KR100284759B1 - Second harmonic generator - Google Patents

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KR100284759B1 KR1019930020339A KR930020339A KR100284759B1 KR 100284759 B1 KR100284759 B1 KR 100284759B1 KR 1019930020339 A KR1019930020339 A KR 1019930020339A KR 930020339 A KR930020339 A KR 930020339A KR 100284759 B1 KR100284759 B1 KR 100284759B1
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Abstract

본 발명은 제2고조파 발생 장치에 관해 기술한다.The present invention describes a second harmonic generating device.

본 발명 제2고조파 발생장치는 소정 거리의 광학적 공진 구간을 제공하며, 펌핑 광이 입사되는 입사경로와, 공진 구간내에서 발생되는 고조파가 출사되는 출사 경로를 제공하는 수단과, 상기 공진 구간에 설치되어 입사된 펌핑 광에 의해 기본파를 발생하는 이득 매체와, 상기 공진 구간에 설치되어 상기 기본파로부터 고조파를 발생하는 인접된 두개의 비선형 단결정 소자 요소와, 상기 이득 매체와 상기 비선형 단결정 소자의 사이에 마련되는 편광 제어 수단을 갖춘다. 이때 상기 인접된 두개의 단결정 소자의(Extraordinary axis) 축간은 서로 90°를 이루게 구성되어 상-지연에 의한 비선형 단결정 소자의 온도변화를 줄임으로써, SHG의 물리적 광학적 안정성을 높인다.The second harmonic generator according to the present invention provides an optical resonance section of a predetermined distance, means for providing an incident path through which pumped light is incident, and an emission path through which harmonics generated in the resonance section are emitted, and installed in the resonance section. A gain medium generating a fundamental wave by the incident pumping light, two adjacent nonlinear single crystal element elements disposed in the resonance section and generating harmonics from the fundamental wave, between the gain medium and the nonlinear single crystal element. It is provided with the polarization control means provided in. In this case, the two adjacent single crystal elements (Extraordinary axis) The axis is configured to be 90 ° to each other to reduce the temperature change of the nonlinear single crystal device due to the phase-delay, thereby improving the physical and optical stability of the SHG.

Description

제2고조파 발생장치Second harmonic generator

제1도는 종래 제2고조파 발생장치의 개략적 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a conventional second harmonic generator.

제2도는 제1도에 도시된 종래 제2고조파 발생장치의 비선형 단결정소자에 대한 진행광의 배열구조를 보인 도면.FIG. 2 is a view showing an arrangement structure of traveling light for a nonlinear single crystal device of the conventional second harmonic generator shown in FIG.

제3도는 본발명의 제1실시예의 개략적 구성도.3 is a schematic structural diagram of a first embodiment of the present invention.

제4도는 본발명의 제2실시예의 개략적 구성도.4 is a schematic structural diagram of a second embodiment of the present invention.

제5도는 본발명의 제3실시예의 개략적 구성도.5 is a schematic structural diagram of a third embodiment of the present invention.

제6도는 본발명의 제4실시예의 개략적 구성도.6 is a schematic structural diagram of a fourth embodiment of the present invention.

제7도는 본발명에 따른 제2고조파 발생장치의 비선형 단결정소자의 배열 구조의 제1예를 보인 도면.7 is a view showing a first example of an arrangement structure of a nonlinear single crystal device of a second harmonic generator according to the present invention.

제8도는 발명에 따른 제2고조파 발생장치의 비선형 단결정소자의 배열 구조의 제2예를 보인 도면이다.8 is a view showing a second example of the arrangement structure of the nonlinear single crystal element of the second harmonic generator according to the invention.

본발명은 제2고조파 발생 장치에 관한 것으로서, 안정된 온도 조절이 가능하여 동작 안정성이 개선된 제2고조파 발생 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a second harmonic generator, and relates to a second harmonic generator capable of stable temperature control and improved operation stability.

ISHG(Intracavity second harmonic generation)는 강도가 낮은 CW(Continuous wave)레이저 광의 광학적 주파수를 비선형 광학 효과를 이용하여 2배로 증가시켜 청, 녹색의 가시광선을 발진하는 방법이다. 이 방법은 가시광선의 직접적인 발진이 불가능한 Nd(Neodymium) 레이저와 같은 고체 레이저로부터 녹색 광원을 얻을 수 있으며, 특히 다이오드 펌핑을 적용하는 소형 고체 레이저에 유용하게 사용된다.Intracavity second harmonic generation (ISHG) is a method of oscillating blue and green visible light by doubling the optical frequency of low intensity continuous wave laser light using a nonlinear optical effect. This method can obtain green light sources from solid state lasers such as Nd (Neodymium) lasers, which are not capable of direct oscillation of visible light, and are particularly useful for small solid state lasers using diode pumping.

이러한 ISHG는 공진기(Resonator)의 내부에 기본파(Fundamental Frequency)의 레이저 광을 발진하는 레이저 이득 매체(Laser Gain Medium)와 제2고조파를 발진하는 비선형 단결정 소자가 설치되는 구조를 가진다.The ISHG has a structure in which a laser gain medium for oscillating a laser light of fundamental frequency and a nonlinear single crystal element for oscillating a second harmonic are installed inside a resonator.

