KR100695733B1 - System of second harmonic generation by which fast equilibrium phase-matching temperature of nonlinear optical crystal is reached - Google Patents

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Abstract

제 2고조파 빛 발생을 위한 비선형 광학 결정의 위상정합 온도의 안정화 상태(열적 평형 상태)로 이르는 시간을 단축시키기 위한 제 2고조파 발생 시스템이 개시된다. 제 2고조파 발생 시스템은, 일정한 온도를 유지하고 있는 오븐 내에 배치되어 있으며, 제 2고조파 빛 에너지를 흡수하는 비선형 광학 결정; 기본파를 비선형 광학 결정으로 입사시키는 기본파 광원; 비선형 광학 결정에서 나온 상기 기본파와 상기 제 2 고조파를 분리하는 빔 스플리터; 비선형 광학 결정과 연결되어서 비선형 광학 결정의 온도를 감지하고 그에 따라 비선형 광학 결정의 온도를 열적 평형 상태의 위상정합의 실제 온도 또는 상기 위상정합의 실제 온도보다 낮은 온도로 유지시키기 위한 온도유지회로와, 온도유지회로의 출력에 따라서 비선형 광학 결정을 가열하기 위한 전류를 발생하는 발열기로 이루어진 위상정합 온도 조절기; 및 위상정합 온도 조절기의 발열기에 연결되어서, 장시간 기본파 입사가 없고 비선형 광학 결정이 상기 위상정합의 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지되고 있는 상태에서 기본파가 입사될 때 비선형 광학 결정이 신속하게 열적 평형 상태의 위상정합 실제 온도에 도달하도록, 위상정합 온도 조절기의 발열기를 통해서 비선형 광학 결정을 일시적으로 가열시키는 추가/보조 가열소스를 포함한다. A second harmonic generation system is disclosed for shortening the time to reach a stabilization state (thermal equilibrium state) of a phase matching temperature of a nonlinear optical crystal for second harmonic light generation. The second harmonic generation system comprises: a nonlinear optical crystal disposed in an oven maintaining a constant temperature and absorbing the second harmonic light energy; A fundamental wave light source for injecting a fundamental wave into a nonlinear optical crystal; A beam splitter separating the fundamental wave and the second harmonic derived from the nonlinear optical crystal; A temperature maintenance circuit connected with the nonlinear optical crystal to sense the temperature of the nonlinear optical crystal and thus maintain the temperature of the nonlinear optical crystal at a temperature at or below the actual temperature of the phase match in thermal equilibrium; A phase-matching temperature controller composed of a heater for generating a current for heating the nonlinear optical crystal in accordance with the output of the temperature holding circuit; And a nonlinear optical crystal rapidly thermally equilibrates when the fundamental wave is incident while there is no fundamental wave incident for a long time and the nonlinear optical crystal is kept at a temperature lower than the actual temperature of the phase match. An additional / secondary heating source for temporarily heating the non-linear optical crystal through the heat generator of the phase-matching thermostat, to reach the phase-matching actual temperature of the state.

제 2고조파 발생, 비선형 광학결정, 위상정합온도, 온도 조절, 열적 평형, 베이스, 에미터 Second harmonic generation, nonlinear optical crystal, phase match temperature, temperature control, thermal equilibrium, base, emitter

Description

비선형 광학 결정의 신속한 위상정합 온도 평형을 이루는 제 2고조파 발생 시스템{System of second harmonic generation by which fast equilibrium phase-matching temperature of nonlinear optical crystal is reached} System of second harmonic generation by which fast equilibrium phase-matching temperature of nonlinear optical crystal is reached}

도 1은 본 발명의 일예에 따른, 비선형 광학 결정의 신속한 위상정합 온도 평형을 이루기 위한 제 2고조파 발생 시스템의 개략도. 1 is a schematic diagram of a second harmonic generation system for achieving fast phase matching temperature balance of a nonlinear optical crystal, in accordance with an example of the present invention;

도 2는 도 1의 위상정합 온도 조절기(20) 및 추가 가열소스(25)의 상세 회로도. FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the phase match temperature controller 20 and the additional heating source 25 of FIG. 1.

도 3은 도 2의 위상정합 온도 조절기(20)와 오븐에 놓인 비선형 광학 결정(12)과의 배치 관계를 보여주는 단면도. 3 is a cross-sectional view showing the arrangement relationship between the phase-matching temperature controller 20 of FIG. 2 and the nonlinear optical crystal 12 placed in the oven.

도 4는 본 발명에 따른 제 2고조파 발생 시스템을 이용하여 발생된 장시간 기본파 입사가 없다가 입사가 시작된 후부터 제 2고조파 빛 세기의 시간의 특성을 나타낸 그래프. Figure 4 is a graph showing the characteristics of the time of the second harmonic light intensity from the start of the incident after no incident fundamental wave incident generated using the second harmonic generation system according to the present invention.

