KR100364348B1 - Wavelength Adjustable Opio Laser Device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 광선의 조정을 용이하게 하고 펌핑광의 효율성을 향상시킬 수 있게한 파장가변형 오피오(Optical Parametric Oscillator ; OPO) 레이저장치에 관한 것으로,The present invention relates to an optical parametric oscillator (OPO) laser device that facilitates the adjustment of the laser beam and improves the efficiency of pumping light.

즉, Nd:YAG 레이저로부터 발생된 레이저 광선을 기본파와 2차 조화파 및 3차 조화파로 만들어 주는 조화파 발생기와, 상기 조화파 발생기를 통과한 광선을 프리즘을 통과시켜 분산되게 하면서 다른 방향으로 전파되게 하되 상기 광선들중 기본파와 2차 조화파를 차단하는 반면 3차 조화파만 통과시키는 빔 조리개와, 상기 3차 조화파가 입사되어 펌핑광으로 사용하도록 고리 형태로 배열된 세 개의 공진기 거울의 사이에 설치된 오피오 레이저의 이득 물질인 BBO 크리스탈과, 상기 오피오 레이저 광선을 펌프 빔과 시그날 빔 및 아이들러 빔으로 각각 분리되도록 하는 펠린-브로카 프리즘과, 상기 오피오 레이저 광선을 조정하도록 설치된 헬륨-네온 레이저의 일부를 투과시키되 나머지 일부는 반사시키는 빔 스프리터와, 상기 빔 스프리터를 투과한 광선과 반사된 광선이 세 개의 공진기 거울과 BBO 크리스탈을 순차로 통과한 후 모니터링 스크린에 각각 점 형태로 나타나게 되어 오피오 레이저의 조정 여부를 감지하게 된 것이다.That is, a harmonic wave generator that makes a laser beam generated from an Nd: YAG laser into a fundamental wave, a second harmonic wave and a third harmonic wave, and propagates in a different direction while allowing the light ray passing through the harmonic wave generator to pass through a prism and to be dispersed. Of the three resonator mirrors arranged in a ring shape to block the fundamental wave and the second harmonic wave while passing only the third harmonic wave, and the third harmonic wave is incident and used as a pumping light. A BBO crystal, the gain material of the opio laser interposed therebetween, a pelin-broca prism that separates the opio laser beam into a pump beam, a signal beam and an idler beam, and a helium- installed to adjust the opio laser beam A beam splitter that transmits a part of the neon laser, but reflects the other part of the neon laser beam; Sadoen after light passes through the three resonator mirrors and BBO crystal is sequentially displayed at the respective point in the form of a monitor screen to detect the adjustment if the operational five laser.

Description

파장가변형 오피오 레이저장치Wavelength Adjustable Opio Laser Device

본 발명은 파장가변형 오피오 레이저장치, 보다 상세하게는 레이저 광선의 조정을 용이하게 하고 펌핑광의 효율성을 향상시킬 수 있게한 파장가변형 오피오(Optical Parametric Oscillator ; OPO) 레이저장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength tunable opio laser device, and more particularly to an optical parametric oscillator (OPO) laser device that facilitates the adjustment of the laser beam and improves the efficiency of pumping light.

오피오 레이저는 가시광선뿐 아니라 적외선 영역까지 원하는 파장의 광선을 모두 발생시킬 수 있으므로 대기오염측정 광원 및 고온기체 온도측정용 광원 등의 레이저 분광학 분야에 널리 사용될 수 있다.Opio lasers can generate all the rays of the desired wavelength not only visible light but also the infrared region can be widely used in the field of laser spectroscopy such as air pollution measurement light source and high temperature gas temperature light source.

오피오 레이저를 작동시키기 위해서는 강력한 펌핑 광원이 필요하며 일반적으로 Nd:YAG 레이저의 기본파로부터 발생된 3차 조화파를 펌핑광으로 사용한다.In order to operate the opio laser, a powerful pumping light source is required, and a third harmonic wave generated from the fundamental wave of the Nd: YAG laser is generally used as the pumping light.

종래에는 Nd:YAG 레이저의 기본파로부터 발생된 광선중 3차 조화파만을 선정하기 위하여 3차 조화파에 대하여 반사율이 큰 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 사용하였다.Conventionally, a dichroic mirror having a high reflectance with respect to the third harmonic wave is used to select only the third harmonic wave among the light rays generated from the fundamental wave of the Nd: YAG laser.

