KR102133050B1

KR102133050B1 - 레이저 시스템

Info

Publication number: KR102133050B1
Application number: KR1020180140354A
Authority: KR
Inventors: 이자인; 박성용; 도재환
Original assignee: 주식회사 하이로닉
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-07-10
Also published as: KR20200056552A

Abstract

실시예들은 레이져 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광섬유의 밴딩(bending)을 조정하여 균일한 빔 프로파일을 발생시키는 레이저 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 시스템은, 빔을 출력하는 펌핑용 소스, 상기 빔에 의해 빛을 발생시키는 레이저 물질 및 상기 레이저 물질에서 발생하는 상기 빛을 공진시켜 레이저 빔을 생성하는 미러(mirror)를 포함하는 공진기를 포함하는 레이저 빔 생성부 및 상기 레이저 빔 생성부에서 생성된 레이저 빔을 전파하는 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유는 서로 다른 굴절률을 가지는 코어(core) 및 클래드(clad)를 포함하고, 기 설정된 곡률(curvature)로 밴딩(bending)된 것일 수 있다.

Description

레이저 시스템{LASER SYSTEM}

아래 실시예들은 레이져 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광섬유의 밴딩(bending)을 조정하여 균일한 빔 프로파일을 발생시키는 레이저 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 레이저(LASER)란 "Light Amplified by Stimulated Emission of Radiation"의 약자이다. 레이저의 작동원리는 "복사파의 유도 방출에 의한 빛의 증폭" 그 이름이 시사하는 대로, 레이저 기계 내에서 하나의 광입자가 밀도반전 상태의 매질 속에 있는 똑같은 파장의 다른 광입자의 방출을 유도한다.

광입자는 공진기 내에 설치된 거울에 반사되어 다시 매질 내를 통과하며 다른 광입자의 방출을 유도한다. 공진기 내에 두 개의 거울이 있는데 전면에 위치한 거울은 반투과성이어서 광입자를 일부 통과시킨다. 이렇게 얻어진 빛은 일반적으로 밝고 광입자와 같은 파장이며, 일시적 또는 공간적으로 결합력을 가지며 확산되지 않고 평행으로 전도되는 평행광선인데 이것이 바로 레이저 광선이다.

즉, 어떤 궤도에 있는 전자를 외부의 에너지를 가함으로서 높은 에너지 레벨로 끌어올린 후 다시 원위치로 돌아가면서 발생하는 에너지 차이를 빛으로 바꾸어 이 빛들을 특수한 장치를 이용하여 한 방향으로 모아서 강한 에너지를 가지도록 증폭시키는 장치를 말한다.

이러한 레이저는 그 발생장치에 들어있는 매체가 어떤 물질인가에 따라서 고체 레이저(루비 레이저, 알렉산드라이트 레이저 등)와 액체 레이저(색소 레이저), 기체 레이저(이산화탄소레이저 등), 기타 반도체 레이저 등으로 구분할 수 있다.

상기 물질들은 그 각자의 광학적 특성에 따라서 항상 일정한 파장의 빛을 만들어내게 되며 이 파장에 따라서 레이저를 어떤 곳에 이용할 것인지가 결정된다.

레이저는 일정한 파장의 빛을 아주 강하게 만들어서 쪼여주는 장치이므로 파장과 에너지 수준에 따라서 여러가지 목적으로 다양하게 사용될 수 있다.

한편, 현대 의학에서 레이저는 다양한 형태로 의학에 이용되고 있다. 이전 수술 분야에 국한되었던 레이저의 의학적 응용은 최근 들어 비관혈적 진단 및 치료 분야에까지 폭 넓게 확장되고 있다. 처음에 레이저는 외과적 치료에 도입되었고, 외과 영역에 도입된 레이저는 출력 에너지가 큰 레이저로서 조직파괴 작용이 있다.

이러한 조직파괴 현상을 통해 조직절단, 응고 및 지혈 등에 고출력 레이저가 응용되었다. 이렇듯, 현대 의학에서도 폭넓게 적용되고 있는 레이저는 피부 미용에서도 다양하게 이용되고 있다.

레이저를 이용한 치료에 있어서, 레이저가 방출되는 레이저 조사기를 환자의 치료부위에 적용하되 의료진이 레이저가 조사되는 핸드피스를 직접 들고 수작업으로 치료하였다.

