KR100307619B1 - The second harmonic generator - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래 제2고조파 발생 장치의 개략적 구조도,1 is a schematic structural diagram of a conventional second harmonic generator,
제2도는 종래 다른 제2고조파 발생 장치의 개략적 구조도,2 is a schematic structural diagram of another conventional second harmonic generator,
제3도는 본 발명에 따른 제2고조파 발생 장치의 개략적인 단면도,3 is a schematic cross-sectional view of a second harmonic generating device according to the present invention,
그리고, 제4도는 본 발명의 제2고조파 발생 장치에 적용되는 온도 보정 장치의 개략적 회로도이다.4 is a schematic circuit diagram of a temperature correction device applied to the second harmonic generating device of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 케이싱 110 : 입력미러100: casing 110: input mirror
120 : 이득매체 130 : 편광소자120: gain medium 130: polarizing element
140 : 비선형 단결정 소자 150 : 출력미러140: nonlinear single crystal element 150: output mirror
300 : 온도 보정 장치 310 : 히이트 싱크300: temperature correction device 310: heat sink
400 : 서어미스터 410 : 제어 회로400: thermistor 410: control circuit
본 발명은 제2고조파 발생 장치(Second Harmonic Generator)에 관한 것으로서 큰 폭으로 변동되는 주변 온도하에서도 안정된 제2고조파의 발생이 가능한 제2고조파 발생 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a second harmonic generator, and to a second harmonic generator capable of generating stable second harmonics even under a wide fluctuation of ambient temperature.
공진기내에서의 주파수 배가 (frequency doubling) 원리를 적용한 제2고조파 발생 장치는 디지탈 비디오 녹화/재생 장치용, 고해상 화상 처리기, 고속 정보 처리기 등의 광원으로 폭 넓게 사용되고 있다.The second harmonic generator using the frequency doubling principle in the resonator has been widely used as a light source for digital video recording / reproducing apparatus, high resolution image processor, high speed information processor and the like.
제2고조파 발생장치는 대향된 두개의 미러(mirror)에 의해 광학적으로 가두어진 공진 구간 내에 Nd:YAG 등과 같은 이득 매체(Gain Medium)와, 블루스터 플레이트(Brewster plate) 등과 같은 편광소자(Polarizer), KTP(KTiOPO4) 등과 같은 비선형 단결정 소자(non-linear birefringent device)가 한 광축상에 마련되어 있는 구조를 가진다.The second harmonic generator has a gain medium such as Nd: YAG, etc., and a polarizer such as a Bluester plate in a resonance period optically confined by two opposite mirrors. And non-linear birefringent devices such as KTP (KTiOPO 4) are provided on one optical axis.
상기 이득 매체는 외부로 부터 가해진 펌핑 레이저(pumping laser)로부터 기본파(Fundamental Wave)를 발생하는 것으로, 공진 구간의 외부로부터 가해진 펌핑 레이저에 의해 상기 이득 매체로부터 기본파가 발생되고, 비선형 단결정 소자에서는 기본파로 부터 제2고조파를 발생한다. 여기에서 상기 편광 소자는 기본파 중 특정 편광 만을 통과시켜 비선형 단결정 소자에 입사되게 하는 것이다.The gain medium generates a fundamental wave from a pumping laser applied from the outside, and a fundamental wave is generated from the gain medium by a pumping laser applied from the outside of the resonance period, and in the nonlinear single crystal device, The second harmonic is generated from the fundamental wave. Herein, the polarizing element passes only a specific polarization of the fundamental wave to be incident on the nonlinear single crystal element.
레이저 다이오드에 펌핑되는 제2고조파 발생 장치(Diode Laser Pumped Intracavity Second Harmonic Generator)는 동작 중, 상당한 열을 발생하고, 특히 비선형 단결정 소자는 열 변화에 따라 제2고조파 발생 특성이 민감하게 변화된다. 제2고조파 발생 장치를 열적으로 안정화시키는 방법에는 일반적으로 두 가지 방안이 있다. 하나는 제2고조파 출력을 추적(모니터링)하면서 그 출력이 기준치를 벗어 날때에 레이저 다이오드의 출력을 조절하여 제2고조파 출력의 변동을 규정치에 부합되도록 보상시키는 것이다.Diode Laser Pumped Intracavity Second Harmonic Generator, which is pumped to laser diode, generates considerable heat during operation. In particular, the non-linear single crystal device has a sensitive change in the second harmonic generation characteristic according to thermal change. There are generally two ways to thermally stabilize the second harmonic generator. One is to track (monitor) the second harmonic output and adjust the output of the laser diode when the output is outside the reference value to compensate for the variation of the second harmonic output to meet the specified value.
