KR101006255B1 - 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 OPO(Optical Parametric Oscillator) 레이저 장치에 관한 것으로 특히 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 등의 직교된 두 방향으로 진동하는 편광이 섞여 있는 펌프광을 단일 방향으로 진동하는 두 편광의 펌프광으로 분리하여 분리된 두 펌프광을 모두 활용하는 OPO 레이저 장치를 개시한다.

본 발명은 DPSS 레이저의 펌프광을 소스로 하여 OPO를 통해 고효율의 안정된 출력을 갖는 OPO 레이저 장치에 있어서, 전술한 펌프광을 편광 스프리터(Splitter)에 의하여 서로 수직한 투과 편광된 펌프광과 반사 편광된 펌프광으로 분리하며, 분리된 각 펌프광을 소스로 사용하여 서로 다른 비선형 광학적 위상정합조건을 만족시키는 OPO를 작동시켜 다른 파장을 갖는 두개의 OPO 레이저를 동시에 출력하거나, 투과 편광된 펌프광은 OPO를 작동시켜 하나의 선택된 파장을 갖는 출력광을 발생시키고, 반사 편광된 펌프광은 두개의 반사거울과 광 스프리터(Splitter)를 이용하여 OPO에서 발생한 출력광에 더해져 OPO 레이저의 출력을 증폭시키는 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치를 제공한다.

이에 따라 본 발명은 직교된 두 방향으로 진동하는 편광이 섞여 있는 펌핑광을 모두 이용하므로 에너지 손실을 최소화 하면서 이종의 파장을 갖는 레이저를 출력하거나 레이저의 출력을 증폭시킬 수 있어서 활용성을 높일 수 있는 유용한 효과를 얻을 수 있다.

오피오, 펌핑광, 레이저

Description

직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치{Optical Parametric Oscillator Laser System Pumped by Another Laser with Two Mutually Orthogonal Polarizations}

본 발명은 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 OPO(Optical Parametric Oscillator) 레이저 장치에 관한 것으로 특히 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 등의 직교된 두 방향으로 진동하는 광이 섞여 있는 펌프광을 단일 방향으로 진동하는 두 편광의 펌프광으로 분리하여 분리된 두 펌프광을 모두 활용하는 OPO 레이저 장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 펌프광원을 OPO에 입사시켜 자외선 영역에서 적외선 영역까지의 원하는 파장의 레이저를 출력하는 OPO 레이저 장치는 종래에도 공지된바 있으며 대표적인 예로 대한민국 등록특허 제425593호(발명의 명칭 : 고출력 오피오 레이저 장치 ; 이하 '인용발명' 이라 함)에 의하여 살펴볼 수 있다. 이는 도 1로 도시한 바와 같이 인용발명은 펌핑 레이저(201)와, 상기 펌핑 레이저(201)의 광선을 펌핑광으로 사용 가능한 빔 크기로 조정하는 빔 리듀서(203)와, 상기 빔 리듀서(203)에서 출력되어 입사되는 상기 펌핑광 중 오피오 레이저 광선을 출력하는데 사용되는 펌핑광은 반사하고 그 이외의 펌핑광은 빔 덤프(205, 211)로 투과시키는 제1 부분반사경(204)과, 반사된 상기 펌핑광과 상호작용을 통해 오피오 레이저 광선을 발생시키는 이득 매질(207)과, 상기 이득 매질(207)로부터 출력되는 펌핑광 중 오피오 레이저 광선은 투과시키고 그 이외의 펌핑광은 빔 덤프(205, 211)로 반사하는 제2 부분반사경(209)과, 투과된 상기 오피오 레이저 광선을 왕복 운동시켜 증폭시키는 공진기 및, 증폭된 상기 오피오 레이저 광선을 아이들러 광선(214)과 시그널 광선(213)으로 분리하는 프리즘(212)을 포함하는 것이다.

