2. 하나 이상의 반사 표면은 생성된 펌프 빛의 대부분을 레이저 막대로 향하게 하는 데 사용됩니다. 단일 램프 챔버의 자주 사용되는 구성에는 레이저 로드와 램프가 각각 초점 중 하나 주위에 배치되는 타원형 단면의 반사판이 포함됩니다(그림 1 참조). (두 개의 램프를 사용하는 경우 반사판 단면은 두 개의 부분 타원으로 구성될 수 있습니다.)

3. 레이저 로드에 해로울 수 있는 빛의 스펙트럼 성분을 흡수하여 감쇠시키는 필터 유리 튜브 안에 레이저 로드를 배치할 수 있습니다. 유리 튜브는 또한 냉각수로부터 레이저 크리스탈을 보호하는 역할을 할 수 있습니다(즉, 플로우 튜브 역할을 할 수 있습니다).

4. 일반적으로 냉각수를 기반으로 하는 냉각 배열이 있습니다. 펌프 챔버의 하우징(예: 양극산화 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 제작)에는 물 입구와 출구를 위한 피팅이 있거나 때로는 이러한 피팅이 여러 개 있습니다.

5. 슬래브 레이저의 경우 슬래브의 각 면에 하나의 램프를 사용하는 경우가 많으며, 필터 튜브 대신 슬래브와 램프 사이에 평평한 필터 창을 사용할 수 있습니다.

기본적으로 모든 램프 펌핑 레이저의 경우, 램프 방출의 확산 특성이 엔드 펌핑에 적합하지 않기 때문에 사이드 펌핑 기술이 사용됩니다. 간단한 레이저의 경우, 펌프 챔버는 레이저 공진기를 형성하기 위해 두 개의 레이저 미러로만 보완하면 됩니다. 추가 미러, 선형 편광을 적용하기 위한 브루스터 플레이트, 짧은 펄스 작동을 위한Q 스위치 등 추가 광학 부품을 레이저 공진기 내에 배치할 수 있습니다 .

램프 대신 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 펌프 모듈도 있는데, 이러한 모듈은 펌프 빛을 향하게 하기 위한 반사 챔버가 필요하지 않기 때문에 일반적으로 레이저 펌프 챔버라고 부르지 않습니다. 그러나 이 용어는 여러 개의 펌프 반사가 사용되는 슬래브 레이저 및 박판 레이저의 맥락에서 가끔 사용됩니다.

레이저 게인 미디어

레이저 펌프 챔버에는 다양한 레이저 매체가 사용됩니다. 일반적으로 1064nm에서 방출하기 위해 Nd:YAG를 선택하지만, 다른 출력 파장을 얻기 위한 다양한 유형의 레이저 결정(예: 1047nm용 Nd:YLF, 1.6μm 또는 2.94μm의 Er:YAG 또는 2.1μm의 Ho:YAG)과 광대역 고에너지 증폭기를 위한 에르븀 또는 네오디뮴 도핑 유리봉도 사용할 수 있습니다.

로드 치수 및 도핑 농도

효율적인 펌프 흡수는 고려해야 할 여러 측면 중 하나에 불과합니다!

물론 더 두껍거나 고도로 도핑된 레이저 로드일수록 펌프 방사선을 더 효율적으로 흡수할 수 있습니다. 반면, 높은 레이저 빔 품질과 결합된 효율적인 에너지 추출은 더 두꺼운 로드에서는 잠정적으로 더 어렵고, 높은 도핑 농도는 특히 펄스 레이저에서 업컨버전 현상을 통해 전력 손실이 증가하는 경향이 있습니다. 최적의 로드 직경 선택은 세부적인 상황에 따라 다양한 측면을 절충하여 결정됩니다. 일반적으로 직경이 5~10mm 정도이고 도핑 농도가 중간 정도인 로드가 사용됩니다.

그에 상응하는 긴 로드와 램프를 사용하기 위한 긴 펌프 챔버는 더 높은 레이저 출력 또는 에너지에 적합합니다. 그러나 예를 들어 열 렌즈와 관련된 문제는 높은 출력 수준에서 점점 더 강해지고 있습니다. 일반적으로 로드 길이는 50~200mm입니다.

펌프 챔버는 종종 필요한 최소 길이보다 다소 긴 로드를 사용할 수 있습니다. 그러면 레이저 로드의 바깥 부분은 펌핑되지 않은 상태로 남을 수 있지만, Nd:YAG와 같은 4단계 레이저 매체의 경우 레이저 광의 재흡수가 나타나지 않기 때문에 레이저 효율이 크게 떨어지지는 않습니다. 다소 긴 로드를 사용하면 삽입하기가 더 쉽고 나중에 손상된 끝면을 다시 연마해야 하는 경우 등을 대비해 어느 정도 길이를 줄일 수 있다는 이점이 있습니다.

여러 개의 램프 또는 막대가 있는 디자인

펌프 챔버에 여러 개의 램프를 사용하면 더 높은 펄스 에너지를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 펌프 광을 보다 대칭적으로 분배할 수 있습니다. 따라서 로드 반대편에 램프가 있는 듀얼 램프 설계가 일반적입니다.