이러한 출력 보상 구조를 가지는 종래 제2고조파 발생 장치는 대략 제1도에 도시된 바와 같은 공진기를 가진다. 즉, 내부에 공동부(intracavity)를 가지는 케이싱(10)의 양측에, 펌핑 레이저에 대해 높은 투과율을 가지며 기본파에 대해서는 고반사률을 가지는 입력미러(11)와, 제2고조파에 대해서만 높은 투과율을 가지는 출력 미러(15)가 각각 마련되고, 상기 공진 구간 내에는 펌핑 레이저로부터 기본파를 발생하는 이득 매체(12), 기본파의 특정 편광을 통과시키는 편광 소자(13) 그리고 입사된 기본파로부터 제2고조파를 발생하는 비선형 단결정 소자(14)가 마련되어 있다. 그리고 공진기의 전방, 즉 입력 미러(11)의 앞에는 펌핑 레이저를 발진하는 레이저 다이오드(21)와 펌핑 레이저를 공동부 내부로 집속하는 포커스 렌즈(22)가 마련되어 있다. 그리고 공진기의 후방, 즉 출력미러(15)의 후방에는 고조파의 일부를 다른 경도로 분리하여 반사하는 빔스프리터(23)가 마련되어 있고, 빔스프리터(23)로 부터 반사된 제2고조파의 진행 경로의 맞은 편(도면에서 빔스프리터의 하방)에 입사된 제2고조파를 검지하는 광전소자, 예를 들어 포토디텍터(24)가 마련되어 있다. 상기 포토 디텍터(24)는 상기 레이저 다이오드(21)의 출력을 제어하는 레이저 다이오드 제어회로에 전기적으로 연결되어서, 상기 레이저 다이오드의 제어를 위한 제2고조파의 모니터 출력을 전기적 신호로 인가한다. 상기 제어 회로(20)는 제2고조파의 출력이 기준치를 넘었을 때 레이저 다이오드(21)의 출력을 낮추고 그 반대이면 높여준다.The conventional second harmonic generator having such an output compensation structure has a resonator as shown in FIG. That is, on both sides of the casing 10 having an intracavity therein, the input mirror 11 having a high transmittance for the pumping laser and a high reflectance for the fundamental wave, and a high transmittance only for the second harmonic And output mirrors 15 each having a gain medium 12 generating a fundamental wave from a pumping laser, a polarizing element 13 passing a specific polarization of the fundamental wave, and an incident fundamental wave in the resonance section. A nonlinear single crystal element 14 for generating second harmonics is provided. In front of the resonator, that is, in front of the input mirror 11, a laser diode 21 for oscillating the pumping laser and a focus lens 22 for focusing the pumping laser into the cavity are provided. A beam splitter 23 is provided at the rear of the resonator, that is, at the rear of the output mirror 15 to separate and reflect a part of the harmonics at different hardnesses, and the path of the second harmonic reflected from the beam splitter 23 is reflected. A photoelectric element, for example, a photodetector 24, which detects a second harmonic incident on the opposite side (below the beam splitter in the drawing) is provided. The photo detector 24 is electrically connected to a laser diode control circuit that controls the output of the laser diode 21 to apply a monitor output of a second harmonic for controlling the laser diode as an electrical signal. The control circuit 20 lowers the output of the laser diode 21 when the output of the second harmonic exceeds a reference value, and raises the opposite.
