KR100327470B1 - 비선형단결정소자의제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 제조 방법은: 비선형 단결정을 성장시키는 단계; 성장된 비선형 단결정을 슬라이싱(Slicing) 장치를 사용하여 Z면을 따라 절단하는 단계; 슬라이스 상태로 절단된 비선형 단결정의 (310)면을 절단하는 단계; 상기 비선형 단결정을 Y 축 방향으로 1.3 ° 만큼 회전시킨 후 이 방향에 수직한 면을 절단하는 단계;를 포함한다. 따라서, 본 발명에 의하여 비선형 단결정 소자를 제작하면, 비선형 단결정을 위상-정합 방향에 ± 0.1° 이내의 오차로 수직하게 절단할 수 있어서, 비선형 단결정면에 입사하는 기본파인 Nd:YLF 레이저의 변환 효율을 높일 수 있게 되고 이에 따라 크고 안정된 제2고조파를 발생할 수 있다.

Description

비선형 단결정 소자의 제작 방법

본 발명은 비선형 단결정 소자의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 레이저 다이오드에서 얻어진 레이저를 단파장화하기 위한 방안으로 비선형 단결정의 제2고조파 발생(Second Harmonic Generation)특성을 이용한 공진기가 사용된다. 공진기는 기본파를 가둔 상태에서 공진시키면서 기본파로 부터 제2고조파를 얻는 것이다. 여기에서, 기본파는 외부 광원으로 부터의 펌핑 레이저에 의해 여기된 공진기 내의 Nd:YAG 또는 Nd:LiYF4 등의 이득매체(gain medium)로 부터 발생되며, 제2고조파는 기본파를 흡수한 KTP 와 같은 비선형 단결정 소자로 부터 주파수 배가(Frequency Doubling) 원리에 의해 발생되는 것이다.

주파수 배가 방식의 레이저 장치는 고밀도 고출력의 레이저를 요구하는 광 재생/기록 장치 AV(Audio Video)기기 등에 많이 적용된다.

일반적인 주파수 배가는 비선형 단결정 소자의 특정 방향으로 기본파를 입사시켜 이로 부터 배가된 제2고조파를 얻도록 하는 것인데, 이것으로 대개 KTP(KTiOPO4)가 사용되며, 기본파를 얻기 위하여는 Nd:YAG 또는 Nd:LiYF4 단결정소자가 사용된다. Nd:LiYF4는 1053nm 의 기본파로 부터 527nm의 제2고조파로 변환시키는 주파수 배가 장치로 널리 사용되게 있는데, 이는 KTP 결정이 큰 비선형 광 효율(nonlinear optical coefficient)과 광 손상 스레스홀드(optical damage threshold) 및 넓은 온도 대역의 관용성(temperature acceptance)을 가지고 있기 때문이다. 이러한 광학 소자로서의 KTP는 직육면체형으로 제작되며, 기본파가 입사되는 결정면은 SHG가 일어날 수 있는 특정방향으로 절단된다. 이와같이 절단됨에 있어서, KTP 입방체의 크기가 매우 작고, 그리고 그 방향이 SHG 출력에 지대한 영향을 미치므로 정밀하게 절단이 이루어져야 한다.

비선형 단결정에서 SHG 현상이 일어나는 특정한 방향을 위상-정합(phase matching) 방향이라고 하는데, 이 방향은 기본파의 파장에 따라 변한다. Nd:YLF (Nd:YLiF4)로 부터 얻어진 레이저를 기본파로 하는 KTP입방체의 위상-정합 방향은 상온에서 θ=90° , Φ = 35° 이다. 종래에 이 방향의 KTP 입방체를 위상-정합 각도로 절단하기 위해서는, Y 면과 Z면을 먼저 절단하고, Z 면을 밑면으로 하여 X 축에서 Y축으로 35° 회전시킨 상태에서 절단함으로써 KTP 입방체를 완성하였다. 이 방법으로 KTP 입방체를 제작할 때 생기는 문제점은 Y와 Z 면이 X-레이회절면이므로, 각도계(goniometer)를 이용하여 ± 0.05°로 절단이 가능하나, 위상-정합 각도인 θ=90° , Φ = 35° 에 수직한 면은 x-레이회절면이 아니어서 일반적인 방법으로 각도를 재어 가면서 절단할때는 오차가 크게 벌어진다. 이 각도의 오차는 제1도에 도시된 바와 같이 SHG출력이 위상-정합 각도에 매우 민감하므로 약간의 각도 오차도 SHG출력을 크게 저하시키게 된다.