이러한 인용발명은 빔 리듀서(203)를 통과한 펌핑광이 제1, 제2 부분반사경(204, 209)을 통해 반사되고 투과되는 과정을 거쳐 오피오 레이저 광선을 출력하고, 이렇게 출력된 오피오 레이저 광선은 2개의 거울(206, 210)로 구성된 공진기를 통해 증폭되므로 이렇듯, 펌핑광이 공진기를 구성하는 제1, 제2 거울(206, 210)에 직접 입사되지 않아, 제1, 제2 거울(206, 210)에 손상을 입히지 않으므로 펌핑을 강하게 하더라도 공진기가 손상되지 않으면서 고출력 오피오 레이저 광선을 출력하 는 효과가 있다.

그러나 인용발명은 상기 빔 리듀서(203)에서 출력되어 입사되는 펌핑광 중 일부만을 오피오 레이저로 사용하고 나머지 펌핑광은 투과시켜 덤프하므로 손실되는 에너지가 많고 한 종류의 레이저만을 출력하게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 직교된 두 방향으로 진동하는 편광이 섞여 있는 펌프광을 단일 방향으로 편광된 두 펌프광으로 분리하여 분리된 두 펌프광을 모두 이용하므로 동시에 두 종류의 파장을 출력하거나 출력을 증폭시키는 오피오 레이저를 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 DPSS 레이저의 펌프광을 소스로 하여 OPO를 통해 고효율의 안정된 출력을 갖는 OPO 레이저 장치에 있어서, 전술한 펌프광을 편광스프리터에 의하여 서로 수직한 투과 편광된 펌프광과 반사 편광된 펌프광으로 분리하며, 분리된 각 펌프광을 독립된 소스로 사용하여 다른 비선형 광학적 위상정합조건을 만족시키는 OPO를 통해 원하는 파장을 갖는 두개의 OPO 레이저를 동시에 출력함을 특징으로 하는 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치를 제공한다.

삭제

삭제

여기에서 전술한 편광스프리터로부터 반사된 반사 편광된 펌프광이 투과 편광된 펌프광과 같은 방향으로 진행 되도록 하는 반사거울이 편광스프리터 후에 설치되며, 이와 같이 입사되는 투과 편광된 펌프광과 반사 편광된 펌프광이 각각 오피오를 작동시키며 동시에 출력되는 전술한 두개의 각 OPO 레이저는 아이들러(Idler) 광 또는 시그널(Signal) 광이다.

삭제

삭제

삭제

삭제

이와 같이 하여 본 발명은 직교된 두 방향으로 진동하는 편광이 섞여 있는 펌프광을 모두 이용하므로 에너지 손실을 최소화하면서 이종의 파장을 갖는 레이저를 출력하거나 레이저의 출력을 증폭시킬 수 있어서 활용성을 높일 수 있는 유용한 효과가 있다.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치의 제 1실시예를 도 2로 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 직교된 두 방향으로 진동하는 광이 섞여 있는 DPSS 레이저(1)와 같은 펌프광(10)을 소스로 하여 작동하는 OPO(2)를 통해 고효율의 안정된 출력을 갖는 OPO(2) 레이저 장치에 있어서, 전술한 펌프광(10)을 투과 편광된 펌프광(11)과 반사 편광된 펌프광(12)으로 분리하는 편광스프리터(20)와 분리된 각 펌프광(11,12)이 입사되는 두개의 OPO(2)로 구성된다.

전술한 편광스프리터(20)는 펌프광(10)과 OPO(2) 사이에 설치되며, 펌프광(10)의 진행 방향과 나란한 방향으로 진동하는 파장을 갖는 편광 펌프광(11)은 투과시키고, 펌프광(10)의 진행 방향과 수직한 방향으로 진동하는 파장을 갖는 편광 펌프광(12)은 반사시키는 기능을 하여 펌프광(10)을 투과 편광된 펌프광(11)과 반사 편광된 펌프광(12)으로 분리시킨다.