다른 한 방법은 모드 선택(Mode Selection) 방식이다. 이 방식은 레이저 다이오드의 출력은 일정하게 하고, 공진구간 내에 위치한 비선형 단결정 소자의 온도(Intracavity)를 정밀하게 조절하여 제2고조파 출력을 일정하게 유지하는 것이다. 이를 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이 제2고조파 발생 장치는 앞에서 설명된 것과 같이 공진기를 유지하는 케이싱(10a)의 기본파에 대해 고반사률을 가지는 입력 미러(11a)와 제2고조파에 대해서만 높은 투과율을 가지는 출력 미러(15a)가 마련되고, 이들 사이의 공진 구간에는 이득 매체(12a), 편광 소자(13a) 그리고 비선형 단결정 소자(14a)가 마련되어 있고 비선형 단결정 소자(14a)의 하부에는 비선형 단결정 소자(14a)의 하부에는 비선형 단결정 소자(14a)의 온도 조절을 위한 펠티어소자(Peltier Device)와 같은 열전 냉각 소자(Thermoelectric Cooler; 16a)가 마련되어 있다. 전술한 제2고조파 발생 장치에서와 같이, 제2고조파 출력을 전기적으로 변환하여 제어회로로 귀환(피이드백)시키고, 이 제어회로에 의해 상기 펠티어 소자를 제어함으로써 비선형 단결정 소자(14a)의 온도를 조절하도록 하고 있다.The other method is a mode selection method. In this method, the output of the laser diode is kept constant, and the second harmonic output is kept constant by precisely adjusting the temperature (Intracavity) of the nonlinear single crystal element located in the resonance section. This will be described with reference to FIG. 2. As described above, the second harmonic generator has an input mirror 11a having a high reflectance with respect to the fundamental wave of the casing 10a holding the resonator and an output mirror 15a having a high transmittance only with respect to the second harmonic. The gain medium 12a, the polarizing element 13a, and the nonlinear single crystal element 14a are provided in the resonance section therebetween, and the nonlinear single crystal element 14a is disposed below the nonlinear single crystal element 14a. A thermoelectric cooler 16a, such as a Peltier device, for controlling the temperature of the single crystal element 14a is provided. As in the second harmonic generator described above, the second harmonic output is electrically converted and fed back to a control circuit, and the Peltier element is controlled by this control circuit to thereby control the temperature of the nonlinear single crystal element 14a. I'm trying to control it.
일반적으로 제2고조파 출력을 규정값에 대해 ± 3 퍼센트 범위 이내로 안정화시키기 위해서는 단결정 소자의 온도 편차를 약±0.01℃ 이내로 제한하여야 한다.In general, to stabilize the second harmonic output within a range of ± 3 percent of the specified value, the temperature variation of the single-crystal device should be limited to within about ± 0.01 ° C.
다이오드 레이저 펌핑에 의한 제2고조파 발생 장치에서, 레이저를 발진하는 공진기를 유지하는 금속 지지체의 재질의 열 안정도가 출력 안정화에 매우 중요하다. 일반적으로 금속 지지체의 열적 안정도가 떨어지면, 레이저 출력의 종축(Axial) 모드가 튀게 되어(HOP) 출력이 불안정하게 된다.In the second harmonic generator by diode laser pumping, the thermal stability of the material of the metal support holding the resonator oscillating the laser is very important for stabilizing the output. In general, when the thermal stability of the metal support is lowered, the Axial mode of the laser output is splashed (HOP) and the output becomes unstable.
이를 제어하기 위하여 공진기 지지체의 재질은 선팽창 계수가 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 흔히 사용되는 금속 재료로서는 알루미늄(선팽창 계수; 24×10-6/℃), 황동(19×10-6/℃)이 있으며, 재료 가격 등을 고려하여 유리 계통의 소재(참조: 미국 특허 5,170,409)가 있다. 그러나, 공진기 길이가 수십 mm 이내이기 때문에 소형화의 어느 한계에 이르면 온도 편차가 1 내지 2℃ 범위 내에 있다 하더라도 출력이 불규칙하에 튀는((HOP) 현상이 나타난다.In order to control this, it is preferable to use a material having a low linear expansion coefficient of the resonator support. Commonly used metal materials include aluminum (coefficient of linear expansion; 24 × 10 −6 / ° C.) and brass (19 × 10 −6 / ° C.), and materials based on glass in consideration of material prices (see US Patent 5,170,409). There is. However, since the resonator length is within several tens of millimeters, when a certain limit of miniaturization is reached, even if the temperature deviation is within the range of 1 to 2 ° C., the output is irregular (HOP).