일반적으로 ISHG의 공진기는 소정 간격을 유지하는 광 진행 경로상의 두개의 미러를 갖추며, 미러는 펌핑 레이저 광에 대해 투과성이면서 기본파에 대하여는 고반사성을 갖는 HR(High Reflection)코팅막을 갖고, 그리고 그 중의 하나의 (고조파 출력측의) 미러는 고조파에 대해서 투과성을 갖는, AR(Anti Reflection) 코팅막을 갖는다.In general, an ISHG resonator has two mirrors on a light propagation path that maintains a predetermined distance, and the mirror has a high reflection (HR) coating film that is transparent to pumping laser light and highly reflective to fundamental waves, among which One mirror (on the harmonic output side) has an AR (Anti Reflection) coating film, which is transparent to harmonics.

이상과 같은 ISHG에서 얻어지는 제2고조파 출력에는 비선형 효과로 초래되는 부수적 현상이 있다. 이 원치 않는 현상은, 공진기에서 동시에 발진하는 FLM(Fundamental Longitudinal Mode)간의 SFG(Sum-frequency Generation)과, 폴라라이제이션 모드(Polarization Mode)간의 SFG에 의해 발생되는 쇼트 텀 노이즈(Short-term Noise)가 바로 그것이다.The second harmonic output obtained from the ISHG as described above has an incidental phenomenon caused by the nonlinear effect. This unwanted phenomenon is caused by short-term noise generated by SFG (Sum-frequency Generation) between the FLM (Fundamental Longitudinal Mode) oscillating simultaneously in the resonator and SFG between Polarization Mode. That is it.

상기 쇼트 텀 노이즈는 일반적으로 10-100KHz 대역에서 나타나며, 안정된 광출력을 요하는 응용 장치에 매우 불리한 문제로 대두된다. 이는 소위 “Green Problem”이라고 일컬어지며, 이러한 문제의 근원은 Journal of Optical Society of America, B Vol 3, 1175-1180(1986)과 Physical Review A V4, 2778-2790(1990)등의 논문을 통해 판명되었다.The short term noise generally appears in the 10-100 KHz band, which poses a very disadvantageous problem for applications requiring stable light output. This is called the “Green Problem”, and the root of this problem is found in articles such as the Journal of Optical Society of America, B Vol 3, 1175-1180 (1986) and Physical Review A V4, 2778-2790 (1990). It became.

이 같은 “Green Problem”을 해결하기 위하여 여러 가지 ISHG의 구조가, Optics Letters V13 805-807(1988), Optics Letters VIS 1141-1143(1990), Journal of Quantum Electronics V28, 1164-1168(1992) 및 미국 특허 4,910,740등을 통해 제안된 바 있다.To address this “Green Problem,” several structures of ISHGs have been developed: Optics Letters V13 805-807 (1988), Optics Letters VIS 1141-1143 (1990), Journal of Quantum Electronics V28, 1164-1168 (1992) and Suggested by US Pat. No. 4,910,740 and the like.

제1도는 Journal of Quantum Electronics V28를 통해 제안된 구조의 ISHG를 개략적으로 보인다. 이를 참조하면, 기본파에 대해 HR 코팅처리된 두개의 제1,제2미러(2)(7)를 배치하여 공진기를 구성하고, 상기 미러의 사이, 즉 공진기의 내부에 이득 매체(Gain Medium, 3) 브루스터 플레이트(Brewster Plate, 4) 및 비선형 단결정 소자(5)가 설치되어 있다. 그리고, 제2미러의 후방에는 출력된 고조파의 일부를 분리하는 빔 스프리터(8)가 마련되고, 빔스프리터(8)에 의해 일 분리된 광의 진행 경로 상에는 칼라 필터(9)와 포토 디텍터(17)가 마련되고, 그리고, 상기 단결정 소자(5)에는 온도 제어 장치(6)가 마련되고, 온도 제어 장치와 상기 포토 디텍터(10)의 사이에는 포토 디택터(10)로 부터 얻은 전기 신호를 기준 값을 비교하여 그 비교된 결과에 따라 상기 온도 제어 장치(6)를 제어하는 온도 콘트롤 회로(11)가 마련된다. 그리고, 상기 제1미러(2)의 전방에는 공진기 내부로 펌핑 레이저 광을 공급하는 펌핑 레이저 광원(1)이 마련된다.Figure 1 schematically shows the ISHG of the proposed structure through the Journal of Quantum Electronics V28. Referring to this, a resonator is constructed by arranging two first and second mirrors 2 and 7 which are HR coated with respect to a fundamental wave, and a gain medium (Gain Medium, 3) The Brewster Plate 4 and the nonlinear single crystal element 5 are provided. A beam splitter 8 for separating a part of the harmonics outputted is provided at the rear of the second mirror, and the color filter 9 and the photo detector 17 are provided on the traveling path of the light separated by the beam splitter 8. And a temperature control device 6 is provided in the single crystal element 5, and an electric signal obtained from the photo detector 10 is provided as a reference value between the temperature control device and the photo detector 10. And a temperature control circuit 11 for controlling the temperature control device 6 according to the result of the comparison. In addition, a pumping laser light source 1 is provided in front of the first mirror 2 to supply pumping laser light into the resonator.

일반적으로 공진기의 내부에 설치되는 브루스터 플레이트의 기능은 편광소자(Polarizing Element)인데 비해, 제1도에 도시된 ISHG의 경우 상기 브루스터 플레이트는 단순한 편광소자의 기능 이외에 모드 셀렉션(Mode Selection)의 기능을 갖는다.In general, the function of the Brewster plate installed inside the resonator is a polarizing element, whereas in the case of ISHG shown in FIG. 1, the Brewster plate has a function of mode selection in addition to the function of a simple polarizer. Have

모드 셀렉션에 의하면, 레이저 발진 대역 안에서 동시 발진되는 여러 개의 캐비티 모드 중, 하나만을 선택하도록 하여 싱글모드로 변화되고 이를 통해 상기 Green Problem 으로부터 탈피하게 된다.According to the mode selection, only one of a plurality of cavity modes simultaneously oscillated in the laser oscillation band is selected to change to a single mode, thereby avoiding the green problem.

