저 다이오드 바 조립체
711,811: 상부 전극 플레이트
712,812: 냉각 플레이트
714,814: 레이저 다이오드
810-1 내지 810-N: 제 1 내지 제 N 레이저 다이오드 바 조립체
813-1 내지 813-N: 제 1 내지 제 N 레이저 다이오드 바111, 431, 432, 641: laser diode module
112: lens duct 113,613: gain medium
221: fast axis lens 222: perfect axis lens
433: polarization coupler
600: excitation beam equalizing device
621: fast focusing lens 622: perfect focusing lens
710-1 to 710-N: First to Nth laser diode bar assembly
711,811: upper electrode plate
712,812: cooling plate
714,814: Laser diode
810-1 to 810-N: First to Nth laser diode bar assembly
813-1 to 813-N: First to Nth laser diode bars
Claims (8)
다수의 레이저 다이오드 바가 교차 배열되어 에미터 패턴을 제거하는 여기빔을 생성하는 레이저 다이오드 모듈;
상기 여기빔을 전송하는 여기빔 전송 광학계; 및
상기 여기빔을 흡수하는 레이저 이득 매질;을 포함하며,
상기 다수의 레이저 다이오드 바는 각각의 레이저 다이오드 바에 설치되는 다수의 에미터를 교차 배열하여 적층되고,
상기 레이저 다이오드 모듈은, 상기 다수의 레이저 다이오드 바가 각각 배치되는 다수의 레이저 다이오드 바 조립체의 적층으로 이루어지되,
상기 다수의 레이저 다이오드 바 조립체는,
다수의 레이저 다이오드가 제 1 거리로 이격 배치되는 레이저 다이오드 바;
상기 레이저 다이오드 바의 일단면에 본딩되어 전류를 통과시키는 상부 전극 플레이트; 및
상기 레이저 다이오드 바의 타단면에 본딩되어 상기 레이저 다이오드 바를 냉각하는 냉각 플레이트;를 포함하고,
상기 다수의 레이저 다이오드 바는 서로 상기 제 1 거리의 반인 제 2 거리로 교차 배열되는 것을 특징으로 하는 여기빔 균일화 장치.In an excitation beam equalizing apparatus for equalizing an excitation beam distribution,
A laser diode module for generating an excitation beam in which a plurality of laser diode bars are arranged in an intersecting manner to remove an emitter pattern;
An excitation beam transmission optical system for transmitting the excitation beam; And
And a laser gain medium that absorbs the excitation beam,
The plurality of laser diode bars are stacked by arranging a plurality of emitters arranged in each laser diode bar,
Wherein the laser diode module comprises a plurality of laser diode bar assemblies in which the plurality of laser diode bars are respectively disposed,
The plurality of laser diode bar assemblies include:
A laser diode bar in which a plurality of laser diodes are spaced apart from each other by a first distance;
An upper electrode plate bonded to one end surface of the laser diode bar to pass a current therethrough; And
And a cooling plate bonded to another end face of the laser diode bar to cool the laser diode bar,
Wherein the plurality of laser diode bars are cross-arrayed at a second distance that is half of the first distance from each other.
상기 여기빔 전송 광학계는,
상기 레이저 다이오드 모듈의 급축 방향 발산각을 제어하는 급축 집속 렌즈; 및
상기 레이저 다이오드 모듈의 완축 방향 발산각을 제어하는 완축 집속 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 여기빔 균일화 장치.
The method according to claim 1,
The excitation beam transmission optical system includes:
A rapid focusing lens for controlling the divergent angle in the rapid axis direction of the laser diode module; And
And a perfect convergence lens for controlling a divergent direction divergence angle of the laser diode module.
상기 레이저는 지그재그형 슬랩 레이저인 것을 특징으로 하는 여기빔 균일화 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the laser is a zigzag slab laser.
상기 다수의 레이저 다이오드 바는 1 내지 9㎛의 본딩 공차를 적용하여 본딩되는 것을 특징으로 하는 여기빔 균일화 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of laser diode bars are bonded by applying a bonding tolerance of 1 to 9 占 퐉.
상기 완축 집속 렌즈는 렌즈 결상 조건에 따라 렌즈의 곡률 및 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 여기빔 균일화 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the curvature and position of the lens are determined according to a lens image forming condition of the perfect focusing lens.
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