따라서 공진기 길이가 극히 소형인 경우 모드의 튐(mode hop) 현상을 방지하기 위하여 선팽창 계수가 극히 낮은 (10-7/℃ 오더 이하의) 재질을 사용하거나, 아니면 선팽창이 극히 적게 일어나도록 하는 구조가 마련되어야 한다. 현재 이용할 수 있는 소재 중 선팽창 계수가 10-7/℃ 오더 정도로 극히 낮은 선팽창 계수를 갖는 소재를 찾는 것은 거의 불가능한 일이며, 가격면에서도 매우 불리한 입장이다.Therefore, if the resonator length is extremely small, in order to prevent a mode hop phenomenon, a material having an extremely low coefficient of linear expansion (below 10 -7 / ° C order) or a structure in which the linear expansion occurs very little is required. It must be prepared. It is almost impossible to find a material that has a very low coefficient of linear expansion of 10 -7 / ° C order among the currently available materials, and it is very disadvantageous in terms of price.
본 발명은 주변 온도의 변화에도 열적 안정성이 유지되어 안정된 제2고조파의 출력이 가능한 개선된 제2고조파 발생 장치를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an improved second harmonic generating device capable of outputting stable second harmonics by maintaining thermal stability even when the ambient temperature changes.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 제2고조파 발생 장치는, 광학적으로 가두어진 소정 거리의 공진 구간을 마련하는 입력 미러와 출력 미러, 상기 공진 구간 내에 마련되어 외부로부터 가해지는 펌핑 에너지로부터 제2고조파를 얻어내는 제2고조파 발생부, 상기 공진 구간을 에워싸며 상기 미러와, 발생부를 지지하는 케이싱과, 상기 케이싱의 주면에 마련되어 케이싱의 온도를 보정하는 온도 보정 장치와, 상기 케이싱의 온도를 감지하여 설정된 온도 범위 내에 케이싱의 온도가 유지되도록 상기 온도 보정 장치를 제어하는 제어 수단을 구비한 점에 그 특징이 있다.In order to achieve the above object, the second harmonic generating device according to the present invention includes an input mirror and an output mirror for providing a resonant interval of a predetermined distance optically confined, and a second energy from pumping energy provided within the resonant interval. A second harmonic generating unit for obtaining harmonics, a casing supporting the mirror, the generating unit surrounding the resonance section, a temperature correction device provided on the main surface of the casing to correct the temperature of the casing, and sensing the temperature of the casing And a control means for controlling the temperature compensating device so that the temperature of the casing is maintained within the set temperature range.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제3도는 본 발명에 따른 제2고조파 발생 장치의 개략적 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of a second harmonic generating device according to the present invention.
본 발명의 제2고조파 발생 장치는 광학적으로 가두어진 소정 거리의 공진 구간을 마련하는 대향된 입력 미러와 출력 미러의 사이에 외부로부터 가해지는 펌핑 에너지로부터 제2고조파를 얻어내는 제2고조파 발생부가 마련되어 있고, 상기 부품들을 보호 지지하는 케이싱이 마련되어 있다. 이에 더하여 상기 케이싱의 주면에 마련되어 케이싱의 온도를 보정하는 온도 보정 장치와 상기 케이싱의 온도를 감지하여 설정된 온도 범위 내에 케이싱의 온도가 유지되도록 상기 온도 보정 장치를 제어하는 제어 수단을 구비한다.The second harmonic generator of the present invention is provided with a second harmonic generator for obtaining a second harmonic from the pumping energy applied from the outside between the opposing input mirror and the output mirror which provide an optically confined resonance section of a predetermined distance. And a casing for protecting and supporting the parts. In addition, a temperature correction device provided on the main surface of the casing to correct the temperature of the casing, and a control means for detecting the temperature of the casing to control the temperature correction device to maintain the temperature of the casing within the set temperature range.