특히 피부 질환 치료나 피부 케어를 위한 시술 시 사용되는 레이저의 경우에는, 레이저가 피부에 균일하게 조사되어야하므로, 핸드피스에서 조사되는 레이저의 빔프로파일 균일성이 매우 중요하다.

다만 기존의 산업용 레이저에서는 에너지의 세기나 펄스 폭등이 가장 중요한 변수였고, 빔프로파일의 균일성은 중요한 변수가 아니였기 때문에, 불균일한 빔프로파일을 가지는 레이저가 빈번하게 만들어져 사용되는 문제가 있었다.

불균일한 빔프로파일을 가지는 레이저로 피부 질환 치료나 피부 케어의 시술하는 경우 그 효과가 기대보다 낮아져 의료진과 환자들의 불만이 높았다.

불균일한 빔프로파일을 개선하기 위한 다양한 개선 시스템이 개발되었지만, 기존 개선 시스템에는 렌즈 광학 시스템을 이용하여 빔프로파일의 균일성을 개선하는 방식이 주로 사용되어 왔다

그러나, 렌즈 광학 시스템을 이용한 빔프로파일 균일성 개선 방식은 레이저 빔프로파일을 레이저를 가우시안(Gaussian) 또는 허마이트-가우시안(Hermite-Gaussian, HG) 모드로 발진을 한 상태에서 광섬유(fiber) 등에 입력빔을 시킬 시, 광학 시스템이 더욱 복잡해지는 단점이 있었다.

또한, 이러한 개선 방식은 레이저의 펄스폭이 감소할수록, 그리고 미러의 곡률과 레이저 매질의 설계가 제대로 되지 않을수록, 불균일성이 높은 빔프로파일이 생성되는 문제가 있었다.

일 측에 따른 레이저 시스템은 빔을 출력하는 펌핑용 소스, 및 상기 빔에 의해 빛을 발생시키는 레이저 물질 및 상기 레이저 물질에서 발생하는 상기 빛을 공진시켜 레이저 빔을 생성하는 미러(mirror)를 포함하는 공진기를 포함하는 레이저 빔 생성부; 및 상기 레이저 빔 생성부에서 생성된 레이저 빔을 전파하는 광섬유를 포함하고 상기 광섬유는 서로 다른 굴절률을 가지는 코어(core) 및 클래드(clad)를 포함하고, 기 설정된 곡률(curvature)로 밴딩(bending)된 레이저 시스템이다.

상기 광섬유는 상기 광섬유에 입사된 상기 레이저 빔을 도파로 분산(waveguide dispersion) 시키도록 밴딩된다.

상기 코어의 굴절률은 상기 클래드의 굴절률 보다 높도록 구성된다.

상기 코어 및 클래드는 서로 다른 반경을 가지도록 구성된다.

상기 레이저 시스템은 상기 광섬유에서 출력된 레이저 빔이 균일한 빔프로파일을 가지는지 판단하는 빔프로파일 판단부; 및 상기 광섬유에서 출력된 레이저 빔이 균일한 빔프로파일을 가지도록 상기 광섬유의 밴딩을 조정하는 광섬유 밴딩 제어부를 더 포함한다.

상기 빔프로파일 판단부는 상기 광섬유에서 출력된 레이저 빔의 빔프로파일이 기준 빔프로파일 대비 기 설정된 기준 이상 균일한지 여부를 판단한다.

상기 광섬유 밴딩 제어부는 상기 광섬유의 밴딩 곡률을 조정하는 밴딩 곡률 제어부, 상기 광섬유의 밴딩 방향을 조정하는 밴딩 방향 제어부, 및 상기 광섬유의 밴딩 위치를 조정하는 밴딩 포인트 제어부를 포함한다.

상기 광섬유 밴딩 제어부는 상기 빔프로파일 판단부의 판단 결과에 따라, 상기 광섬유에서 출력된 레이저 빔의 빔프로파일이 기준 빔프로파일 대비 균일한 방향으로, 상기 광섬유의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트 중 적어도 하나를 조정한다.