한 특정한 캐비티 모드만이 지속적인 이득을 가지고 공진하기 위해서는 브루스터 플레이트(4)를 통과하는 광의 편극화(Polarization)는 반드시 편극방향이 브루스터 플레이트의 입사면(Incident plane)에 평행한 p-편극이어야 하며, 그 외의 경우에는 브루스터 플레이트(4)를 통과시 광 손실이 발생하게 되는데, 상기 종래 ISHG의 경우 손실이 이득을 초과할 경우 발진이 중단되는 문제가 야기된다.In order for only one specific cavity mode to resonate with a constant gain, the polarization of light passing through the Brewster plate 4 must be a p-polarization in which the polarization direction is parallel to the Incident plane of the Brewster plate, In other cases, light loss occurs when passing through the Brewster plate 4, and in the case of the conventional ISHG, when the loss exceeds the gain, the oscillation is stopped.

이러한 종래 ISHG의 문제를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at the problem of the conventional ISHG in detail as follows.

제2도는 제1도에 도시된 종래 ISHG에 사용되는 비선형 단결정 소자의 광축 방향과 브루스터 플레이트의 입사면(p-편극 방향과 평행함)의 관계를 표시한다.FIG. 2 shows the relationship between the optical axis direction of the nonlinear single crystal element used in the conventional ISHG shown in FIG. 1 and the incident surface (parallel to the p-polarization direction) of the Brewster plate.

타입 II 상-정합(Type II Phase-matching)의 경우, 제2고조파 변환(Conversion)효율은 기본 빔의 편극 방향이 단결정 소자의(Extraordinary axis)축과(Ordinary axis)에 45°방향으로 입사되고, 기본파가 상-정합 각도(23.5°)로 가공된 면에 수직으로 입사될 때 최대화된다. 단결정 소자에 상기한 바와 같이 입사되면 기본파의 편극은축으로 분리된다.축과축은 서로 다른 굴절률을 지지고 있기 때문에 두 축으로 분리된 성분(Component)은 단결정 소자를 지나면서 상대적으로 상-지연(Phase-delay)이 일어난다. 단결정 소자의 길이가 ℓ이고,축과축의 굴절률이 ne와 no, 그리고 기본파의 파장 λ라고 표기할 때 단결정 소자를 거쳐 1라운드-트립(Round-trip)이후에축으로 분리된 성분간에 발생된 상-지연(δφ)은 다음의 식으로 정의된다.In the case of Type II phase-matching, the second harmonic conversion efficiency is that the polarization direction of the fundamental beam is (Extraordinary axis) axis It is incident on the (Ordinary axis) in the 45 ° direction and maximized when the fundamental wave is perpendicular to the machined plane at the phase-matching angle (23.5 °). When incident on the single crystal element as described above, the polarization of the fundamental wave is Wow Separated by an axis. Axis Since the axes support different refractive indices, the components separated by the two axes are relatively phase-delayed as they pass through the single crystal device. The length of the single crystal element is ℓ, Axis After the first round-trip through the single crystal element, the index of refraction of the axis is n e and n o , and the wavelength λ of the fundamental wave. Wow The phase-delay (δφ) generated between the components separated by the axis is defined by the following equation.

그리고 브루스터 플레이트를 통과한 선형 p-편극의 빔(linearp-polarized beam)이 단결정 소자(5)를 통과하여 1라우드-트립 후 다시 브루스터 플레이트를 통과할 때 광 손실이 없는 상태(Condition, δφ)는 다음과 같다.In addition, when the linear p-polarized beam passing through the Brewster plate passes through the single crystal element 5 and passes through the Brewster plate again after one loud-trip, (Condition, δφ) As follows.

δφ =mπ, m=0,1,2,……δφ = mπ, m = 0,1,2,... …

예를 들어, 이미 논문 상에 발표된 KTP 단결정의 no, ne측정치와 λ=1㎛, 그리고 단결정 길이(ℓ)가 5mm를 적용하면 δφ는 160π이다. δφ가 π의 정수배가 아닐 때, 원편광 또는 타원 편광화(Circular or elliptical polarization)가 초래됨으로 브루스터 플레이트를 통과할 때에 광손실이 커지고, 결과적으로 SHG 출력이 불안정하게 된다.For example, δφ is 160π when the n o , n e measurements of the KTP single crystal already published in the paper, λ = 1 μm, and the single crystal length (l) are applied to 5 mm. When δ φ is not an integer multiple of π, circular or elliptical polarization results in a large optical loss when passing through the Brewster plate, resulting in an unstable SHG output.

따라서, δφ를 정수의 배수가 되게 하기 위하여는 단결정 소자의 온도를 세밀하게 제어하여 (ne-no)의 값이 조절되어야 한다. 일반적으로 주위 환경의 온도변화에 따라 (ne-no)값이 미세한 폭으로 변화하기 때문에, 안정된 SHG 출력을 얻기 위해서는 제1도에 도시된 바와 같이 온도 제어 방법을 요구한다.Therefore, in order to make δφ to be a multiple of an integer, the value of (n e -n o ) must be adjusted by finely controlling the temperature of the single crystal element. In general, since the value of (n e -n o ) varies with a minute width according to the temperature change of the surrounding environment, a temperature control method is required as shown in FIG. 1 to obtain a stable SHG output.