본 발명은 제 2고조파 발생 시스템에 관한 것으로서, 특히 비선형 광학 결정의 위상정합 온도의 안정화(열적 평형 상태)에 이르는 시간을 단축시키기 위한 제 2고조파 발생 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a second harmonic generation system, and more particularly to a second harmonic generation system for shortening the time to stabilization (thermal equilibrium) of the phase matching temperature of a nonlinear optical crystal.

주파수 변환 기술을 이용하는 시스템이 산업계, 의료계 및 과학계에 폭넓게 응용되고 있다. 기본광을 다른 주파수로 변환하는 주파수 변환 시스템 중 하나로, 제 2 고조파 발생(SHG; Second Harmonic Generation) 시스템을 들 수 있다. 이러한 SHG 발생의 크기는 기본파 및 제 2고조파에 대해서 비선형 광학 결정의 온도 및 각도 조절을 통한 위상정합 조건을 만족해야 최대가 되며, 따라서 제 2고조파 발생 빛의 세기를 최대로 하기 위해서는 각도로 조정하거나, 또는 고정된 각도에서 제 2고조파가 최대가 되는 비선형 광학 결정의 해당 위상정합 온도로 온도 조절기를 이용하여 일정하게 유지해야 된다. Systems using frequency conversion technology are widely applied in the industrial, medical and scientific fields. As one of the frequency conversion systems for converting the fundamental light into another frequency, a second harmonic generation (SHG) system may be mentioned. The magnitude of the SHG generation is maximum when the phase matching conditions through the temperature and angle adjustment of the nonlinear optical crystal are satisfied for the fundamental wave and the second harmonic, and are adjusted by the angle to maximize the intensity of the second harmonic generated light. Alternatively, or at a fixed angle, the temperature matching temperature of the non-linear optical crystal to maximize the second harmonic must be kept constant using a temperature controller.

한편, 비선형 광학 결정의 위상정합의 실제 온도는 최대 크기로 제 2고조파가 발생하고 있는 상태의 온도이며, 이때에는 비선형 광학 결정이 열적으로 평형상태, 즉 안정화 상태에 있게 된다. 그런데 비선형 광학 결정의 열적 평형 상태는 단순히 비선형 광학 결정을 가열하는 열원에 의해서만 결정되는 것이 아니고, 비선형 광학 결정 자체가 제 2고조파 빛 에너지를 흡수함으로, 이에 따른 비선형 광학 결정의 열 효과에 의해서도 결정된다. 따라서 제2고조파 빛 에너지를 흡수하는 비선형 광학 결정이 사용되는 시스템에서는, 빛이 투과되지 않고 있는 상태에서 비선형 광학 결정이 위상정합 온도 조절기에 의해서 임계 위상정합 온도(비선형 광학 결정 위상 정합의 실제 온도보다 낮음)로 유지되는 상태에서 기본파가 비선형 광학 결정에 입사되더라도 위상정합 온도 조건이 곧바로 충족되지 않을 수 있으며, 이 경우에는 비선형 광학 결정의 열적 평형, 즉 비선형 광학 결정의 위상정합 온도가 안정화되기 까지 수 십분 동안 기다려야 한다. 현재까지는 고조파 발생 레이저 시스템 등에서 비선형 광학 결정의 위상정합 온도 안정화를 위해서 제 2고조파의 파장에서 비선형 광학 결정의 빛 에너지 흡수가 심한 경우에는 수 십분 동안(대략 1시간 이상)의 시간이 걸리는 불편함을 감수하며 사용이 되어왔다. On the other hand, the actual temperature of phase matching of the nonlinear optical crystal is the temperature at which the second harmonic is generated at the maximum magnitude, and at this time, the nonlinear optical crystal is thermally balanced, that is, in a stabilized state. However, the thermal equilibrium state of the nonlinear optical crystal is not only determined by the heat source that heats the nonlinear optical crystal, but also by the nonlinear optical crystal itself absorbs the second harmonic light energy, and thus also by the thermal effect of the nonlinear optical crystal. . Therefore, in a system in which a nonlinear optical crystal is used that absorbs the second harmonic light energy, the nonlinear optical crystal is controlled by a phase matching temperature controller in a state in which light is not transmitted. Even if the fundamental wave is incident on the nonlinear optical crystal, the phase matching temperature condition may not be satisfied immediately.In this case, the thermal equilibrium of the nonlinear optical crystal, that is, until the phase matching temperature of the nonlinear optical crystal is stabilized You have to wait for tens of minutes. Up to now, in the harmonic generating laser system, in order to stabilize the phase matching temperature of the nonlinear optical crystal, the nonlinear optical crystal has a large amount of light energy absorption at the wavelength of the second harmonic, which may take several ten minutes (about 1 hour or more). Has been used.