이를 구체적으로 살펴보면, 내부에 레이저 빔이 공진하는 공간을 마련하는 공동부를 가지는 케이싱(100)의 양측에 펌핑 레이저에 대해 높은 투과율을 가지며 기본파에 대해서는 고반사률을 가지는 입력 미러(110)와 제2고조파에 대해서만 높은 투과율을 가지는 출력미러(150)가 마련된다. 그리고 고조파 발생부를 이루는 것으로서 상기 케이싱(100)의 내부에는 펌핑 레이저로 부터 기본파를 발생하는 이득매체(120), 기본파의 특정 편광을 통과시키는 편광 소자(130) 그리고 입사된 기본파로부터 제2고조파를 발생하는 비선형 단결정 소자(140)가 마련되어 있다. 위의 구조에서 상기 케이싱(100)은 상기 광학 부품들을 지지하는 지지체로서의 기능을 갖는데, 이 케이싱(100)의 상하 또는 좌우 혹은 둘레에는 하나 또는 그 이상 (도면에서는 2개)의 열전 온도 보정 장치(300)가 부착되어 있고, 각 온도 보정 장치(300)에는 방열 또는 흡열을 위한 히이트 싱크(310)가 설치되어 있다. 상기 온도 보정장치(300)와 히이트 싱크(310)는 상기 케이싱(100)을 전반적으로 감쌀 수 있는 크기가 되어야 하는데, 공진기의 지지체로 작용하는 케이싱의 체적 팽창 또는 수축에 기인한 공진 거리의 변화 즉, 입력미러(110)와 출력미러(150)와의 간격의 변화를 줄일수 있도록 하여야 한다. 따라서, 상기 온도 보정 장치는 케이싱의 온도 변화에 의해 상기 케이싱 내의 입력 미러와 출력 미러 사이의 거리가 변화되는 것을 방지할 수 있도록 상기 케이싱의 주면 길이 방향을 포괄하게 설치되는 것이 필요하다.In detail, the input mirror 110 having a high transmittance for the pumping laser and a high reflectance for the fundamental wave is formed on both sides of the casing 100 having a cavity for providing a space in which the laser beam resonates. An output mirror 150 having a high transmittance for only two harmonics is provided. In addition, a gain medium 120 generating a fundamental wave from a pumping laser, a polarizing element 130 for passing a specific polarization of the fundamental wave, and a second wave from the incident fundamental wave are formed inside the casing 100. A nonlinear single crystal element 140 that generates harmonics is provided. In the above structure, the casing 100 has a function as a support for supporting the optical components, one or more (two in the figure) thermoelectric temperature correction device (up and down, left and right or around the casing 100) ( 300 is attached, and a heat sink 310 for heat dissipation or heat absorption is provided in each temperature correction device 300. The temperature compensator 300 and the heat sink 310 should be large enough to cover the casing 100. The resonance distance due to the volume expansion or contraction of the casing serving as the support of the resonator is changed. That is, the change in the distance between the input mirror 110 and the output mirror 150 should be reduced. Therefore, the temperature correction device needs to be installed to cover the main surface longitudinal direction of the casing so as to prevent the distance between the input mirror and the output mirror in the casing from being changed by the temperature change of the casing.
그리고 상기 히이트 싱크(310)에는 온도 검지를 위한 서어미스터(400)가 설치되어 있고, 이 서어미스터(400)는 상기 온도 보정 장치(300)를 제어하기 위한 온도 제어 회로(410)에 전기적으로 접속되어 있다. 상기 온도 제어 회로(410)는 상기 온도 보정 장치(300)에 대한 전류의 방향과 그 양을 조절하여 온도 보정 장치(300)에 의해 케이싱(100)으로부터 흡열 또는 이를 가열되도록 하는 것으로서, 온도 보정 장치(300)를 병렬적 또는 도시된 바와 같이 직렬적 접속관계를 가질 수 있다. 상기 온도 보정 장치(300)는 일반적인 펠티어 효과를 이용한 소자, 즉 열전 가열/냉각 장치를 적용한다. 일반적인 환경하에서는 케이싱(100)을 냉각하여야 하는 것이므로 상기 온도 보정 장치(300)는 단지 냉각 작용에 의해서만 케이싱(100)의 온도를 보상할 수 있으나, 특별한 극한 상황, 즉 주변온도가 극히 낮은 환경하에서는 안정된 레이징을 위하여 케이싱을 적정 온도로 가열하는 작용에 의해 케이싱(100)의 온도를 유지하게 할 수 있다. 그러므로 상기 온도 보정 장치는 오로지 냉각 작용만을 가지게 하거나 아니면 가열 작용을 가지게 하거나, 또 아니면 냉각 작용과 가열 작용을 공히 가질 수도 있는데, 이것은 용도가 목적에 따라 선택될 것이다. 