여기에 필요한 온도 제어 방식은 빔스프리터(8)로부터 얻은 SHG 광을 칼라 필터(9)를 통과시켜 포토 디텍터(10)로 전기 신호 변환시킨 다음 온도 제어 회로(11)에 기준치(Reference Level)와 비교하여, 적절한 온도 제어 장치(6)을 구동하여 단결정 소자 온도를 소정 범위 내에 유지시켜 안정된 출력을 유지시키도록 하는 것이다. 그러나, 단결정 소자의 온도 조절은 0.01℃의 범위 이내에서 이루어져야 하는 어려움이 뒤따른다.The temperature control method required for this is to convert the SHG light obtained from the beam splitter 8 through the color filter 9 to convert the electrical signal into the photo detector 10 and then compare it with the reference level in the temperature control circuit 11. By driving the appropriate temperature control device 6, the single crystal element temperature is kept within a predetermined range so as to maintain a stable output. However, the temperature control of the single crystal device is accompanied by a difficulty that must be made within the range of 0.01 ℃.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 안정된 온도 조절이 가능하여 안정된 동작이 가능한 제2고조파 발생 장치를 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a second harmonic generating device capable of stable operation by enabling stable temperature control.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2고조파 발생장치는, 소정 거리의 광학적 공진 구간을 제공하며, 펌핑 광이 입사되는 입사경로와, 공진 구간 내에서 발생되는 고조파가 출사되는 출사 경로를 제공하는 수단과, 상기 공진 구간에 설치되어 입사된 펌핑 광에 의해 기본파를 발생하는 이득 매체와, 상기 공진 구간에 설치되어 상기 기본파로부터 고조파를 발생하는 인접된 두개의 비선형 단결정 소자와, 상기 이득 매체와 상기 비선형 단결정 소자의 사이에 마련되는 편광 제어 수단을 갖추는 점에 그 특징이 있다.In order to achieve the above object, the second harmonic generator of the present invention provides an optical resonance section of a predetermined distance, and provides an incident path through which pumped light is incident and an emission path through which harmonics generated within the resonance section are emitted. Means, a gain medium provided in the resonance section for generating a fundamental wave by incident pumping light, two adjacent nonlinear single crystal elements in the resonance section for generating harmonics from the fundamental wave, and the gain medium And a polarization control means provided between the nonlinear single crystal element.

이상의 본발명의 ISHG에 있어서, 상기 편광 제어 수단은 일반적인 브루스터 플레이트가 사용될 수 있으며, 다른 유형으로서 상기 비선형 단결정소자에 인접된 상기 이득매체의 광투과면에 마련되는 것으로 광 출사축에 대해 소정 각도 경사진 출사면에 의해 구득될 수 있다.In the above-described ISHG of the present invention, the polarization control means may be a general Brewster plate, which is provided on the light transmission surface of the gain medium adjacent to the nonlinear single crystal element as another type. Can be acquired by the photo exit surface.

상기 편광 제어 수단이 상기 이득매체에 마련되는 후자의 유형의 경우, 상기 이득 매체의 광축과 상기 비선형 단결정 소자의 광축은 소정의 각도를 유지하게 된다.In the latter type in which the polarization control means is provided in the gain medium, the optical axis of the gain medium and the optical axis of the nonlinear single crystal element maintain a predetermined angle.

그리고, 상기 모든 유형의 본 발명 SHG에 있어서, 상기 광 공진구간을 마련하는 수단은 소정 거리를 유지하는 두 개의 미러에 의해 얻어질 수 있고, 다른 유형으로서는 적어도 어느 하나의 미러가 상기 이득 매체 또는 상기 비선형 단결정 소자의 일 측면에 마련될 수 있다. 상기 이득 매체와 비선형 단결정소자에 마련되는 미러는 펌핑 광이 입사되는 측과 고조파가 출사되는 측, 즉 공진구간의 양단부에 마련된다. 상기 이득매체는 Nd:YAG와 같은 단결정 소자가 적용될 수 있으며, 그리고 상기 비선형 단결정 소자는 KTP가 적용될 수 있다.And in all of the types of the present invention SHG, the means for providing the optical resonance section can be obtained by two mirrors maintaining a predetermined distance, and as another type, at least one mirror is the gain medium or the It may be provided on one side of the nonlinear single crystal device. Mirrors provided in the gain medium and the nonlinear single crystal element are provided at the side where the pumping light is incident and at the side where the harmonic is emitted, that is, at both ends of the resonance section. The gain medium may be a single crystal device such as Nd: YAG, and the nonlinear single crystal device may be KTP.