도 1은 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이저 빔 생성부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광섬유의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 광섬유 내 레이저 빔의 진행 경로를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 레이저 시스템에서 생성된 레이저 빔의 빔프로파일을 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 광섬유 밴딩 제어부를 포함한 레이저 시스템을 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 광섬유 밴딩 제어부를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 광섬유 밴딩 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 동작, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 동작, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 일 실시예에 따른 레이저 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 시스템(100)은 레이저 빔 생성부(110)와 광섬유(120)을 포함할 수 있다.

레이저 빔 생성부(110)는 레이저 빔을 생성하여, 생성된 레이저 빔을 광섬유(120)에 입사시키도록 구성될 수 있으며, 레이저 빔 생성부(110)의 구성에 대해서는 이하 도 2에서 자세히 설명하도록 한다.

광섬유(120)는 레이저 빔 생성부(110)에서 생성된 레이저 빔을 전파시키며, 광섬유(120)는 코어(121), 클래드(122)을 포함할 수 있다. 광섬유(120)의 중심부를 코어(core, 121)로, 코어(121)의 둘레를 이루는 부분을 클래드(clad, 122)로 구성시킬 수 있다.

클래드(122)는 코어(121)에 비하여 굴절률이 낮은 매질로 구성될 수 있기 때문에, 코어(121)에 입사된 레이저 빔은 클래드(122)와의 경계면에서 전반사(全反射)를 반복하게 되어 코어(121) 내에서 밖으로 나오지 못하고 전파되어 갈 수 있다.

일 실시예에 따른 광섬유(120)는 밴딩(bending)되어 구성될 수 있으며, 광섬유(120)의 밴딩된 구성에 의해, 광섬유(120)에 입사된 레이저 빔은 균일한 빔프로파일을 가지며 출력될 수 있다. 광섬유(120)에 대해서는 이하 도 3 내지 5에서 자세히 설명하도록 한다.

도 2는 일 실시예에 따른 레이저 빔 생성부(110)의 구성을 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 빔 생성부(110)는 펌핑용 소스(10), 제 1 렌즈(20,30), 제 1 미러(40), 레이저 물질(50), 제 2 렌즈(60), 제 2 미러(70)를 포함할 수 있다.

펌핑용 소스(10)에서 출력된 빔은 광섬유 접합계 혹은 제 1 렌즈들(20, 30)에 의해 적절한 빔 모양으로 만들어진 다음, 희토류 물질 등이 첨가된 레이저 물질(50)에 종펌핑 혹은 횡펌핑된다.

이때, 펌핑에 의해 레이저 물질(50)에서 발생한 빛을 레이저 빔으로 만들기 위해, 제 1 미러(40), 레이저 물질(50), 제 2 렌즈(60), 제 2 미러(70)로 이루어진 공진기(미도시)가 구성된다.

공진기(미도시)는 펌핑에 의해 레이저 물질(50)에서 발생한 빛을 레이저 빔으로 만들기 위해, 빛을 전반사 또는 고반사하는 제 1 미러(40)와 빛을 일부 반사하는 제 2 미러(70)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 공진기(미도시)는 파브리-페롯(Fabry-Perot) 공진기로 구성될 수 있는데, 파브리-페롯(Fabry-Perot) 공진기는 마주 보게 둔 반사 미러(제 1 미러(40), 제 2 미러(70)) 사이에 빛을 왕복시켜 증폭, 발진시킨다. 이때, 공진기의 측면은 열려 있어 개방 공진기(open resonator)라 한다.

공진기(미도시)로부터 출력되는 레이저 빔의 공간적인 단면 모양은 공진기(미도시)에서 공진할 수 있는 공간 모양, 즉 공간 횡모드(transverse mode)에 의해 결정된다.

공간 모드에는 흔히 TEM 모드라고 불리는 허마이트-가우시안(Hermite-Gaussian, HG) 모드와, 도넛 모드라고 불리는 라게르-가우시안(Laguerre-Gaussian, LG) 모드가 있다.

본 명세서에서는 공진기(미도시)가 레이저 빔을 허마이트-가우시안(Hermite-Gaussian, HG) 모드로 발진시키는 것으로 설명하나, 일 실시예의 레이저 시스템(100)은 이에 한정되지 아니하며, 라게르-가우시안(Laguerre-Gaussian, LG) 모드 등의 공간 횡모드(tramsverse mode) 등 다양한 출력 모드도 구현가능하다 할 것이다.