따라서 본 발명의 목적은, 기본파 입사 개시 후 비선형 광학 결정의 위상정합 온도의 안정화 시간을 단축시킬 수 있는 제 2고조파 발생 시스템을 제공하는 것이다. It is therefore an object of the present invention to provide a second harmonic generation system capable of shortening the stabilization time of the phase matching temperature of a nonlinear optical crystal after the start of fundamental wave incidence.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 제 2고조파 발생 시스템은, 일정한 온도를 유지하고 있는 오븐 내에 배치되어 있으며, 제2고조파 빛 에너지를 흡수하는 비선형 광학 결정; 기본파를 비선형 광학 결정으로 입사시키는 기본파 광원; 상기 비선형 광학 결정에서 나온 상기 기본파와 상기 제 2 고조파를 분리하는 빔 스플리터; 상기 비선형 광학 결정과 연결되어서 상기 비선형 광학 결정의 온도를 감지하고 그에 따라 상기 비선형 광학 결정의 온도를 열적 평형 상태의 위상정합의 실제 온도 또는 상기 위상정합의 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지시키기 위한 온도유지회로와 비선형광학 결정과 상기 온도유지회로의 출력 사이에 연결되어서 온도유지회로의 출력에 따라서 상기 비선형 광학 결정을 가열하기 위한 전류를 발생하는 발열기로 이루어진 위상정합 온도 조절기; 및 상기 위상정합 온도 조절기의 발열기에 연결되어서, 장시간 상기 기본파 입사가 없고 상기 비선형 광학 결정이 위상정합의 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지되고 있는 상태에서 상기 기본파가 입사될 때 상기 비선형 광학 결정이 신속하게 열적 평형 상태의 위상정합 실제 온도에 도달하도록, 상기 온도 조절기의 발열기를 통해서 상기 비선형 광학 결정을 일시적으로 가열시기키는 추가/보조 가열소스를 포함한다. 여기서 발열기는 V+cc와 V-cc 사이에 형성된 상기 온도유지회로에 대해서 병렬 연결되어 있으며 V+cc와 V-cc 사이에서 병렬 연결된 2개의 바이폴라 트랜지스터로 이루어지며, 추가 가열소스는 2개의 바이폴라 트랜지스터의 베이스와 에미터 간에 전류를 공급해 주기 위한 직류전원과 저항 및 2개의 바이폴라 트랜지스터의 베이스와 에미터 간에 일정 시간 동안 전류가 흐르도록 하는 타이머 스위치로 이루어진다.A second harmonic generation system for achieving the object of the present invention comprises: a nonlinear optical crystal disposed in an oven maintaining a constant temperature and absorbing second harmonic light energy; A fundamental wave light source for injecting a fundamental wave into a nonlinear optical crystal; A beam splitter separating the fundamental wave and the second harmonic derived from the nonlinear optical crystal; Connected with the nonlinear optical crystal to sense a temperature of the nonlinear optical crystal and thereby maintain a temperature of the nonlinear optical crystal to maintain the temperature of the phase match in thermal equilibrium or a temperature lower than the actual temperature of the phase match A phase-matching temperature controller connected between a circuit and a nonlinear optical crystal and an output of the temperature holding circuit, the phase matching temperature controller comprising a heater for generating a current for heating the nonlinear optical crystal in accordance with the output of the temperature holding circuit; And the nonlinear optical crystal is connected when the fundamental wave is incident while the fundamental wave is not maintained for a long time and the nonlinear optical crystal is kept at a temperature lower than the actual temperature of phase matching. An additional / auxiliary heating source for temporarily heating the non-linear optical crystal through the heat generator of the thermostat, to quickly reach the thermally balanced phase match actual temperature. The heater is V + cc and V - is parallel-connected with respect to maintaining the temperature of the circuit formed between the cc and V + cc and V - consists of two bipolar transistors connected in parallel between the cc, more heat sources are two bipolar transistors It consists of a DC power supply and a resistor for supplying current between the base and the emitter, and a timer switch that allows current to flow for a certain time between the base and the emitter of the two bipolar transistors.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일예에 따른 비선형 광학 결정의 신속한 위상정합 온도 평형을 이루기 위한 제 2고조파 발생 시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1의 위상정합 온도 조절기(20) 및 추가 가열소스(25)의 상세 회로도이며, 도 3은 도 2의 위상정합 온도 조절기(20)와 오븐에 놓인 비선형 광학 결정(12)과의 배치 관계를 보여주는 단면도이다. 1 is a schematic diagram of a second harmonic generation system for achieving rapid phase matching temperature balance of a nonlinear optical crystal according to one embodiment of the invention, and FIG. 2 is a phase matching temperature controller 20 and an additional heating source 25 of FIG. 3 is a cross-sectional view showing the arrangement relationship between the phase-matching temperature controller 20 of FIG. 2 and the nonlinear optical crystal 12 placed in the oven.