이상의 구조에 더하여 상기 비선형 단결정 소자의 온도 제어를 위한 수단이 마련될 수 있으며, 온도 제어 수단은 통상의 SHG 팩키지에서와 같이 고조파 출력의 일부를 분리하여, 이를 전기적 신호로 변환하고, 변환에 의해 얻어진 전류를 기준치와 비교하여 비교된 결과를 온도 제어 회로에 귀환(Feed-back)시켜 상기 비선형 단결정 소자의 온도를 제어하는 구조를 가질 수 있다.In addition to the above structure, a means for temperature control of the nonlinear single crystal element may be provided, and the temperature control means separates a part of the harmonic output as in the conventional SHG package, converts it into an electrical signal, and obtains The result of comparing the current with the reference value may be fed back to the temperature control circuit to control the temperature of the nonlinear single crystal device.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도면에서, 제3도는 본발명의 제1실시예의 개략적 구성도이며, 제4도는 본발명의 제2실시예의 개략적 구성도, 제5도는 본발명의 제3실시예의 개략적 구성도, 제6도는 본발명의 제4실시예의 개략적 구성도, 제7도는 본발명에 따른 제2고조파 발생장치의 비선형 단결정소자의 배열 구조의 제1예를 보인 도면, 그리고 제8도는 발명에 따른 제2고조파 발생장치의 비선형 단결정소자의 배열 구조의 제2예를 보인 도면이다.3 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a third embodiment of the present invention, and FIG. A schematic diagram of a fourth embodiment of the invention, FIG. 7 shows a first example of the arrangement of a nonlinear single crystal element of a second harmonic generator according to the present invention, and FIG. 8 shows a second harmonic generator according to the invention. 2 is a view showing a second example of an arrangement structure of a nonlinear single crystal element.

[제1실시예][First Embodiment]

먼저, 제3도를 참조하면, 기본파에 대해 HR 코팅처리된 두개의 제1, 제2미러(22)(27)가 소정 간격을 유지하도록 배치되어 공진기가 구성된다. 상기 제1미러(22)와 제2미러(27)의 사이, 즉 공진기의 내부에 Nd:YAG등과 같은 이득 매체(Gain Medium, 23), 편광 소자로서의 브루스터 플레이트(Brewster Plate,24) 및 KTP등과 같은 비선형 단결정 소자(25)가 설치되어 있다. 상기 단결정 소자(25)는 본발명을 특징 지우는 것으로서 동일 소재로 된 동일 길이의 제1, 제2단결정 소자 요소(25a)(25b)로 구성되며, 상기 브루스터 플레이트(24)에 인접한 제1단결정 소자 요소(25a)(25b)의 양측면에는 기본파와 제2고조파에 대해 AR 코팅면(251a,251b)이 형성된다.First, referring to FIG. 3, a resonator is configured by arranging two first and second mirrors 22 and 27 coated with HR on a fundamental wave to maintain a predetermined interval. Between the first mirror 22 and the second mirror 27, that is, inside the resonator, a gain medium such as Nd: YAG, Gain Medium 23, a Brewster plate 24 as a polarizing element, and KTP, etc. The same nonlinear single crystal element 25 is provided. The single crystal element 25 is composed of first and second single crystal element elements 25a and 25b of the same length and made of the same material, which characterizes the present invention, and the first single crystal element adjacent to the Brewster plate 24. AR coating surfaces 251a and 251b are formed on both sides of the elements 25a and 25b for fundamental and second harmonics.

그리고, 제2미러의 후방에는 출력된 고조파의 일부를 분리하는 빔 스프리터(28)가 마련되고, 빔스프리터(28)에 의해 일 분리된 광의 진행 경로 상에는 칼라 필터(29)와 포토 디텍터(210)가 마련되고, 그리고, 상기 단결정 소자(25a)(25b)에는 온도 제어 장치(26)가 마련되고, 온도 제어 장치(26)와 상기 포토 디텍터(210)의 사이에는 포토 디텍터(210)로 부터 얻은 전기 신호를 기준 값과 비교하여 그 비교된 결과에 따라 상기 온도 제어 장치(26)를 제어하는 온도 콘트롤 회로(211)가 마련된다. 그리고, 상기 제1미러(22)의 전방에는 공진기 내부로 펌핑 레이저 광을 공급하는 것으로 레이저 다이오드와 같은 펌핑 레이저 광원(21)이 마련된다.A beam splitter 28 for separating a part of the harmonics output is provided at the rear of the second mirror, and the color filter 29 and the photo detector 210 are provided on the path of the light separated by the beam splitter 28. And a temperature control device 26 is provided in the single crystal elements 25a and 25b, and is obtained from the photo detector 210 between the temperature control device 26 and the photo detector 210. A temperature control circuit 211 is provided for comparing the electrical signal with a reference value and controlling the temperature control device 26 according to the result of the comparison. In addition, a pumping laser light source 21 such as a laser diode is provided in front of the first mirror 22 to supply pumping laser light into the resonator.

상기와 같은 구조의 본발명 SHG에 있어서, 상기 단결정 소자(25)의 본발명을 특징지우는 것으로서, 두개의 단결정 소자 요소(25a)(25b)로 구분되어 있다.In the present invention SHG having the above structure, the present invention of the single crystal element 25 is characterized by two single crystal element elements 25a and 25b.

[제2실시예]Second Embodiment

제4도를 참조하면, 펌핑 레이저 광원(31)으로 부터의 레이저광이 공급되는 공진기의 내부에, Nd:YAG등과 같은 이득 매체(Gain Medium, 33), 편광 소자로서의 브루스터 플레이트(Brewster Plate,34) 및 KTP등과 같은 비선형 단결정 소자(35)가 하나의 공진기의 광축상에 설치되어 있다.Referring to FIG. 4, a gain medium (Gain Medium, 33) such as Nd: YAG or the like, and a Brewster plate (34) as a polarizing element is provided inside the resonator to which the laser light from the pumping laser light source 31 is supplied. And nonlinear single crystal elements 35 such as KTP are provided on the optical axis of one resonator.