도 3은 일 실시예에 따른 광섬유(120)의 구성을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 도 (a)는 광섬유(120)를 대략적으로 나타낸 도면이며, 도 (b)는 광섬유(120)의 a-a' 단면 구성을 도시한 도면으로, 일 실시예에 따른 광섬유(120)는, 코어(121) 및 코어(121)를 둘러싸도록 마련되는 클래드(122)를 포함할 수 있다.

도 (a)를 참조하면, 코어(121)는 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 클래드(122)는 코어(121)를 감싸도록 원형 실린더 형상을 가질 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 아니하고, 코어(121)와 클래드(122)는 다양한 형상을 가질 수 있다.

일 실시예에 따른 광섬유(120)는 레이저 빔을 전송하는데 이용될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 광섬유(120)는 레이저 빔을 전송하면서 레이저 빔이 균일한 빔프로파일을 가질 수 있도록 밴딩되어 구성될 수 있다.

코어(121)와 클래드(122)는 서로 다른 밀도를 가지는 매질로 구성될 수 있으며, 이에 따라 코어(121)와 클래드(122)는 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 코어(121)의 매질의 굴절률이 상대적으로 클래드(122)의 매질의 굴절률보다 높게 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

일 실시예에 따른 코어(121)와 클래드(122)의 굴절률은 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔의 빔프로파일이 균일한 빔프로파일을 가지도록 다양하게 구성될 수 있다.

그리고, 코어(121)와 클래드(122)는 광섬유(120) 내 위치에 따라 서로 다른 굴절률 또는 반경을 가지도록 구성될 수 있다. 일례로, 광섬유(120) 내 제 1 위치에서는 코어(121)와 클래드(122)의 반경이 1:2로 구성될 수 있으며, 광섬유(120) 내 제 2 위치에서는 코어(121)와 클래드(122)의 반경이 1:1로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 광섬유(120) 내 제 1 위치에서의 코어(121)와 클래드(122)의 굴절률은 광섬유(120) 내 제 2 위치에서의 코어(121)와 클래드(122)의 굴절률과 상이하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 코어(121)와 클래드(122)의 반경은 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔의 빔프로파일이 균일한 빔프로파일을 가지도록 다양하게 구성될 수 있는 것이다.

도 4는 일 실시예에 따른 광섬유(120) 내 레이저 빔의 진행 경로를 도시한 도면이다

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 광섬유(120)는 밴딩(bending)되어 구성될 수 있으며, 레이저 빔 생성부(110)에서 생성된 레이저 빔이 밴딩된 광섬유(120)를 통과하여 출력된다.

광섬유(120)에 입력된 레이저 빔은 코어(121) 내에서 전파되는데, 밴딩된 광섬유(120)에 입력된 레이저 빔은 밴딩된 구간에서 커브(curve)를 일으키게 된다.

밴딩된 구간에서 커브를 일으킨 레이저 빔은 광섬유(120)의 밴딩 곡률, 밴딩 형태 등의 구조적인 요인에 의하여, 하나의 레이저 빔이 다수의 레이저 빔들로 분산(dispersion) 즉, 도파로 분산(waveguide dispersion)이 이뤄질 수 있다.

밴딩된 광섬유(120) 내에서 도파로 분산된 레이저 빔들은 각 레이저 빔들의 속도 차이로 인하여 각 레이저 빔들의 진행 경로 또는 진행 길이가 달라질 수 있다.

도면에서, 밴딩된 광섬유(120)에 입력된 하나의 레이저 빔(1)은 밴딩된 구간을 진행하면서, 다수의 레이저 빔들(1a, 1b)로 도파로 분산되는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 밴딩된 광섬유(120)에 입력된 레이저 빔(1)은 밴딩된 구간에서 여러 레이저 빔들(1a, 1b)로 도파로 분산되고, 분산된 레이저 빔들(1a, 1b)은 광섬유(120)의 출력단에서 각각 다른 위치에 도착하게 된다. 즉, 분산된 레이저 빔들(1a, 1b)의 출력 위치가 각 레이저 빔(1a, 1b) 마다 다르게 분포될 수 있는 것이다.