도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 제 2고조파 발생 시스템은 파장 λ의 기본파 레이저를 비선형 광학 결정(12)으로 입사시키는 기본파 광원(5), 일정한 온도를 유지하고 있는 오븐(10) 내에 배치된 제2고조파 빛 에너지를 흡수하는 비선형 광학 결정(12), 비선형 광학 결정(12)에서 나온 기본파와 제 2 고조파를 분리하는 빔 스플리터(9), 비선형 광학 결정(12)과 연결되어서 비선형 광학 결정(12)의 온도를 감지하고 감지된 온도에 따라서 비선형 광학 결정(12)을 열적 평형 상태의 위상정합의 실제 온도 또는 상기 위상정합의 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지하도록 가열하는 위상정합 온도 조절기(20) 및 장시간 기본파 입사가 없는 상태에서 상기 비선형 광학 결정(12)이 상기 위상정합 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지되고 있는데 기본파가 입사될 때, 상기 비선형 광학 결정(12)이 신속하게 열적 평형 상태의 위상정합 실제 온도에 도달하도록 상기 비선형 광학 결정(12)을 소정의 시간 동안만 추가/보조적으로 가열시키는 추가 가열소스(25)를 포함한다. 여기서 기본파 광원은 주로 1064nm, 532nm 등의 파장을 가지는 광원을 포함하나, 특정의 파장을 가진 광원에 한정되지 않고 전 파장 범위의 광원을 포함한다. 미 설명된 참조번호 14는 금속으로 이루어진 발열 패드로서 위상정합 온도 조절기(20) 및 추가 가열소스(25)로부터 제공되는 열원을 비선형 광학 결정(12)에 전달한다. Referring to FIG. 1, a second harmonic generation system according to the present invention includes a fundamental wave light source 5 for injecting a fundamental wave laser of wavelength λ into a nonlinear optical crystal 12, and an oven 10 maintaining a constant temperature. A nonlinear optical crystal 12 that is coupled to a nonlinear optical crystal 12 that absorbs the disposed second harmonic light energy, a beam splitter 9 that separates the fundamental and second harmonics from the nonlinear optical crystal 12, and a nonlinear optical crystal 12 A phase-matching thermostat that senses the temperature of the crystal 12 and heats the nonlinear optical crystal 12 in accordance with the sensed temperature to maintain the actual temperature of the phase match in thermal equilibrium or lower than the actual temperature of the phase match. 20) and the nonlinear optical crystal 12 is maintained at a temperature lower than the phase-matching actual temperature when there is no fundamental wave incident for a long time, when the fundamental wave is incident, the nonlinear An additional heating source 25 is added / assisted to heat the nonlinear optical crystal 12 only for a predetermined time so that the optical crystal 12 quickly reaches the phase-matched actual temperature in thermal equilibrium. Here, the fundamental wave light source mainly includes a light source having a wavelength of 1064 nm, 532 nm, etc., but is not limited to a light source having a specific wavelength, and includes a light source having a full wavelength range. Unexplained reference numeral 14 is a heating pad made of metal, which transfers the heat source provided from the phase matching temperature controller 20 and the additional heating source 25 to the nonlinear optical crystal 12.