상기 단결정 소자(35)는 본발명을 특징지우는 것으로서 동일 소재로 된 동일 길이의 제1, 제2단결정 소자 요소(35a)(35b)로 구성되며, 상기 브루스터 플레이트(34)에 인접한 제1단결정 소자 요소(35a)의 양측면과 제2단결정 소자 요소(35b)의 전면에는 기본파와 제2고조파에 대해 AR 코팅면(351a,351b)이 형성된다. 그리고, 펌핑 레이저 소오스(31)에 대향한 상기 이득매체의 일면이 곡면 상으로 가공되고 그 반대면에는 광축에 수직한 평면으로 가공된다, 이때에 이득매체의 곡면은 기본파에 대해 HR 코팅처리에 의한 제1미러(32)가 마련되고, 그리고 제2단결정소자 요소(35b)의 고조파 출사면에 HR 코팅 처리되어진 제2미러(37)가 마련된다.The single crystal element 35 is characterized by the present invention and is composed of first and second single crystal element elements 35a and 35b of the same length and made of the same material, and the first single crystal element adjacent to the Brewster plate 34. AR coated surfaces 351a and 351b are formed on both sides of the element 35a and on the front surface of the second single crystal element element 35b for fundamental and second harmonics. Then, one surface of the gain medium facing the pumping laser source 31 is processed into a curved surface and the opposite surface is processed into a plane perpendicular to the optical axis, wherein the curved surface of the gain medium is subjected to HR coating for fundamental waves. The first mirror 32 is provided, and the second mirror 37 which is HR coated is provided on the harmonic emission surface of the second single crystal element element 35b.

그리고, 제2미러(37)의 후방에는 출력된 고조파의 일부를 분리하는 빔스프리터(38)가 마련되고, 빔스프리터(38)에 의해 일 분리된 광의 진행 경로 상에는 칼라 필터(39)와 포토 디텍터(310)가 마련되고, 그리고, 상기 비선형 단결정 소자(35)에는 온도 제어 장치(36)가 마련되고, 온도 제어 장치(36)와 상기 포토 디텍터(310)의 사이에는 포토 디텍터(310)로 부터 얻은 전기 신호를 기준 값과 비교하여 그 비교된 결과에 따라 상기 온도 제어 장치(36)를 제어하는 온도 콘트롤 회로(311)가 마련된다.And, behind the second mirror 37, a beam splitter 38 for separating a part of the harmonics outputted is provided, and the color filter 39 and the photo detector on the traveling path of the light separated by the beam splitter 38. 310 is provided, and the nonlinear single crystal element 35 is provided with a temperature control device 36, and between the temperature control device 36 and the photo detector 310 from the photo detector 310. A temperature control circuit 311 is provided for comparing the obtained electrical signal with a reference value and controlling the temperature control device 36 according to the result of the comparison.

[제3실시예]Third Embodiment

제5도를 참조하면, 기본파에 대해 HR 코팅처리된 두개의 제1,제2미러(42)(47)가 소정 간격을 유지하도록 배치되어 레이저 펌핑 광원(41)으로 부터의 레이저 광을 공급받는 공진기가 구성된다. 상기 제1미러(41)와 제2미러(47)의 사이, 즉 공진기의 내부에 Nd:YAG등과 같은 이득 매체(Gain Medium, 43), KTP등과 같은 비선형 단결정 소자(45)가 각각의 광축이 소정 각도를 유지하도록 설치되어 있다. 상기 비선형 단결정 소자(25)에 대향하는 상기 이득매체(23)의 일면에 소위 브루스터 앵글을 유지하는 경사면, 즉 편광 소자로서의 경사면(44)이 마련된다.Referring to FIG. 5, two first and second mirrors 42 and 47 which are HR coated with respect to the fundamental wave are arranged to maintain a predetermined interval to supply laser light from the laser pumping light source 41. The receiving resonator is configured. Between the first mirror 41 and the second mirror 47, i.e., inside the resonator, a gain medium (Gain Medium, 43) such as Nd: YAG, a nonlinear single crystal element 45 such as KTP, It is provided to maintain a predetermined angle. On one surface of the gain medium 23 opposite to the nonlinear single crystal element 25, an inclined surface for maintaining a so-called Brewster angle, that is, an inclined surface 44 as a polarizing element is provided.

상기 제1미러(42)에 대향하는 상기 이득매체의(광축에 대해 수직인) 일면에 기본파에 대해 AR 코팅면(43a)이 형성된다. 또한 상기 이득 매체(43)에 인접한 단결정 소자 요소(45a)(45b)의 양면에는 기본파와 제2고조파에 대해 AR코팅면(451a,451b)이 형성된다.An AR coating surface 43a is formed with respect to the fundamental wave on one surface (perpendicular to the optical axis) of the gain medium opposite the first mirror 42. In addition, AR coating surfaces 451a and 451b are formed on both sides of the single crystal element elements 45a and 45b adjacent to the gain medium 43 for fundamental and second harmonics.

그리고, 제2미러(47)의 후방에는 제1실시예와 제2실시예에서와 같은 형식의 빔스프리터, 칼라 필터, 포토 디텍터, 온도 콘트롤 회로 및 온도 콘트롤 장치가 마련된다.And, behind the second mirror 47, a beam splitter, a color filter, a photo detector, a temperature control circuit and a temperature control device of the same type as in the first and second embodiments are provided.