일 실시예에 따른 레이저 시스템(100)은 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔의 빔프로파일이 균일한 빔프로파일을 가지도록 광섬유(120)를 밴딩시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 밴딩된 광섬유(120)에 입력된 레이저 빔은 여러 레이저 빔들로 도파로 분산되고, 분산된 레이저 빔들은 각각 광섬유(120)의 출력단에서 각각 다른 위치에 도착하게 된다. 따라서, 이를 이용하여 출력단의 레이저 빔의 빔프로파일이 균일하도록, 광섬유(120)의 밴딩을 구성할 수 있다.

일 실시예에 따른 레이저 시스템(100)은 밴딩의 곡률, 방향, 포인트를 조정하여, 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔의 빔프로파일이 균일한 빔프로파일을 가지도록 할 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 도 6 이하에서 서술하도록 한다.

또한, 전술한 바와 같이, 광섬유(120)의 코어(121)와 클래드(122)는 광섬유(120) 내 위치마다 서로 다른 굴절률 또는 반경을 가지도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 레이저 시스템(100)은 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔의 빔프로파일이 균일한 빔프로파일을 가지도록, 광섬유(120)의 밴딩 구간에서의 코어(121)와 클래드(122)의 매질 또는 반경을 다르게 구성시킬 수 있는 것이다.

일례로, 직선 구간인 제 1 구간에서의 코어(121)와 클래드(122)의 매질 또는 반경과, 밴딩 구간인 제 2 구간에서의 코어(121)와 클래드(122)의 매질 또는 반경을, 각각 다르게 구성할 수 있다.

그리고, 광섬유(120)의 밴딩 구간에서의 코어(121)와 클래드(122)도 위치에 따라 굴절률 또는 반경이 달라질 수 있으며, 계단형 굴절률 분포 및 언덕형 굴절률 분포의 정도가 더 심해지거나 완화되도록 구성될 수 있다. 또한, 코어(121)와 클래드(122)를 서로 다른 종류의 광섬유(fiber)로 부분적으로 다르게 구성시킬 수 있다.

일례로, 밴딩 구간 내 제 3 구간에서의 코어(121)와 클래드(122)의 굴절률 또는 반경과, 밴딩 구간 내 제 3 구간과 다른 제 4 구간에서의 코어(121)와 클래드(122)의 굴절률 또는 반경을, 각각 다르게 구성할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 레이저 시스템(100)에서 생성된 레이저 빔의 빔프로파일을 도시한 도면이다.

도 (a)는 레이저 빔 생성부(110)에서 생성되어 광섬유(120)에 입력된 레이저 빔의 빔프로파일을 도시한 도면이고, 도 (b)는 광섬유(120)를 통과한 레이저 빔의 빔프로파일을 도시한 도면이다.

도 5 (b)를 참조하면, 광섬유(120)를 통과한 레이저 빔의 에너지가 일정하고 균일한 세기로 출력되고 있음을 확인할 수 있다. 일 실시예에 따라 밴딩된 광섬유(120)를 포함하는 레이저 시스템(100)은 도 5 (b)와 같이 균일한 빔프로파일을 가지는 레이저 빔을 출력할 수 있는 것이다.

도 6은 일 실시예에 따른 광섬유 밴딩 제어부(105)를 포함한 레이저 시스템을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이저 시스템(100)은 레이저 생성부(101), 빔프로파일 판단부(103) 및 광섬유 밴딩 제어부(105)를 포함할 수 있다.

레이저 시스템(100) 내에 포함된 다양한 개체들(entities) 간의 통신은 유/무선 네트워크(미도시)를 통해 수행될 수 있다. 유/무선 네트워크는 표준 통신 기술 및/또는 프로토콜들이 사용될 수 있다.

레이저 생성부(101)는 도 1에서 전술한 레이저 시스템(100)의 구성들을 포함하며, 레이저 빔을 생성하는 하드웨어 구성들을 포함할 수 있다.

즉, 레이저 생성부(101)는 펌핑용 소스(10), 제 1 미러(40), 레이저 물질(50), 제 2 렌즈(60) 등을 포함하는 레이저 빔 생성부(110) 및 밴딩된 광섬유(120)를 포함할 수 있다.