본 발명은 위상-정합 방향 부근에서 X-레이 회절이 일어나는 면을 먼저 찾아내어 ± 0.05° 이내로 절단하고, 각도계를 이용하여 잔여 각도만큼 이동한 후 상 정합 방향에 수직한 면을 절단함으로써, 위상-정합각도에 대한 오차가 ± 0.1° 이내로 좁힐 수 있는 비선형 단결정 소자의 제조 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 비선형 단결정 소자의 제조 방법은,

비선형 단결정을 성장시키는 단계;

성장된 비선형 단결정을 슬라이싱(Slicing) 장치를 사용하여 Z면을 따라 절단하는 단계;

슬라이스 상태로 절단된 비선형 단결정의 (310)면을 절단하는 단계;

상기 비선형 단결정을 Y축 방향으로 1.3 ° 만큼 회전시킨 후 이 방향에 수직한 면을 절단하는 단계;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다 제2도에는 비선형 단결정, 예를 들어 KTP의 X,Y,Z 축과 이의 위상-정합 각도인 θ와 Φ 의 관계를 보인다. 도면에서 k 축은 기본파의 입사방향을 나타내는데, 이는 단결정의 Z축과 직각을 이루고 결정의 X-Y 평면 상에서 Y 축 방향으로 35 ° 의각을 이룬다. 그런데, 이 기본파 입사 방향 k에 수직한 면이 X-레이 회절면이 아니므로 본 발명에서는 이 면과 가까운, 즉 X 축과 33.7 ° 의 각을 가진 (310) 면을 먼저 절단하고, 각도계를 이용 이 면으로 부터 1.3 ° 회전시킨 후 빔입사 방향 k 에서 수직한 면을 절단한다.

본 발명의 KTP 제작과정을 보다 구체적으로 살펴 보면, 다음과 같다.

먼저 KTF 결정을 융제법에 의해 성장시킨다. 성장된 KTP 결정을 슬라이싱(Slicing) 장치를 사용하여 Z면을 따라 절단한다. 슬라이스상태로 절단된 KTP를 고정 장치인 지그(JIG)에 Z 면을 밑면으로 하여 고정시킨 후 X-레이 각도계를 이용하여 (310)면을 정밀하게 절단한다. 그리고, 각도계를 이용하여 1.3 °를 Y축 방향으로 더 회전시킨 후 이 방향에 수직한 면을 절단함으로써 절단면이 위상-정합 방향에 수직한 면이 된 제3도에 도시된 바와 같은 KTP를 완성한다. 아래의 표는 절단된 결정 평면의 X-레이 회절각을 나타낸다.

이상과 같은 본 발명에 의하여 KTP 입방체를 제작하면, KTP 결정을 위상-정합 방향에 ± 0.1° 이내의 오차로 수직하게 절단할 수 있어서, KTP 결정면에 입사하는 Nd:YLF 레이저의 변환 효율을 높일 수 있게 되고 이에 따라 크고 안정된 제2고조파를 얻을 수 있다.

제1도는 위상-정합 각 변화에 따른 KTP 결정의 SHG 출력특성 변화 선도,

제2도는 KTP 결정의 결정축과 정합각과의 관계를 보인 도면, 그리고

제3도는 완성된 KTP 단결정의 개략적 사시도.

Claims (2)

1. 비선형 단결정을 성장시키는 단계;

   성장된 비선형 단결정을 슬라이싱(Slicing) 장치를 사용하여 Z면을 따라 절단하는 단계;

   슬라이스 상태로 절단된 비선형 단결정의 (310)면을 절단하는 단계;

   상기 비선형 단결정을 Y 축 방향으로 1.3 ° 만큼 회전시킨 후 이 방향에 수직한 면을 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비선형 단결정소자 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 비선형 단결정은 Nd:YLF 레이저를 파장 527 nm로 변환시키는 KTP 인것을 특징으로 하는 비선형 단결정 소자 제조 방법.