그리고, 상기 온도 제어 회로는 일반적인 구조를 가지는 것으로, 상기 서어미스터의 저항 변화를 초단에서 전기적 변화로 변환하는 변환부와, 얻어진 전기적 신호를 기준 레벨과 비교한 후 이를 증폭하는 차동 증폭부와, 차동 증폭부에서 얻어진 출력을 전력 증폭하는 전력 증폭부를 가진다. 이때에 출력되는 전류의 방향은 온도 보정 장치의 적용, 즉 냉각 또는 가열의 작용을 결정하기 때문에 내부적으로 전술한 바와 같은 선택적인 사양에 의거 전류의 방향을 전환할 수 있는 기능을 부여할 수 있다. 이러한 온도 보정 장치의 작용은 단지 상기 케이싱의 온도를 검출하고 검출된 값을 기준치에 비교하여 비교된 차에 해당하는 만큼을 온도 제어에 반영하여 상기 케이싱의 온도를 일정 범위 내에 두도록 하는 것이므로 통상적인 다른 유형의 적용도 가능할 것이다.The heat sink 310 is provided with a thermistor 400 for detecting a temperature, and the thermistor 400 is electrically connected to a temperature control circuit 410 for controlling the temperature correction device 300. Connected. The temperature control circuit 410 is to adjust the direction and the amount of the current to the temperature correction device 300 to the endothermic or heated from the casing 100 by the temperature correction device 300, the temperature correction device 300 may be in parallel or in series as shown. The temperature correction device 300 applies a device using a general Peltier effect, that is, a thermoelectric heating / cooling device. Since the casing 100 is to be cooled in a general environment, the temperature compensating device 300 can compensate the temperature of the casing 100 only by a cooling action. However, the temperature correction device 300 is stable under a special extreme situation, that is, in an environment where the ambient temperature is extremely low. It is possible to maintain the temperature of the casing 100 by the action of heating the casing to an appropriate temperature for lasing. Therefore, the temperature correction device may have only a cooling action or a heating action, or may have both a cooling action and a heating action, which will be selected according to the purpose. In addition, the temperature control circuit has a general structure, a converter for converting the resistance change of the thermistor from the first stage to an electrical change, a differential amplifier for comparing the obtained electrical signal with a reference level and amplifying it; It has a power amplification part for power amplifying the output obtained by the amplification part. At this time, since the direction of the output current determines the application of the temperature correction device, that is, the action of cooling or heating, the function of internally changing the direction of the current can be given based on the optional specification as described above. The function of such a temperature correction device is to detect the temperature of the casing and compare the detected value to a reference value so that the temperature control reflects the difference corresponding to the compared value so that the temperature of the casing is kept within a certain range. Type applications will also be possible.
이상과 같은 구조의 본 발명 제2고조파 발생 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of the second harmonic generator of the present invention having the above structure is as follows.