레이저 생성부(101)는 다양한 세기, 모드, 특성의 레이저 빔을 생성하기 위해 하드웨어 구성이 달라질 수 있다. 따라서, 레이저 생서부(101)의 구성은 도면에 도시된 구성들로 한정되지 아니하며, 다양한 레이저 빔을 생성하는데 필요한 여러 하드웨어 구성들을 포함할 수 있다.

빔프로파일 판단부(103)는 레이저 생성부(101)의 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔이 균일한 빔프로파일을 가지는지 판단한다.

빔프로파일 판단부(103)는 빔프로파일이 균일한지 여부를 다양한 방법으로 판단할 수 있다.

일례로, 빔프로파일 판단부(103)는 레이저 생성부(101)의 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔의 빔프로파일을 사용자로부터 입력된 빔프로파일(기준 빔프로파일)과 비교하여 출력된 빔프로파일의 균일성 여부를 판단할 수 있다.

다만, 빔프로파일의 균일성은 매질의 굴절률 분포 및 빔의 도파 특성 등 여러 변수에 따라 달라질 수 있으므로, 균일성 확인 방법은 하나의 방법으로 한정되지 아니하며, 빔프로파일 판단부(103)는 다양한 방법으로 판단할 수 있다 할 것이다.

빔프로파일 판단부(103)는 판단 결과를 출력장치(미도시)를 통해 사용자에게 출력할 수 있으며, 판단 결과에는 빔프로파일의 균일성 여부, 기준 빔프로파일 대비 균일성 정도 등이 포함될 수 있다.

그리고, 빔프로파일 판단부(103)는 판단 결과를 광섬유 밴딩 제어부(105)에 전달할 수 있다.

광섬유 밴딩 제어부(105)는 빔프로파일 판단부(103)에서 전달받은 판단 결과를 이용하여, 레이저 생성부(101)의 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔이 기준 빔프로파일 대비 일정 기준 이상 균일한 빔프로파일을 가지도록 광섬유(120)의 밴딩을 조정할 수 있다.

광섬유 밴딩 제어부(105)는 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔이 기준 빔프로파일 대비 균일한 빔프로파일을 가지는 방향으로, 광섬유(120)의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트를 조정할 수 있다.

즉, 광섬유 밴딩 제어부(105)는 빔프로파일 판단부(103)의 판단 결과, 빔프로파일이 균일하지 않거나 기준 빔프로파일 대비 일정 기준 이상 균일하지 않다고 판단되면, 광섬유(120)의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트를 조정할 수 있는 것이다.

이때, 광섬유 밴딩 제어부(105)는 기 설정된 알고리즘에 따라, 광섬유(120)의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

또한, 광섬유 밴딩 제어부(105)는 사용자가 입력한 값에 따라, 광섬유(120)의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트 중 적어도 하나를 조정할 수 있다. 사용자는 빔프로파일 판단부(103)의 판단 결과를 확인한 후, 빔프로파일의 균일성을 높이는 방향으로 광섬유(120)의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트 중 적어도 하나를 조정할 수 있는 것이다.

일실시예에 따른 레이저 시스템(100)은 광섬유(120)의 밴딩을 제어할 수 있음에 따라, 레이저 빔의 세기, 모드, 특성이 바뀌더라도, 균일한 빔프로파일을 가지는 레이저 빔을 출력할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 광섬유 밴딩 제어부(105)를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 광섬유 밴딩 제어부(105)는 밴딩 곡률 제어부(151), 밴딩 방향 제어부(153) 및 밴딩 포인트 제어부(155)를 포함할 수 있다.

광섬유 밴딩 제어부(105)의 하드웨어 구성은 다양하게 구현될 수 있다. 밴딩 곡률 제어부(151)와 밴딩 섬유 방향 제어부(153)를 통합하거나, 밴딩 방향 제어부(153)와 밴딩 포인트 제어부(155)를 통합하여 하드웨어를 구성할 수 있다. 이와 같이, 광섬유 밴딩 제어부(105)의 하드웨어 구성은 본 명세서의 기재에 한정되지 아니하며, 다양한 방법과 조합으로 구현될 수 있다.