[제4실시예]Fourth Embodiment

제6도를 참조하면, 펌핑 레이저 광원(51)으로 부터의 레이저광이 공급되는 공진기의 내부에, Nd:YAG등과 같은 이득 매체(Gain Medium, 53), KTP등과 같은 비선형 단결정 소자(55)가 소정 각도 경사진 광축상에 설치되어 있다. 상기 비선형 단결정 소자(55)에 대향하는 상기 이득매체(53)의 일면에 소위 브루스터 앵글을 유지하는 경사면(54)이 마련된다.Referring to FIG. 6, inside the resonator to which the laser light from the pumping laser light source 51 is supplied, a nonlinear single crystal element 55 such as gain medium (Gain Medium, 53) such as Nd: YAG, KTP, etc. It is provided on the optical axis inclined by predetermined angle. An inclined surface 54 for maintaining a so-called Brewster angle is provided on one surface of the gain medium 53 opposite to the nonlinear single crystal element 55.

상기 비선형 단결정 소자(55)는 본발명을 특징지우는 것으로서 제1,2비선형 단결정 소자 요소(55a)(55b)로 분리되어 있다. 그리고, 펌핑 레이저 광원(51)에 대향한 상기 이득매체의 일면이 곡면 상으로 가공되고, 여기에 기본파에 대해 HR 코팅처리에 의한 제1미러(52)가 마련되고, 그리고 제2단결정소자 요소(55b)의 고조파 출사면에 기본파에 대해 HR 코팅처리되어 지고 고조파에 대해 AR코팅처리되어진 제2미러(57)가 마련된다. 그리고 제2단결정 소자(55b)의 입사면에는 기본파와 제2고조파에 대해 AR 코팅면(551a)이 형성된다.The nonlinear single crystal element 55 is divided into first and second nonlinear single crystal element elements 55a and 55b as characterizing the present invention. Then, one surface of the gain medium facing the pumping laser light source 51 is processed into a curved surface, and the first mirror 52 is provided by HR coating treatment for the fundamental wave, and the second single crystal element element is provided. A second mirror 57 which is HR coated on the fundamental wave and AR coated on the harmonic is provided on the harmonic emission surface of 55b. An AR coating surface 551a is formed on the incident surface of the second single crystal element 55b with respect to the fundamental wave and the second harmonic wave.

그리고, 제2미러(57)의 후방에는 제1실시예와 제2실시예에서와 같은 형식의 빔스프리터, 칼라 필터, 포토 디텍터, 온도 콘트롤 회로 및 온도 콘트롤 장치가 마련된다.And, behind the second mirror 57, beam splitters, color filters, photo detectors, temperature control circuits, and temperature control devices of the same type as in the first and second embodiments are provided.

이상에서 설명된 본 발명 실시예들은 제7도와 제8도에 도시된 바와 같은 비선형 단결정 소자의 배열 구조를 갖는다.The embodiments of the present invention described above have an array structure of nonlinear single crystal elements as shown in FIG. 7 and FIG.

먼저 제7도와 제8도를 참조하면, 각 단결정 소자 요소(25a,35a,45a,55a)(25b,35b,45b,55b)를(Extraordinary axis)축과(Ordinary axis)축과 기본파 편극반향을 45°각도로 놓고, 각 요소의 면을 입사 빔에 수직하게 정렬한다. 그리고 단결정 소자 요소(25a,35a,45a,55a)의축과 단결정 소자 요소(25b,35b,45b,55b)의축사이를 90°가 되게 배열한다.Referring first to FIGS. 7 and 8, the single crystal element elements 25a, 35a, 45a, 55a (25b, 35b, 45b, 55b) are (Extraordinary axis) axis Place the (Ordinary axis) axis and fundamental wave polarization at a 45 ° angle, and align the face of each element perpendicular to the incident beam. And the single crystal element elements 25a, 35a, 45a, 55a. Of the axes and the single crystal element elements 25b, 35b, 45b, 55b. Arrange 90 degrees between the axes.

제7도에 도시된 배열의 단결정 소자 요소(25a,35a,45a,55a)(25b,35b,45b,55b)의 경우, 기본파의 빔이 제1단결정 소자 요소(25a,35a,45a,55a)를 통과하면서 축적된(Extraordinary axis)축과(Ordinary axis)축 성분간의 상-지연(δφ)은 제2단결정 소자요소(25b,35b,45b,55b)를 통과할 때 상쇄되며, 반대쪽으로부터 진행하는 빔의 경우에도 제2단결정 소자요소(25b,35b,45b,55b)를 통과시 발생된 상-지연이 제1단결정 소자 요소(25a,35a,45a,55a)에 의해 상쇄된다. 그러므로, 기본파의 빔이 단결정 소자를 통과하여 1라운드-트립을 완료할 때 결과적으로 전체 라운드-트립 지연은 0(零)이 되고, 편극 상태의 변화를 나타나지 않게 된다.In the case of the single crystal element elements 25a, 35a, 45a, 55a (25b, 35b, 45b, 55b) in the arrangement shown in FIG. 7, the beams of the fundamental wave are first single crystal element elements 25a, 35a, 45a, 55a. Accumulated through (Extraordinary axis) axis The phase-delay δφ between the (Ordinary axis) axis components is canceled when passing through the second single crystal element elements 25b, 35b, 45b, 55b, and the second single crystal element element 25b even in the case of a beam traveling from the opposite side. The phase-delays generated when passing through 35b, 45b, and 55b are canceled by the first single crystal element elements 25a, 35a, 45a, and 55a. Therefore, when the beam of the fundamental wave passes through the single crystal element and completes one round-trip, the total round-trip delay becomes zero (零), resulting in no change in the polarization state.