500 mW 정도의 출력을 가지는 레이저 다이오드로 809 nm 파장대의 적외색 레이저 빔을 상기 입력 미러(110)를 통해 공진기 내부로 입사시키면 이득 매체(120)에서의 기본파 발산, 편광 소자에 의한 특정 편광 필터, 비선형 단결정 소자(140)에 의한 제2고조파 발생 등의 작용이 일어나게 되는데, 이때에 케이싱(100)은 약 30℃ 정도의 온도로 가열된다. 그러나 이 케이싱(100)은 그 주변의 온도 영향을 받아 가열온도 보다 낮게 냉각되거나 가열온도보다 높게 온도 상승한다. 이러한 주변 온도에 의한 케이싱(100)의 온도 변화는 주변 온도 변화가 심할 경우에 큰 문제가 되게 된다. 이에 따라 케이싱(100)은 수축 또는 팽창하게 되어 광학 부품간의 간격, 특히 입력 미러(110)와 출력미러(150) 사이의 간격에 변화가 오게 된다. 그러나 이러한 현상이 나타나기 전에 본 발명을 특징지우는 케이싱(100)의 주면에 마련된 펠티어 소자와 같은 열전 온도제어소자(300)가 케이싱(100)의 온도를 제어하게 됨으로써 케이싱(100)의 이상 팽창이나 수축이 나타나지 않게 된다. 이때에 케이싱의 온도 보정은 두가지의 형태로 이루어질 수 있는데, 하나는 주변 온도 보다 기준온도를 낮게 결정하여 케이싱의 온도가 주변온도에 의해 상승될 때에 상승된 온도를 일정범위 내에서 유지되게 하는 연속적인 냉각 과정이며, 다른 하나는 규정 온도를 주변 온도 보다 높게 하여 케이싱이 주변에 열을 빼앗김으로써 온도가 떨어질때에 이를 적절히 가열하여 주변 온도 보다 높은 일정 범위 내에서 케이싱의 온도가 유지되게 하는 가열 과정이다.A laser diode having an output of about 500 mW is an infrared laser beam having a wavelength of 809 nm and enters into the resonator through the input mirror 110. In this case, the second harmonic generation by the nonlinear single crystal element 140 occurs, and at this time, the casing 100 is heated to a temperature of about 30 ° C. However, the casing 100 is cooled below the heating temperature or rises above the heating temperature under the influence of the surrounding temperature. The temperature change of the casing 100 due to the ambient temperature becomes a big problem when the ambient temperature change is severe. As a result, the casing 100 contracts or expands, thereby causing a change in the distance between the optical components, particularly, the distance between the input mirror 110 and the output mirror 150. However, before this phenomenon occurs, the thermoelectric temperature control element 300 such as the Peltier element provided on the main surface of the casing 100 characterizing the present invention controls the temperature of the casing 100 so that abnormal expansion or contraction of the casing 100 occurs. Will not appear. At this time, the temperature compensation of the casing can be made in two forms. One is to determine the reference temperature lower than the surrounding temperature so that the elevated temperature is maintained within a certain range when the casing temperature is increased by the ambient temperature. The cooling process is the process of heating the specified temperature higher than the ambient temperature, so that the casing loses heat to the surroundings so that when the temperature drops, it is properly heated to maintain the temperature of the casing within a certain range higher than the ambient temperature. .
제4도는 전술한 온도 제어를 위한 온도 보정 장치(410)의 일례를 보인다. 온도 보정 장치(410)는 상기 서어미스터(400)로부터 온도를 전기적 변화의 형태로 검지하는데, 예를 들어 온도가 증가하면 서어미스터(400)의 저항이 감소하고, 그 반대이면 증가한다. 서어미스터(400)로부터 얻어진 저항치는 전류의 변화를 유도하고 이 전류는 제1차등 증폭기(Differantial Amplifier, U1)에 의해 적절히 증폭되고, 이 출력은 제2차등 증폭기(U2)의 제1입력단에 인가된다. 제2차등 증폭기의 제2입력단에는 기준 전류가 인가되는데, 이 기준 전류는 제2입력단에 연결된 가변저항(VR)에 의해 조절된다. 따라서 제2차등 증폭기(U2)는 제1입력단과 제2입력단의 입력 전류를 비교하여 그 차를 증폭한다. 제2차등 증폭기(U2)로부터의 출력은 파워 트랜지스터에 의해 전력 증폭되고, 이로부터의 출력 전류는 상기 열전 온도제어소자(300)에 인가됨으로써 온도 보정 장치에 의해 온도 보정, 즉, 인가되는 전류의 방향에 따라 히이트 싱크를 가열하거나 냉각시키게 된다. 보정된 히이트 싱크의 온도는 다시 서어미스터(400)에 의해 검지되고 전술한 바와 같은 피이드 백 제어가 반복됨으로써 상기 히이트 싱크(310)의 온도가 소정의 범위 내의 값을 가지게 된다.4 shows an example of the temperature correction device 410 for temperature control described above. The temperature correction device 410 detects the temperature from the thermistor 400 in the form of an electrical change. For example, when the temperature increases, the resistance of the thermistor 400 decreases and vice versa. The resistance value obtained from the thermistor 400 induces a change in the current, which is amplified by the first differential amplifier U1 and this output is applied to the first input terminal of the second differential amplifier U2. do. A reference current is applied to the second input terminal of the second differential amplifier, and the reference current is controlled by the variable resistor VR connected to the second input terminal. Accordingly, the second differential amplifier U2 compares the input currents of the first input terminal and the second input terminal and amplifies the difference. The output from the second differential amplifier U2 is power amplified by a power transistor, and the output current therefrom is applied to the thermoelectric temperature control element 300 to correct the temperature by the temperature compensating device, that is, the current of the applied current. Depending on the direction, the heat sink is heated or cooled. The corrected temperature of the heat sink is detected by the thermistor 400 again, and the feedback control as described above is repeated so that the temperature of the heat sink 310 has a value within a predetermined range.