밴딩 곡률 제어부(151)는 광섬유(120)의 밴딩 정도 즉, 굽은 정도를 조정할 수 있다. 곡률(curvature)은 광섬유(120)의 굽은 정도를 계산한 값으로, 밴딩 곡률 제어부(151)는 기 설정된 알고리즘에 따라 설정되거나 사용자가 입력한 곡률(curvature) 값에 따라 광섬유(12)를 밴딩시킬 수 있는 것이다.

밴딩 방향 제어부(153)는 광섬유(120)의 밴딩 방향 즉, 밴딩되는 상하 또는 좌우 방향을 조정할 수 있다. 광섬유(120)는 3차원 공간에서 다양한 방향으로 밴딩될 수 있으므로, 밴딩 방향 제어부(153)는 광섬유(120)가 밴딩되는 상하 또는 좌우 방향을 제어할 수 있다. 밴딩 방향 제어부(153)는 기 설정된 알고리즘에 따라 설정되거나 사용자가 입력한 방향 값에 따라 광섬유(12)을 밴딩시킬 수 있는 것이다.

밴딩 포인트 제어부(155)는 광섬유(120)이 밴딩되는 중심 위치를 조정할 수 있다. 밴딩 포인트 제어부(155)는 기 설정된 알고리즘에 따라 설정되거나 사용자가 입력한 위치 값에 따라 해당 위치를 중심으로 광섬유(12)을 밴딩시킬 수 있다.

이하에서는, 밴딩 곡률 제어부(151), 밴딩 방향 제어부(153) 및 밴딩 포인트 제어부(155)를 포함하는 광섬유 밴딩 제어부(105)를 이용하여, 광섬유(120)의 밴딩을 제어하는 방법에 대해서 설명하도록 한다.

도 8은 일 실시예에 따른 광섬유(120)의 밴딩 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 광섬유 밴딩 제어 방법은 기준 빔프로파일 정보 수신 동작(301), 광섬유 밴딩 제어 동작(303), 빔프로파일 균일성 판단 동작(305), 광섬유 밴딩 정보 저장 동작(305)을 포함하여 이루어질 수 있다.

우선, 기준 빔프로파일 정보 수신 동작(301)으로, 광섬유 밴딩 제어부(105)는 레이저 시스템(100) 내에 구비된 사용자 인터페이스(미도시)를 통해 기준 빔프로파일 정보를 수신할 수 있다.

기준 빔프로파일 정보는 사용자가 레이저 시스템(100)에서 출력되길 원하는 빔프로파일에 대한 형태, 출력 세기 등의 정보이다. 일 실시예에서는 기준 빔프로파일을 균일한 출력 세기를 가지는 빔프로파일로 설명하나 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 기준 빔프로파일은 사용자가 원하는 다양한 형태, 출력 세기의 빔프로파일로 설정될 수 있다.

그리고, 광섬유 밴딩 제어 동작(303)으로, 광섬유 밴딩 제어부(105)는 광섬유(120)의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트를 조정하여, 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔이 기준 빔프로파일 대비 균일한 빔프로파일을 가지도록 제어할 수 있다.

즉, 광섬유 밴딩 제어부(105)는, 빔프로파일 균일성 판단 동작(305)에서의 빔프로파일 판단부(103)의 판단 결과, 빔프로파일이 균일하지 않거나 기준 빔프로파일 대비 일정 기준 이상 균일하지 않다고 판단되면, 광섬유(120)의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트를 조정할 수 있는 것이다.

그리고, 빔프로파일 균일성 판단 동작(305)으로 빔프로파일 판단부(103)는 빔프로파일이 균일한지 여부를 다양한 방법으로 판단할 수 있다.

일례로, 빔프로파일 판단부(103)는 레이저 생성부(101)의 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔의 빔프로파일을 사용자 인터페이스(미도시)를 통해 수신된 기준 빔프로파일과 비교하여 출력된 레이저 빔의 빔프로파일의 균일성 여부를 판단할 수 있다.

다만, 빔프로파일의 균일성은 레이저 빔의 세기, 모드, 특성에 따라 달라질 수 있으므로, 균일성 확인 방법을 하나의 방법으로 한정하지 아니하며, 빔프로파일 판단부(103)는 다양한 방법으로 판단할 수 있다 할 것이다.