도 2 및 도 3을 참조로 보다 구체적으로 살펴보면, 위상정합 온도조절기(20)는 비선형 광학 결정(12)에 연결되어서 그의 온도를 감지하고 비선형광학 결정(12)의 위상정합 온도를 유지시키기 위한 온도유지회로(22)와 상기 비선형광학 결정(12)과 상기 온도유지회로(22)의 출력 사이에 연결되어서 온도유지회로(22)의 출력에 따라서 상기 비선형 광학 결정(12)을 가열하기 위한 전류를 발생하는 발열기(24)로 이루어진다. 도 3에는 온도유지회로(22) 및 발열기(24)의 일예가 도시되어 있다. 온도유지회로(22)는 V-cc와 V+cc 사이에 연결된 브리지 회로(R1, R2, R3, 32), 브리지 회로에 연결된 동작 증폭기(OP AMP;34)로 이루어져 있으며, 이들은 비선형 광학 결정(12)의 위상정합 온도를 유지시켜 주는 역할을 하도록 되어있다. 그리고 브리지 회로는 3개의 저항(R1, R2, R3)과 1개의 써미스터(thermister; 32)로 이루어진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 써미스터(thermister; 32)는 비선형 광학 결정(12)이 놓이는, 열전도성이 높은 금속으로 만들어진 마운트(mount;48) 내부에 장착이 되어서 비선형 광학 결정(12)의 온도를 감지한다. 도 3에서는 편의상 위상정합 온도 조절기(20)와 써미스터(32)를 분리하였으나, 도 2에 나타난 바와 같이, 써미스터(32)는 위상정합 온도 조절기(20)의 일부를 구성한다. 한편, 발광다이오드(LED;D1)는 오븐(10)이 가열되고 있는 상태를 표시하기 위한 것이다. 2 and 3, the phase match temperature controller 20 is connected to the nonlinear optical crystal 12 to sense its temperature and maintain a temperature for maintaining the phase match temperature of the nonlinear optical crystal 12. A current is connected between the holding circuit 22 and the output of the nonlinear optical crystal 12 and the temperature holding circuit 22 to heat the nonlinear optical crystal 12 in accordance with the output of the temperature holding circuit 22. The heat generator 24 which generate | occur | produces is comprised. 3 shows an example of the temperature holding circuit 22 and the heat generator 24. The temperature holding circuit 22 is composed of a bridge circuit (R1, R2, R3, 32) connected between V - cc and V + cc, and an operational amplifier (OP AMP) 34 connected to the bridge circuit, which is a nonlinear optical crystal ( It is to keep the phase matching temperature of 12). The bridge circuit consists of three resistors (R1, R2, R3) and one thermistor (32). As shown in FIG. 3, the thermistor 32 is mounted inside a mount 48 made of a high thermally conductive metal on which the nonlinear optical crystal 12 is placed so that the temperature of the nonlinear optical crystal 12 is increased. Detect it. In FIG. 3, the phase matching temperature controller 20 and the thermistor 32 are separated for convenience, but as shown in FIG. 2, the thermistor 32 constitutes a part of the phase matching temperature controller 20. On the other hand, the light emitting diode (LED) D1 is for displaying the state that the oven 10 is being heated.

발열기(24)는 위상정합 온도 조절기(20)의 열원을 제공하는 것으로서 온도유지회로(22)의 동작 증폭기(34)에 대해 병렬 연결된 2개의 바이폴라 트랜지스터(Q1, Q2)로 되어 있으며, 2개의 바이폴라 트랜지스터(Q1, Q2)는 V-cc와 V+cc 사이에서 병렬 연결되어 있다. 바이폴라 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스로 동작 증폭기(34)의 출력이 입력되고 트랜지스터(Q1, Q2)에 흐르는 전류에 의해 발생된 열이 비선형광학 결정(12)에 전달되어 비선형 광학 결정(12)을 가열한다. 즉, 바이폴라 트랜지스터(Q1, Q2)는 와이어(42, 46)를 통해 마운트(48)와 접촉되어 있는 발열 패드(14)에 각각 연결되어서, 트랜지스터(Q1, Q2)를 흐르는 전류에 의해 발생된 열이 비선형광학결정(12)으로 전달되게 된다. 정리하면 비선형 광학 결정(12)의 온도는 써미스터(32)에 의해 측정되고, 써미스트(32)를 포함하는 온도유지회로(22), 발열기(24) 및 비선형 광학 결정(12)으로 구성되는 피드백 회로를 통하여 비선형 광학 결정(12)의 온도가 위상정합 온도에서 일정하게 유지된다. The heat generator 24 provides a heat source of the phase-matching temperature controller 20, which is composed of two bipolar transistors Q1 and Q2 connected in parallel to the operational amplifier 34 of the temperature holding circuit 22, and two bipolars. Transistors Q1 and Q2 are connected in parallel between V - cc and V + cc. The output of the operational amplifier 34 is input to the base of the bipolar transistors Q1 and Q2, and heat generated by the current flowing through the transistors Q1 and Q2 is transferred to the nonlinear optical crystal 12 so that the nonlinear optical crystal 12 is provided. Heat it. That is, the bipolar transistors Q1 and Q2 are connected to the heating pads 14 which are in contact with the mount 48 through the wires 42 and 46, respectively, so that the heat generated by the current flowing through the transistors Q1 and Q2. The nonlinear optical crystals 12 are transferred to the nonlinear optical crystal 12. In summary, the temperature of the nonlinear optical crystal 12 is measured by the thermistor 32, and is composed of the temperature holding circuit 22 including the thermistor 32, the heat generator 24, and the nonlinear optical crystal 12. Through the circuit, the temperature of the nonlinear optical crystal 12 is kept constant at the phase match temperature.