그러나 하나의 다이크로익 미러로는 기본파와 2차 조화파를 충분히 제거할 수 없었으므로, 어느 하나의 다이크로익 미러에서 반사된 광선을 다른 다이크로익 미러로 다시 반사시켜 3차 조화파를 추출하였다.However, since one dichroic mirror could not sufficiently remove the fundamental and second harmonic waves, it extracts the third harmonic by reflecting the light reflected from one dichroic mirror back to the other dichroic mirror. It was.

이러한 방법은 한 번 반사시키는 것보다는 기본파와 2차 조화파를 더 많이 제거할 수 있는 잇점은 있었으나 여러개의 반사경을 거쳐야 하므로 3차 조화파의 출력이 작아지면서 펌핑광의 효율을 저하시키는 요인이 되고 있다.This method has the advantage of eliminating more fundamental and secondary harmonic waves than reflecting it once, but it has to go through several reflectors, which reduces the efficiency of pumping light as the output of the third harmonic becomes smaller. .

또한 펌핑광이 여러번의 반사를 거친 후에 이득 물질에 입사되므로 오피오 레이저의 조정이 어렵다는 문제점이 있다.In addition, since the pumping light is incident on the gain material after several reflections, it is difficult to adjust the opio laser.

본 발명은 위와 같은 종래의 펌프광의 추출과 조정에 따른 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 Nd:YAG 레이저의 3차 조화파를 효율적으로 추출함과 아울러 오피오 레이저의 조정을 용이하게 하는 파장가변형 오피오 레이저장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems caused by the conventional extraction and adjustment of the pump light, the purpose of which is to efficiently extract the third harmonic wave of the Nd: YAG laser and to facilitate the adjustment of the opio laser It is to provide a wavelength tunable opio laser device.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Nd:YAG 레이저로부터 발생된 레이저 광선을 기본파와 2차 조화파 및 3차 조화파로 만들어 주는 조화파 발생기와, 상기 조화파 발생기를 통과한 광선을 프리즘을 통과시켜 분산되게 하면서 다른 방향으로 전파되게 하되 상기 광선들중 기본파와 2차 조화파를 차단하는 반면 3차 조화파만 통과시키는 빔 조리개와, 상기 3차 조화파가 입사되어 펌핑광으로 사용하도록 고리 형태로 배열된 세 개의 공진기 거울의 사이에 설치된 오피오 레이저의 이득 물질인 BBO 크리스탈과, 상기 오피오 레이저 광선을 펌프 빔과 시그날 빔 및 아이들러 빔으로 각각 분리되도록 하는 펠린-브로카 프리즘과, 상기 오피오 레이저 광선을 조정하도록 설치된 헬륨-네온 레이저의 일부를 투과시키되 나머지 일부는 반사시키는 빔 스프리터와, 상기 빔 스프리터를 투과한 광선과 반사된 광선이 세 개의 공진기 거울과 BBO 크리스탈을 순차로 통과한 후 모니터링 스크린에 각각 점 형태로 나타나게 되어 오피오 레이저의 조정 여부를 감지하게 됨을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a harmonic wave generator for converting a laser beam generated from an Nd: YAG laser into a fundamental wave, a second harmonic wave, and a third harmonic wave, and a ray passing through the harmonic wave generator through a prism. To spread and spread in the other direction while blocking the fundamental wave and the second harmonic wave among the light beams, while only the third harmonic wave passes, and the third harmonic wave is incident and used as a pumping light. A BBO crystal which is a gain material of an opio laser disposed between three resonator mirrors arranged in the A beam splitter that transmits a portion of the helium-neon laser installed to adjust the laser beam and reflects the other portion In addition, the light transmitted through the beam splitter and the reflected light pass through the three resonator mirrors and the BBO crystal in sequence and appear in the form of dots on the monitoring screen, respectively, to detect whether the opio laser is adjusted.

도 1은 본 발명에 의한 파장가변형 오피오 레이저장치를 개략적으로 나타낸 구성도,1 is a schematic view showing a wavelength tunable opio laser device according to the present invention;

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 의한 출력광선을 나타낸 선도이다.2A and 2B are diagrams showing output light beams according to an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