일반적으로 상기 두가지의 온도 보정 유형에 있어서, 냉각에 의해 케이싱의 온도를 유지하는 것이 적용되겠으나, 전술한 바와 같이 특수한 상황하에서 오히려 가열에 의해 온도를 유지하는 것이 있을 수도 있겠다. 이러한 두가지의 유형의 공통점은 주변 온도의 변화와 내적 발열에 불구하고 케이싱의 온도를 일정하게 유지하여 케이싱내의 공진 거리의 변화를 최소화하는 것이다.In general, in the above two types of temperature correction, it may be applied to maintain the temperature of the casing by cooling, but there may be one which maintains the temperature by heating under special circumstances as described above. The commonality between these two types is to minimize the change of resonance distance in the casing by keeping the temperature of the casing constant despite the change in ambient temperature and internal heat generation.
케이싱의 온도 조절은 ±0.2℃ 범위 내에서 이루어 지도록 하는 것이 바람직한데, 이러한 케이싱의 온도 유지작용에 의하면 주변의 온도가 ±25℃의 폭으로 변동되어도 케이싱의 온도는 규정된 온도에 대해 ±0.2℃ 범위 내에서 유지될 수 있다. 종래 일반적인 공진기에 있어서, 그 길이가 30mm 이며, 제2고조파 출력 변동을 ±3% 이내로 제한하기 위해서는 주변 실내 온도 변화도 ±1℃ 이내이어야 하나, 본 발명이 적용되어 공진기 온도가 제어될 때 가용 주변 온도 변화폭이 2 내지 50℃로 확장될 수 있음을 감안할 때 본 발명의 제2고조파 발생 장치는 그 신뢰성에 있어서 매우 획기적임을 알 수 있다.It is desirable to control the temperature of the casing within the range of ± 0.2 ° C. According to the temperature holding action of the casing, the temperature of the casing is ± 0.2 ° C with respect to the prescribed temperature even if the ambient temperature varies by ± 25 ° C. Can be maintained within the range. In the conventional general resonator, the length is 30mm, and in order to limit the second harmonic output variation to within ± 3%, the ambient room temperature change should also be within ± 1 ° C, but the available periphery when the resonator temperature is controlled by applying the present invention In view of the fact that the change in temperature can be extended to 2 to 50 ° C., it can be seen that the second harmonic generator of the present invention is very breakthrough in reliability.
이와 같이 본 발명은 주변온도 변화에 불구하고 매우 안정된 고조파의 발진 및 출력이 가능한데, 케이싱의 소재 선택에 어려움이 없으며, 특히 일반적인 알루미늄이나 스텐레스 등의 범용 소재를 적용을 할 수 있게 됨으로써 가격면에 있어서 매우 유리하다.As described above, the present invention enables oscillation and output of very stable harmonics despite changes in ambient temperature, and there is no difficulty in selecting a material for the casing, and in particular, it is possible to apply general-purpose materials such as aluminum or stainless steel in terms of price. Very advantageous.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7005382A JPH07306428A (en) | 1994-05-07 | 1995-01-18 | Second higher-harmonic generator |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR94-9988 | 1994-05-07 | ||
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20020028659A (en) * | 2000-10-11 | 2002-04-17 | 정명세 | Apparatus for generating stable microwave output power by controlling its temperature and method therefor |
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1994
- 1994-11-15 KR KR1019940029959A patent/KR100307619B1/en not_active IP Right Cessation
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950033530A (en) | 1995-12-26 |
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