추가 가열소스(25)는 상기 발열기(24)에 병렬 연결되어 있다. 즉, 추가 가열 소스(25)는 발열기(24)인 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스와 에미터 사이에 연결되어 있으며, 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스와 에미터 양단에 전류을 인가하기 위한 전원(+12VDC)과 가변저항(RV) 및 상기 전원의 공급을 제어하는 타이머 스위치(36)로 이루어져 있다. 트랜지스터(Q1, Q2)의 에미터는 V-cc에 연결되고 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 및 트랜지스터(Q2)의 콜렉터는 각각 R6와 R7을 통해 +12VDC에 연결되어 있다. An additional heating source 25 is connected in parallel to the heater 24. That is, the additional heating source 25 is connected between the base and the emitter of the transistors Q1 and Q2, which are the heat generators 24, and a power source for applying current to both the base and the emitter of the transistors Q1 and Q2. + 12V DC ), a variable resistor (R V ), and a timer switch 36 for controlling the supply of the power. The emitters of transistors Q1 and Q2 are connected to V - cc and the collector of transistor Q1 and the collector of transistor Q2 are connected to + 12V DC via R 6 and R 7 , respectively.

도 2의 위상정합 온도 조절기(20)는 비선형 광학 결정을 지속적으로 위상정합 온도가 유지 되도록 한다. 한편 장시간 기본파의 입사가 없이 위상정합의 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지되고 있는 비선형 광학 결정(12)에 기본파가 입사될 때는 추가 가열소스(25)의 타이머 스위치(36)를 일정 시간 동안 “턴온”시키면 추가 전류가 발열기(24)에 공급되어, 비선형 광학 결정(12)을 가열하게 되어 위상정합 실제 온도에 단시간 내에 도달하게 된다. 기본파 입사 전 비선형 광학 결정(12)이 위상정합 실제 온도 보다 낮은 온도에 있으므로, 발열기(24)로부터 비선형 광학 결정(12)으로 제공되는 열에너지는 비선형 광학 결정(12)의 온도가 실제 위상 정합 온도로 빠르게 도달하도록 하는데 사용된다. 이때 흐르는 전류의 크기는 가변저항(Rv)에 의해서 결정되며, 타이머 스위치(36)의 “턴온”에 의해서 추가/보조적으로 가열하는 시간은 가능한 짧게 하는 것이 좋으며, 사용되는 비선형 광학 결정(12)의 크기, 그의 계열, 위상정합 온도 조건에 따라 적절한 값을 선택하여 최적화된 상태로 조절할 수 있다. 예를 들어 타이머 스위치(36)의 턴온 시간이 10초 이하인 경우에는 가변저항(Rv)을 조절하여 베이스 전류를 크게 하여 추가 가열시킬 수 있으나, 이 경우에는 전류의 오버슈팅(overshooting)의 문제가 발생할 수 있기 때문에, 가능하면 가변저항(Rv)을 조절하여 적당한 전류를 선정하고 타이머 스위치(36)의 턴온 시간을 15초 정도로 하는 것이 바람직하다. 즉, 추가 가열소스(25)의 타이머 스위치(36)를 “턴온”시켜 약 15초정도의 짧은 시간 동안 직류 전원(+12VDC)에 기인한 직류를 발열기(24)의 트랜지스터(Q1, Q2)로 입력시키면, 트랜지스터(Q1, Q2)에 열이 발생하여 비선형 광학 결정(12)을 추가/보조적으로 가열하게 된다. The phase-matching temperature controller 20 of FIG. 2 allows the non-linear optical crystal to continuously maintain the phase-matching temperature. On the other hand, when the fundamental wave is incident on the nonlinear optical crystal 12 which is kept at a temperature lower than the actual temperature of phase matching without incidence of the fundamental wave for a long time, the timer switch 36 of the additional heating source 25 is turned on for a predetermined time. Turn on " to supply additional current to the heater 24 to heat the non-linear optical crystal 12 to reach the phase match actual temperature in a short time. Since the nonlinear optical crystal 12 before the fundamental wave incident is at a temperature lower than the actual phase matching temperature, the thermal energy provided from the heat generator 24 to the nonlinear optical crystal 12 is such that the temperature of the nonlinear optical crystal 12 is the actual phase matching temperature. Used to get to the table quickly. At this time, the magnitude of the current flowing is determined by the variable resistor (Rv), it is preferable to make the additional / auxiliary heating time as short as possible by the "turn on" of the timer switch 36, and the size of the nonlinear optical crystal 12 used Depending on the size, its series, and the phase-matching temperature conditions, an appropriate value can be selected and adjusted to an optimized state. For example, when the turn-on time of the timer switch 36 is 10 seconds or less, the base current may be further heated by adjusting the variable resistor Rv, but in this case, a problem of overshooting of the current may occur. Therefore, if possible, it is preferable to adjust the variable resistor Rv to select an appropriate current and to set the turn-on time of the timer switch 36 to about 15 seconds. That is, the timer switch 36 of the additional heating source 25 is “turned on” so that the direct current caused by the direct current power source (+ 12V DC ) for a short time of about 15 seconds is generated. When input to, heat is generated in the transistors Q1 and Q2 to additionally / secondarily heat the nonlinear optical crystal 12.