1 : Nd:YAG 레이저 2 : 조화파 발생기1: Nd: YAG laser 2: Harmonic wave generator

3 : 프리즘 4 : 빔 조리개3: prism 4: beam aperture

5, 5a, 5b : 거울 6 : BBO 크리스탈5, 5a, 5b: mirror 6: BBO crystal

7 : 펠린-브로카 프리즘7: Perlin-Broca Prism

10 : 펌프 빔 11 : 시그날 빔10: pump beam 11: signal beam

12 : 아이들러 빔 13 : 헬륨-네온 레이저12: idler beam 13: helium-neon laser

14 : 빔 스프리터 15 : 모니터링 스크린14 beam splitter 15 monitoring screen

이하, 본 발명의 파장가변형 오피오 레이저장치를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the wavelength-variable opio laser device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 파장가변형 오피오 레이저장치를 개략적으로 나타낸 구성도로서, Nd:YAG 레이저(1)로부터 발생된 레이저 광선이 지나는 통로에 레이저 광선이 통과할 때 기본파와 2차 조화파 및 3차 조화파로 만들어 주는 조화파 발생기(2)가 설치되어 있다.1 is a schematic view showing a wavelength tunable opio laser device of the present invention, in which a fundamental wave, a second harmonic wave, and a third wave are generated when a laser beam passes through a path through which a laser beam generated from an Nd: YAG laser 1 passes. The harmonic generator 2 which makes a difference harmonic wave is provided.

상기 조화파 발생기(2)를 통과한 광선들은 프리즘(3)을 통과하는 과정에서 분산되면서 각각 다른 방향으로 전파시키되 상기 광선들중 기본파와 2차 조화파는 빔 조리개(4)에서 차단되는 반면 3차 조화파만 빔 조리개를 통과한다.The light rays passing through the harmonic generator 2 propagate in different directions while being distributed in the course of passing through the prism 3, while the fundamental wave and the second harmonic wave of the light rays are blocked by the beam stop 4 while the third order Only harmonic waves pass through the beam aperture.

이 빔 조리개(4)를 통과한 3차 조화파는 고리 형태로 배열된 세 개의 공진기 거울(5, 5a, 5b)과 이들 거울 사이에 놓인 오피오 레이저의 이득 물질인 BBO 크리스탈(6)에 입사되어 펌핑광으로 사용된다.The third harmonic wave passing through the beam stop 4 is incident on the three resonator mirrors 5, 5a, 5b arranged in a ring form and the BBO crystal 6, which is a gain material of the opio laser placed between the mirrors. Used as pumping light.

이 과정에서 발생된 오피오 레이저 광선은 펠린-브로카 프리즘(7)에 입사되어 펌프 빔(10), 시그날 빔(11), 아이들러 빔(12)으로 분리된다.The opio laser beam generated in this process is incident on the Pelin-Broca prism 7 and separated into a pump beam 10, a signal beam 11, and an idler beam 12.

펌핑용으로 사용되는 Nd:YAG 레이저와는 별도로 본 장치에서는 오피오 레이저의 조정용으로 헬륨-네온 레이저를 사용하고 있다.Apart from the Nd: YAG laser used for pumping, the device uses a helium-neon laser to control the opio laser.

헬륨-네온 레이저(13)는 빔 스프리터(14)에서 일부가 투과되는 반면 일부는 반사된다.The helium-neon laser 13 is partially transmitted in the beam splitter 14 while part is reflected.

상기 빔 스프리터(14)를 투과한 광선은 오피오 레이저를 전혀 거치지 않고 모니터링 스크린(15)에 비치며, 스크린에 비친 점은 조정을 위한 기준점으로 사용된다.The light transmitted through the beam splitter 14 is reflected on the monitoring screen 15 without passing through the opio laser at all, and the point reflected on the screen is used as a reference point for adjustment.

한편, 빔 스프리터(14)에서 반사된 광선은 오피오 레이저를 구성하고 있는 세 개의 공진기 거울(5, 5a, 5b)과 BBO 크리스탈(6)을 순차로 통과한 후 모니터링 스크린(15)에 비친다.On the other hand, the light reflected by the beam splitter 14 sequentially passes through the three resonator mirrors 5, 5a and 5b and the BBO crystal 6 constituting the opio laser and then shines onto the monitoring screen 15.

따라서, 스크린 상에는 오피오 레이저를 통과한 광선과 통과하지 않은 광선이 함께 비치게 되고, 이 두 개의 점이 일치하면 오피오 레이저의 조정이 정확히 된 것이다.Therefore, on the screen, the light passing through the opio laser and the light not passing through are reflected together. If the two points coincide, the operation of the opio laser is correct.

또한 오피오 레이저의 사용중 조정이 어긋나는 일이 있으면 이들 두 점이 분리되므로 이를 쉽게 감지할 수 있을뿐 아니라 조정도 손쉽게 할 수 있다.In addition, if the opio laser is misaligned during use, these two points are separated, making it easy to detect and adjust easily.