그리고 제8도에 도시된 배열의 단결정 소자 요소(25a,35a,45a, 55a)(25b,35b,45b,55b)의 경우에서도 위에서 설명한 동일한 현상이 나타난다. 타입 II 상-정합의 경우, 이러한 상-지연 상쇄작용이 가능하게 하기 위해서는, 전술한 바와 같이 두개의 단결정 소자 요소의 길이가 동일해야 하고, 조성물질도 동일해야 한다. 이러한 조건이 만족될 때에 주변온도의 변화는 SHG 출력 불안정의 요인이 되지 않게 된다.The same phenomenon described above also occurs in the case of the single crystal element elements 25a, 35a, 45a, 55a (25b, 35b, 45b, 55b) in the arrangement shown in FIG. In the case of type II phase-matching, in order to enable such phase-delay cancellation, the two single crystal element elements must be the same length and compositional composition as described above. When these conditions are met, changes in ambient temperature will not be a source of SHG output instability.

Claims (7)

소정 거리의 광학적 공진 구간의 제공하며, 펌핑 광이 입사되는 입사경로와, 공진 구간 내에서 발생되는 고조파가 출사되는 출사 경로를 제공하는 수단과, 상기 공진 구간에 설치되어 입사된 펌핑 광에 의해 기본파를 발생하는 이득 매체와, 상기 공진 구간에 설치되어 상기 기본파로 부터 고조파를 발생하는 비선형 단결정 소자와, 상기 이득 매체와 상기 비선형 단결정 소자의 사이에 마련되는 편광 제어 수단을 갖춘 제2고조파 발생 장치에 있어서, 상기 비선형 단결정 소자는 제1비선형 단결정 소자요소와 제2비선형 단결정소자 요소를 갖추며, 상기 제1비선형 단결정 소자요소와 제2비선형 단결정소자 요소의(Extraordinary axis)축간의 각도가 90°를 유지하는 것을 특징으로 하는 제2고조파 발생장치.Means for providing an optical resonant section of a predetermined distance and providing an incidence path through which pumped light is incident, an outgoing path through which harmonics are generated within the resonant section, and a pumping light installed in the resonant section A second harmonic generating device having a gain medium generating a wave, a nonlinear single crystal element disposed in the resonance section for generating harmonics from the fundamental wave, and polarization control means provided between the gain medium and the nonlinear single crystal element. The nonlinear single crystal device of claim 1, wherein the nonlinear single crystal device comprises a first nonlinear single crystal device element and a second nonlinear single crystal device element, wherein the first nonlinear single crystal device element and the second nonlinear single crystal device element (Extraordinary axis) The second harmonic generator, characterized in that the angle between the axes to maintain 90 °. 제1항에 있어서, 상기 비선형 단결정 소자 요소의 각축과(Ordinary axis)축은 기본파의 편극 방향에 대해 45°를 유지하는 것을 특징으로 하는 제2고조파 발생장치.2. The method of claim 1, wherein the angles of the nonlinear single crystal element elements Axis (Ordinary axis) The second harmonic generator, characterized in that the axis is maintained 45 ° with respect to the polarization direction of the fundamental wave. 제2항에 있어서, 상기 비선형 단결정소자는 동일한 조성과 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 제2고조파 발생장치.The second harmonic generating device according to claim 2, wherein the nonlinear single crystal element has the same composition and the same length. 제1 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광공진 구간의 제공하는 수단은 상기 이득매체와 상기 비선형 단결정소자에 형성되는 코팅층에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 제2고조파 발생장치.The second harmonic generating device according to any one of claims 1 to 3, wherein the means for providing the light resonance section is provided by a coating layer formed on the gain medium and the nonlinear single crystal element. 제1항에 있어서, 상기 광공진 구간을 제공하는 수단은, 펌핑 레이저 광원에 대향한 상기 이들 매체의 곡면상 일면에 형성되는 것으로 기본파에 대해 고반사률을 갖는 코팅층과, 비선형 단결정 소자의 제2고조파 출사면에 형성되는 것으로 기본파에 대해 고반사률, 그리고 고조파에 대해 저반사률을 가지는 코팅층을 갖추는 것을 특징으로 하는 제2고조파 발생장치.The method of claim 1, wherein the means for providing the optical resonance section is formed on one curved surface of the medium facing the pumping laser light source, the coating layer having a high reflectivity with respect to the fundamental wave and the non-linear single crystal element A second harmonic generator, which is formed on the emission surface of the second harmonic, and has a coating layer having a high reflection rate for the fundamental wave and a low reflection rate for the harmonic wave. 제1항에 있어서, 상기 편광 제어 수단은 상기 이득 매체와 상기 비선형 단결정 소자의 사이에 개재되는 브루스터 플레이트인 것을 특징으로 하는 제2고조파 발생장치.The second harmonic generator according to claim 1, wherein the polarization control means is a Brewster plate interposed between the gain medium and the nonlinear single crystal element. 제1항에 있어서, 상기 편광 제어 수단은 상기 이득 매체에 브루스터 각을 이루는 것으로 상기 이득매체의 광축과 상기 비선형 단결정소자의 광축에 소정 각도 경사진 형성되는 경사면에 의해 마련되는 것을 특징으로 하는 재2고조파 발생장치.2. The polarization control means according to claim 1, wherein the polarization control means forms a Brewster angle on the gain medium and is provided by an inclined surface that is inclined at a predetermined angle to the optical axis of the gain medium and the optical axis of the nonlinear single crystal element. Harmonic Generator.
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