정리하면, 기본파 빛이 투과되지 않는 상태에서 위상정합의 실제 온도 보다 낮은 온도가 유지되고 있는 비선형 광학 결정에 기본파 빛 입사의 개시와 동시에, 일시적으로 추가 가열소스(25)를 동작시키면, 발열기(24)가 추가가열 소스(25)로부터 전류를 공급받아서 발열하게 됨으로써, 비선형 광학 결정의 온도가 위상정합의 실제 온도가 되어서, 비선형 광학 결정의 온도 평형 조건이 신속하게 달성되게 된다. 즉 발열기(24)는 비선형 광학 결정을 위상정합 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지시키기 위한 전류 발생원뿐만 아니라 비선형 광학 결정의 위상정합 온도의 안정화 시간 단축을 위한 전류 발생원이 된다. In summary, the additional heating source 25 is temporarily operated at the same time as the start of the fundamental wave light incident on the nonlinear optical crystal in which the temperature lower than the actual temperature of phase matching is maintained while the fundamental wave light is not transmitted. When 24 is supplied with current from the additional heating source 25 to generate heat, the temperature of the nonlinear optical crystal becomes the actual temperature of phase matching, so that the temperature equilibrium condition of the nonlinear optical crystal is quickly achieved. That is, the heat generator 24 is not only a current generation source for maintaining the nonlinear optical crystal at a temperature lower than the actual phase matching temperature, but also a current generation source for shortening the stabilization time of the phase matching temperature of the nonlinear optical crystal.

도 4는 본 발명에 따른 온도 조절기를 이용한 532nm 파장의 기본파를 제2고조파 빛 에너지를 흡수하는 비선형 광학 결정에 입사 시켰을 경우 제 2고조파인 266nm의 파장이 발생되는 제 2고조파 발생 시스템의 제 2 고조파 발생 빛 세기와 시간과의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 때 비선형 광학 결정인 KD2PO4(Deuterated Potassium Dihydrogen Phosphate; DKDP)의 온도를 56℃의 동일한 위상 정합 온도 조건으로 하여 본 발명의 타이머 스위치(36)를 동작 시켜 15초 동안 베이스에 2.4mA의 전류를 흘려주어 추가/보조적으로 가열을 시켜준 경우와 타이머 스위치(36)를 동작시키지 않은 경우에 있어서의 제 2고조파의 출력세기를 시간에 대하여 나타낸 결과이다. 이 실험결과에 의하면 위상정합 조건이 만족될 경우 제 2고조파의 최대 에너지는 43mJ이었다. 타이머 스위치(36)를 통해 추가/보조적으로 가열을 하지 않은 경우에는 위상정합 평형 온도 조건을 만족하기까지 약 20분 정도의 시간이 소요되었으나, 타이머 스위치(36)를 통해 보조/추가 가열을 한 경우에는 거의 2분 정도 만에 위상정합 온도 조건이 만족되는 것을 알 수 있었다.4 is a view showing a second harmonic generation system generating a second harmonic wavelength of 266 nm when a fundamental wave of 532 nm wavelength using a temperature controller according to the present invention is incident on a nonlinear optical crystal absorbing second harmonic light energy. It is a graph showing the relation between harmonic generation light intensity and time. At this time, the temperature of the nonlinear optical crystal KD 2 PO 4 (Deuterated Potassium Dihydrogen Phosphate; DKDP) was set at the same phase match temperature of 56 ° C. to operate the timer switch 36 of the present invention. This is a result showing the output strength of the second harmonic with respect to time when the current was flowed additionally / secondarily for heating and when the timer switch 36 was not operated. According to the experimental results, the maximum energy of the second harmonic was 43mJ when the phase matching condition was satisfied. In the case of additional / auxiliary heating through the timer switch 36, it took about 20 minutes to satisfy the phase-matching equilibrium temperature condition, but in the case of auxiliary / additional heating through the timer switch 36 It was found that the phase match temperature condition was satisfied in about 2 minutes.

제2고조파 빛 에너지를 흡수하는 비선형 광학 결정을 채용하는 제 2 고조파 발생장치 시스템에서, 기본파의 빛이 입사되지 않고 있는 상태의 비선형 광학 결정이 위상정합 온도의 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지되고 있는 상태에서, 최초로 레이저 빛이 입사되면 제 2고조파 발생과 더불어 비선형 광학 결정 자체의 흡수에 의한 열로 서서히 온도 상승이 일어나게 되므로, 종래에는 몇 십분의 시간이 흐른 후에야 위상정합 온도 평형 조건이 만족되었다. 그러나 본 발명에 따른추가 가열소스 및 위상정합 온도 조절기를 이용하면, 비선형 광학 결정의 위상정합 온도의 안정화 시간을 수분내로 단축시킬 수 있다. In a second harmonic generator system employing a nonlinear optical crystal that absorbs second harmonic light energy, the nonlinear optical crystal in a state where no light of the fundamental wave is incident is kept at a temperature lower than the actual temperature of the phase match temperature. In the state, when the first laser light is incident, the temperature rises gradually due to the heat generated by the absorption of the nonlinear optical crystal itself together with the generation of the second harmonic, so that the conditions of the phase-matching temperature equilibrium are satisfied only after several ten minutes. However, by using the additional heating source and phase match temperature controller according to the present invention, the stabilization time of the phase match temperature of the nonlinear optical crystal can be shortened in minutes.