그리고, 광섬유 밴딩 정보 저장 동작(307)으로, 광섬유(120)에서 출력되는 레이저 빔위 빔프로파일이 균일하다고 판단되면, 광섬유 밴딩 제어부(105)는 밴딩 곡률, 방향, 포인트 값을 레이저 시스템(100) 내에 구비된 데이터베이스(미도시)에 저장할 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU), 그래픽 프로세싱 유닛(Graphics Processing Unit; GPU), ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuits; ASICS), 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

빔을 출력하는 펌핑용 소스, 및
상기 빔에 의해 빛을 발생시키는 레이저 물질 및 상기 레이저 물질에서 발생하는 상기 빛을 공진시켜 레이저 빔을 생성하는 미러(mirror)제1미러, 레이저 물질, 제2렌즈 및 제2미러를 포함하는 공진기와 제1렌즈를 포함하는 레이저 빔 생성부; 및
상기 레이저 빔 생성부에서 생성된 레이저 빔을 전파하는 광섬유를 포함하고,
상기 펌핑용 소스에서 출력된 빔은 제1렌즈에 빔 모양으로 만들어진 다음 희토류 물질이 첨가된 상기 레이저 물질에 종펌핑 또는 횡펌핑되며,
상기 광섬유는,
서로 다른 굴절률과 반경을 가지는 코어(core) 및 상기 코어보다 굴절률이 높지 않은 클래드(clad)를 포함하고,
기 설정된 곡률(curvature)로 밴딩(bending)되어 상기 광섬유에 입사된 상기 레이저 빔을 도파로분산(waveguide dispersion)시키도록 하고,
상기 광섬유의 제 1 위치에서의 상기 코어는 상기 광섬유의 제 2 위치의 상기 코어와 상이한 굴절률을 가지고, 상기 광섬유의 제 1 위치에서의 상기 클래드는 상기 광섬유의 제 2 위치의 상기 클래드와 상이한 굴절률을 가지도록 구성되며하고, 상기 각 위치에서 상기 코어와 클래드의 반경의 비(ratio)가 달리 구성되게끔 하며,
상기 광섬유의 상기 코어 및 상기 클래드의 위치별 굴절률 분포는 계단형 굴절률 분포 또는 언덕형 굴절률 분포를 포함하는 것으로,
상기 코어와 상기 클래드는 서로 다른 종류의 광섬유로 부분적으로 다르게 구성할 수 있는 것이되,
상기 광섬유에서 출력된 레이저 빔이의 프로파일이 기준 빔프로파일 대비 기 설정된 기준 이상 균일한 빔프로파일을 가지는지 판단하는 빔프로파일 판단부; 및
상기 광섬유에서 출력된 레이저 빔이 균일한 빔프로파일을 가지도록 상기 광섬유의 밴딩을 조정하는되, 상기 광섬유의 밴딩 곡률을 조정하는 밴딩 곡률 제어부, 상기 광섬유의 상하 또는 좌우 밴딩 방향을 조정하는 밴딩 방향 제어부, 및 상기 광섬유의 밴딩 중심 위치를 조정하는 밴딩 포인트 제어부를 포함하는, 광섬유 밴딩 제어부를 더 포함하는 것으로,
상기 광섬유 밴딩 제어부는,
상기 빔프로파일 판단부의 판단 결과에 따라, 상기 광섬유에서 출력된 레이저 빔의 빔프로파일이 기준 빔프로파일 대비 기 설정된 기준 이상 균일한 방향으로, 기 설정된 알고리즘에 따라, 상기 광섬유의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트 중 적어도 하나를 조정하는 것으로,
상기 광섬유 밴딩 제어부는,
사용자 인터페이스를 통해 출력이 요구되는 빔프로파일의 형태, 세기를 포함하는 기준 빔프로파일 정보를 수신하고, ,
상기 광섬유의 밴딩 곡률, 밴딩 방향, 밴딩 포인트를 조정하여, 상기 광섬유에서 출력되는 레이저 빔이 상기 빔프로파일 판단부의 판단 결과 상기 기준 빔프로파일 대비 균일한 빔프로파일을 가지도록 하고,
상기 광섬유에서 출력되는 레이저 빔의 빔프로파일이 균일하다고 판단되면, 상기 밴딩 곡률, 밴딩방향 및 밴딩 포인트 값을 데이터베이스에 저장하는 레이저 시스템.
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