도 2a 및 2b는 본 발명에 의한 오피오 레이저 출력광선을 나타낸 선도로서, 도 2a의 실시예는 BBO 크리스탈(6)을 회전시켜 오피오 레이저의 출력파장을 가변시킨 결과이며, 여기에서 BBO 크리스탈(6)의 회전각 변화에 따라 424nm에서 695nm까지, 그리고 726nm에서 2181nm에 이르는 매우 넓은 영역에서 파장가변이 가능함을 알 수 있다.2A and 2B are diagrams showing the opio laser output light according to the present invention. The embodiment of FIG. 2A is a result of rotating the BBO crystal 6 to vary the output wavelength of the opio laser. It can be seen that the wavelength can be changed in a very wide range from 424nm to 695nm and 726nm to 2181nm according to the rotation angle change of 6).

도 2b의 실시예는 펌핑용으로 사용되는 Nd:YAG 레이저의 세기에 따른 오피오 레이저 출력의 변화를 관측한 것으로서 매우 높은 에너지 변환효율을 가지며 최대 변환효율은 약 23%에 이른다.The embodiment of Figure 2b is observed the change of the opio laser output according to the intensity of the Nd: YAG laser used for pumping, has a very high energy conversion efficiency and the maximum conversion efficiency reaches about 23%.

이와 같은 본 발명의 파장가변형 오피오 레이저장치는 프리즘과 빔조리개를 통해 추출된 광선을 BBO 크리스탈의 회전각도 조절에 의해 다양한 파장으로 펌핑할 수 있는 효과가 있으며, 투과광선과 반사광선을 모니터링 스크린에 점으로 각각 나타나게 하여 두점의 일치여부에 따라 레이저 조정의 정확도를 간편하게 감지할 수 있는 장점이 있다.The wavelength tunable opio laser device of the present invention has the effect of pumping the light extracted through the prism and the beam aperture to various wavelengths by controlling the rotation angle of the BBO crystal, and the transmitted light and the reflected light on the monitoring screen By appearing as shown in each of the two points to match whether there is an advantage that can easily detect the accuracy of the laser adjustment.

Claims (1)

Nd:YAG 레이저(1)로부터 발생된 레이저 광선이 지나는 통로에 설치되어 레이저 광선을 기본파와 2차 조화파 및 3차 조화파로 만들어 주는 조화파 발생기(2)와, 상기 조화파 발생기(2)를 통과한 광선이 프리즘(3)을 통과하는 과정에서 분산되면서 각각 다른 방향으로 전파되고 상기 광선들중 기본파와 2차 조화파는 차단되는 반면 3차 조화파만 통과되게 하는 빔 조리개(4)와, 상기 3차 조화파가 입사되어 펌핑광으로 사용하도록 고리 형태로 배열된 세 개의 공진기 거울(5, 5a, 5b)의 사이에 설치된 오피오 레이저의 이득 물질인 BBO 크리스탈(6)과, 상기 오피오 레이저 광선이 입사되어 펌프 빔(10)과 시그날 빔(11) 및 아이들러 빔(12)으로 각각 분리되도록 하는 펠린-브로카 프리즘(7)과, 상기 오피오 레이저 광선을 조정하도록 설치된 헬륨-네온 레이저(13)의 일부를 투과시키되 나머지 일부는 반사시키는 빔 스프리터(14)와, 상기 빔 스프리터(14)를 투과한 광선과 반사된 광선이 세 개의 공진기 거울(5, 5a, 5b)과 BBO 크리스탈(6)을 순차로 통과한 후 각각 점 형태로 나타나게 설치되어 오피오 레이저의 조정 여부를 감지하게 되는 모니터링 스크린(15)을 포함한 구성을 특징으로 하는 파장가변형 오피오 레이저장치.The harmonic wave generator 2, which is installed in the passage through which the laser beam generated from the Nd: YAG laser 1 passes, makes the laser beam the fundamental wave, the second harmonic wave and the third harmonic wave, and the harmonic wave generator 2 The beam aperture 4 which propagates in a different direction as the transmitted light passes through the prism 3 and blocks only the third harmonic wave while the fundamental wave and the second harmonic wave of the light rays are blocked; A BBO crystal 6 which is a gain material of an opio laser disposed between three resonator mirrors 5, 5a, and 5b arranged in a ring so that a third harmonic wave is incident and used as pumping light, and the opio laser Perlin-Broca prism (7) which allows light beams to be incident and separated into a pump beam (10), a signal beam (11) and an idler beam (12), and a helium-neon laser (13) installed to adjust the opio laser beam. Part of A beam splitter 14 which reflects the excess part but reflects the other part, and the light beams transmitted through the beam splitter 14 and the reflected light pass through the three resonator mirrors 5, 5a, 5b and the BBO crystal 6 in sequence. The wavelength tunable opio laser device, characterized in that the configuration including a monitoring screen 15 is installed to appear in the form of a point after each of the opio laser adjustment.
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