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의료기기용 고속 고출력 레이저 다이오드 드라이버 개발

A Study On the High Speed High Power LD Driver for Medical Application

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.7 no.4, 2014년, pp.147 - 150  

안준선 (Electronic Engineering of Chungwoon University)

초록
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본 논문은 고속 고출력 레이저 다이오드(Laser Diode: LD) 구동에 사용되는 펄스형 전원장치의 개발에 관하여 논 하였다. 고속 고출력 레이저는 주로 가공기기나 의료기기 등에 응용되고 있어 그 사용 범위가 넓어지는 추세이나 관련된 기술에 대한 연구는 활발히 이루어지지 않은 편이다. 본 연구에서는 고속 고출력 LD의 구동에 적합한 LLC컨버터에 관한 연구를 수행 하였으며 특히 LD의 수명을 고려하여 구동 전류의 주파수를 유지하며 인가되는 전류의 크기를 임계전류를 고려한 방식으로 설계하여 드라이버 설계를 수행하였으며 그 결과를 실험을 통하여 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, pulse current type power supply for laser diode dirver is discussed. High speed high power laser has been using widely because it becomes using on medical or manufacturing equipment, but researches have not being occurred actively. Current profiling method is proposed for improved lif...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 레이저 다이오드의 이러한 구동 특성 때문에 구동 전원의 전류 파형의 안정성은 매우 중요하며, 본 논문에서는 이러한 안정성을 개선하기 위해 앞서 언급한 프로그래머블한 프로파일을 가지는 전류 구동전원을 제안하였고 시뮬레이션과 실험을 통해 이를 검증 하였다.[1]∼[5
  • 본 논문에서는 고출력 레이저 다이오드의 구동을 위한 고속, 고출력의 펄스형 전원장치의 개발에 대하여 논 하였다. 특히 LD의 수명에 큰 영향을 미치는 전류 파형을 개선하기 위해 바이어스 전류를 활용한 전류 프로파일 공급용 드라이버를 추가하여 LD의 수명을 향상시키기 위해 노력하였다.
  • 본 논문에서는 의료기기용 고속 고출력 특성을 가지는 레이저 구동용 전원장치에 대한 연구를 수행하였다. 특히 고가의 레이저 다이오드의 수명을 고려하기 위하여 구동 전류 인가방식을 기존의 출력전류 인가방식과 달리 임계전류를 고려한 프로파일 인가방식을 적용하였다.
  • 본 제안 모델을 검증하기 위한 실험을 수행하였다. 그림 4에 실험 수행을 위한 실험 세팅을 나타내었다.
  • 본 논문에서는 고출력 레이저 다이오드의 구동을 위한 고속, 고출력의 펄스형 전원장치의 개발에 대하여 논 하였다. 특히 LD의 수명에 큰 영향을 미치는 전류 파형을 개선하기 위해 바이어스 전류를 활용한 전류 프로파일 공급용 드라이버를 추가하여 LD의 수명을 향상시키기 위해 노력하였다. 개발된 드라이버는 그 전류특성이 연구 시방을 만족하고 있음을 실험 결과를 통해 확인할 수 있었으며, 향후 본 연구결과를 확대시켜 바이어스 전류 및 전류 프로파일과 LD 수명과의 연관관계에 대한 연구를 다양한 용량의 레이저 다이오드에 대해 추가적으로 수행하여 전류 프로파일과 다이오드의 수명 연장과의 상관관계를 분석할 계획이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레이저 다이오드에 정격 이상의 전류를 인가하면 어떻게 되는가? 레이저 다이오드의 경우 임계전류 이상으로 구동해야 레이저 발진이 일어나기 때문에 임계전류 이하로 구동할 시에는 출력 되지 않으나, 임계전류 이상 전류가 흐르게 되면 급격한 출력의 증가가 발생하게 된다. 또한 정격 이상의 전류를 인가할경우 다이오드의 수명이 급격히 단축되기 때문에 정격전류 이내로 구동하는 것이 매우 중요하고, 다이오드가 구동 시의 온도에 또한 매우 민감하기 때문에 온도가 상승되는 경우 전압 강하 역시 비례적으로 발생되어 손실의 증가가 발생하며, 정전류 구동의 경우 정격 이상의 출력이 발생되어 수명 저하로 이어지게 된다.
레이저는 어디에 사용되는가? 레이저는 그 발명 이후 우주, 국방, 측정 등 특수한 분야에서부터 이용되기 시작하여 현재는 가공, 치료, 통신, 조명, 기록 저장 등 여러 분야에서 쓰이고 있으며 그 추세는 증가 일로에 있다. 이에 따라 다양한 발진 방식의 개발과 초소용량에서 대출력까지 광범위한 제품의 개발이 이루어지고 있으며 그에 필요한 관련 기술의 개발 역시 동시에 이루어지고 있다.
의료기기 분야에 레이저를 사용할 경우의 장점은? 의료기기 분야에서도 레이저를 이용한 수술 및 시술을 위한 기기의 개발이 활발히 이루어지고 있는데 이는 레이저의 여러 특징-예를 들면, 수술용 메스의 경우 절개 및 응고를 동시에 구현-이 기존의 기구 및 방식들로는 구현하기 어렵다는 장점을 가지고 있기 때문이다. 이에 따라 레이저를 이용한 여러 의료용 도구들이 개발되어 활용되고 있으며 관련된 산업 역시 성장 추세에 있다.
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참고문헌 (6)

  1. Xingsheng Liu, et. al., "Development of diode lasers for pumping high power ultrashort pulse lasers," CLEO /PACIFIC RIM '09, 2009. 

  2. P. Gale, "Estimation Laser Diode Lifetimes and Activation Energy," Application Note #33, ILX Lightwave Co., 2008. 

  3. L. Johnson, "Laser Diode Burn-in Reliability Testing," ILX Lightwave Co., 2006. 

  4. M. Ott, "Capabilities and Reliability of LEDs and Laser Diodes," Internal NASA Parts and Packaging Publication, April 25, 1996. 

  5. White, I.H. et. al., "Ultrashort pulse generation in diode laser devices," Photonics Conference (IPC), 2012. 

  6. Single Emitter Diode Lasers, datasheet, Jenoptik, 2014. 

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