경우에 따라 펌프 챔버에는 여러 개의 레이저 로드가 포함되어 있습니다. (레이저 광은 이후 다른 로드를 통해 전송될 수 있습니다.) 다중 로드 챔버를 사용하면 흡수 효율을 높일 수 있으므로 변환 효율과 함께 출력 전력을 높일 수 있습니다.

리플렉터용 재료

펌프 라이트 리플렉터에는 다양한 소재를 사용할 수 있습니다. 금과 은과 같은 금속(황동에 금, 니켈 도금 알루미늄에 은 등 얇은 코팅으로 사용)은 넓은 스펙트럼 범위에서 높은 반사율을 제공합니다. 그리고 스페큘러 반사 때문에 우수한 동력 전달 효율과 펌프 강도의 충분한 균일성을 위해 지오메트리를 최적화해야 합니다. (펌프 프로파일이 균일하지 않으면 열 렌즈 현상 및 빔 포인팅 변동과 같은 문제가 증가할 수 있습니다.)

확산 반사기(실제로는 광 산란기)는 잠정적으로 효율은 떨어지지만 챔버 설계 측면에서 더 견고하고 유연합니다.

흰색 세라믹, 특정 폴리머 재료 또는 포장된 분말(예: 황산 바륨)과 같이 정반사가 아닌 확산 산란을 제공하는 재료도 있습니다. 확산 산란은 로드에서 보다 균일한 펌프 강도 분포를 제공할 수 있지만, 빛이 레이저 로드에 도달하는 데 여러 번의 산란 이벤트가 필요할 수 있으므로 전력 전달 측면에서 잠정적으로 효율성이 떨어집니다. 반면 세라믹 확산 반사판은 내구성이 뛰어난 반면 금속 표면은 시간이 지남에 따라 변색될 수 있으며(특히 완벽하게 깨끗하지 않을 수 있는 냉각수에 노출된 경우) 다시 연마해야 할 수도 있습니다.

특히 직경이 작아 흡수율이 낮은 레이저 로드를 사용하는 경우, 높은 전력 변환 효율을 위해서는 산란 재료의 낮은 흡수율이 중요합니다. 반사(실제 산란) 표면의 기하학적 모양은 덜 중요하며, 예를 들어 로드와 램프를 포함하는 캐비티가 직육면체 또는 타원형인 세라믹을 사용할 수 있습니다. 종종 램프와 레이저 로드 사이의 거리가 짧은 밀착 결합 구성을 사용합니다.

필터 유리

필터 유리의 세부 사항은 레이저 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

위에서 언급했듯이 필터 유리 튜브는 램프 빛의 유해한 스펙트럼 성분으로부터 레이저 로드를 보호하는 데 사용할 수 있습니다. 특히 자외선은 종종 제거되어 결정 결함을 유발하여 광학 투명도를 떨어뜨릴 수 있습니다(태양화). 또한 일부 스펙트럼 성분은 레이저 공정에 유용하지 않고 막대의 추가 가열만 유발하므로 필터 유리에서 제거하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 경우에 따라 흡수된 빛은 레이저 공정에 유용한 더 긴 파장의 형광 빛으로 변환되기도 합니다. Nd:YAG 레이저의 경우 세륨(Ce)과 사마륨(Sm)이 도핑된 규산염 필터 유리가 일반적입니다.

물 흐름

냉각수(일반적으로 물)의 흐름은 과도한 온도를 피하면서 과도한 열을 제거하기에 충분해야 합니다. 또한 레이저 로드 주변의 온도 프로파일이 매우 균일하도록 냉각수 흐름을 최적화하여 난시 열 렌즈 및 빔 포인팅 변동 문제를 최소화하는 것이 유리할 수 있습니다.

대부분의 펌프 챔버는 램프와 막대가 냉각수와 직접 접촉하는 소위 습식 챔버입니다. 그러나 일반적으로 유리 튜브(플로우 튜브)로 해당 부품이 냉각수와 분리된 건식 설계도 있습니다. 후자의 방식은 실용적인 이점이 있을 수 있지만, 특히 레이저 로드 냉각 효과가 떨어집니다.

구조의 세부 사항(예: 사용된 재료)에 따라 냉각수의 순도에 대한 요구 사항이 다를 수 있습니다. 이러한 사양을 벗어난 펌프 챔버를 장시간 작동하면 부식 등으로 인해 심각한 성능 저하 또는 결함이 발생할 수 있습니다.

펌프 챔버 구성의 품질에서 중요한 측면은 냉각수 누출을 안전하게 방지하는 것으로, 그렇지 않으면 전기적 문제(심지어 위험)나 광학 표면의 오염을 초래할 수 있습니다.

OEM 펌프 챔버

펌프 챔버는 해당 레이저 로드와 램프를 포함하거나 포함하지 않고 판매할 수 있습니다. 제조업체가 펌프 챔버를 직접 제작하지 않고도 램프 펌핑 레이저를 생산할 수 있도록 OEM 부품으로 사용되는 경우가 많습니다.