지금까지 본 발명의 구성 및 원리에 대하여 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하는 것이 아니며, 명세서에 기재되고 청구된 원리의 진정한 정신 및 범위 안에서 수정 및 변경할 수 있는 여러 가지 형태는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것임을 이해해야 할 것이다.Although the configuration and principle of the present invention have been described so far, the present invention is not limited thereto, and various forms that can be modified and changed within the true spirit and scope of the principles described and claimed are within the protection scope of the present invention. It should be understood.

Claims (3)

일정한 온도를 유지하고 있는 오븐 내에 배치되어 있으며, 제2고조파 빛 에너지를 흡수하는 비선형 광학 결정;A nonlinear optical crystal disposed in an oven maintaining a constant temperature and absorbing second harmonic light energy; 기본파를 비선형 광학 결정으로 입사시키는 기본파 광원;A fundamental wave light source for injecting a fundamental wave into a nonlinear optical crystal; 상기 비선형 광학 결정에서 나온 상기 기본파와 상기 제 2 고조파를 분리하는 빔 스플리터;A beam splitter separating the fundamental wave and the second harmonic derived from the nonlinear optical crystal; 상기 비선형 광학 결정과 연결되어서 상기 비선형 광학 결정의 온도를 감지하고 감지된 온도에 따라 상기 비선형 광학 결정의 온도를 열적 평형 상태의 위상정합 실제 온도 또는 상기 위상정합 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지시키기 위한 온도유지회로와, 상기 비선형광학 결정과 상기 온도유지회로 출력 사이에 연결되어서 상기 온도유지회로의 출력에 따라서 상기 비선형 광학 결정을 가열하기 위한 전류를 발생하는 발열기로 이루어진 위상정합 온도 조절기; 및A temperature coupled with the nonlinear optical crystal to sense a temperature of the nonlinear optical crystal and maintain the temperature of the nonlinear optical crystal in a thermal equilibrium phase or a temperature lower than the phase match actual temperature according to the sensed temperature A phase matching temperature controller connected between a holding circuit and an output of the nonlinear optical crystal and the temperature holding circuit and generating a current for heating the nonlinear optical crystal according to the output of the temperature holding circuit; And 상기 위상정합 온도 조절기의 발열기에 연결되어서, 장시간 상기 기본파 입사가 없고 상기 비선형 광학 결정이 상기 위상정합의 실제 온도 보다 낮은 온도로 유지되고 있는 상태에서 상기 기본파가 입사될 때 상기 비선형 광학 결정이 신속하게 열적 평형 상태의 위상정합의 실제 온도에 도달하도록, 상기 위상정합 온도 조절기의 발열기를 통해서 상기 비선형 광학 결정을 일시적으로 가열하는 추가/보조 가열소스를 포함하는 것인, 제 2고조파 발생 시스템. The nonlinear optical crystal is connected when the fundamental wave is incident while the fundamental wave is not maintained for a long time and the nonlinear optical crystal is maintained at a temperature lower than the actual temperature of the phase match. A second / harmonic heating source for temporarily heating the nonlinear optical crystal through a heat generator of the phase-matching thermostat to quickly reach the actual temperature of phase-matching of the thermal equilibrium. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 발열기는, V+cc와 V-cc 사이에 형성된 상기 온도유지회로에 대해서 병렬 연결되어 있으며 상기 V+cc와 상기 V-cc 사이에서 병렬 연결된 2개의 바이폴라 트랜지스터로 이루어지며, 상기 추가 가열소스는 상기 2개의 바이폴라 트랜지스터의 베이스와 에미터 간에 전류를 공급해 주기 위한 전원과 저항 및 상기 2개의 바이폴라 트랜지스터의 베이스와 에미터 간에 소정 시간 동안 전류가 흐르도록 하는 타이머 스위치로 이루어진 것인 제 2고조파 발생 시스템. The method of claim 1, wherein the heater is, V + cc and V - is parallel-connected with respect to the temperature holding circuit provided between the cc and the V + cc and the V - consists of two bipolar transistors connected in parallel between the cc The additional heating source includes a power source and a resistor for supplying current between the base and the emitter of the two bipolar transistors, and a timer switch for the current to flow for a predetermined time between the base and the emitter of the two bipolar transistors. Second harmonic generation system.
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