이와 같이 분리된 두 펌프광(11,12)은 각각 OPO(2)에 입사되어 각OPO(2)내부에 있는 비선형광학물질(Nonlinear crystal)의 위상정합조건에 따라 서로 다른 진동수를 갖는 아이들러 광(70)과 시그널 광(80)이 발생되며 OPO(2)의 M2, M2'(output coupler)에 의해 아이들러 광(70)과 시그널 광(80)을 선택적으로 투과시켜 출력시키거나, 반사시켜 증폭시키는 것이 가능하므로 투과 편광된 펌프광(11)을 펌프광원으로 하여 OPO(2)에 입사시켜 원하는 파장의 아이들러 광(70) 또는 시그널 광(80)을 출력시키는 동시에 반사 편광된 펌프광(12)을 펌프광원으로 하여 다른 OPO(2)에 입사시켜 또 다른 원하는 파장의 아이들러 광(70) 또는 시그널 광(80)을 출력시킬 수 있는 것이어서 동시에 다른 파장을 갖는 두개의 OPO(2) 레이저를 출력 시킬 수 있는 것이다.

여기에서 도 3에 도시한 바와 같이 OPO에 사용되는 거울의 공진조건에 따라 투과된 펌프광(10)의 일부 또는 많은 양이 OPO(2)에서 반사될 수 있기 때문에 반사되는 펌프광(10)에 의해 DPSS 레이저(1) 같은 펌프광(10)을 발생 시키는 장치의 파손이 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 펌프광(10)을 발생 시키는 장치 앞에 OPO(2)로부터 반사되어 입사되는 펌프광(10)을 차단하는 옵티컬 아이솔레이터(Optical Isolator)(3)를 추가로 구성할 수 있다.

또한 도 4에서 보는 바와 같이 DPSS 레이저(1)의 내부에 OPO(2)를 포함하고 있는 공지의 인트라 케비티(Intra-Cavity) OPO(2) 레이저 장치에 반사되는 내부의 펌프광(10)을 이용하여 동시에 다른 파장을 갖는 두개의 OPO(2) 레이저를 출력시키는 본 발명을 적용한 제 3실시예를 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 전술한 DPSS 레이저(1) 내부에 펌프광(10)을 투과 편광된 펌프광(11)과 반사 편광된 펌프광(12)으로 분리하는 편광스프리터(20)와 분리된 각 펌프광(11,12)이 입사되는 두개의 OPO(2)로 구성된다. 제 1실시예에서와 같이 투과 편광된 펌프광(11)을 펌프광원으로 하여 OPO(2)에 입사시켜 원하는 파장의 아이들러 광(70) 또는 시그널 광(80)을 출력시키는 동시에 반사 편광된 펌프광(12)을 펌프광원으로 하여 다른 OPO(2)에 입사시켜 또 다른 원하는 파장의 아이들러 광(70) 또는 시그널 광(80)을 출력시킬 수 있는 것이어서 동시에 이종의 OPO(2) 레이저를 출력 시킬 수 있으며, 특히 DPSS 레이저(1) 내부에서 작동하는 OPO의 경우 펌프광(10)이 OPO(2)에 입사되기까지 거리가 짧기 때문에 광을 모아주는 렌즈(L)가 필요 없어지고, 소형화 할 수 있다.

또한 전술한 제 3실시예에서 두 편광된 펌프광(11,12) 중 어느 하나를 DPSS 레이저(1) 외부에 있는 OPO(2)에 입사시켜 OPO(2) 레이저를 출력 시키는 형식의 즉, 인트라 케비티(Intra-Cavity) OPO(2) 레이저와 익스트라 케비티(Extra-Cavity) OPO(2) 레이저를 혼합한 형식으로도 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

도1은 종래의 고출력 오피오 레이저 장치의 전체적인 구성도

도2는 본 발명에 의한 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저의 제 1실시예의 구성도.

도3은 본 발명에 의한 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저의 제 2실시예의 구성도.

도4는 본 발명에 의한 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저의 제 3실시예의 구성도.

삭제

삭제

삭제

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: DPSS 레이저 2: OPO 3: 옵티컬 아이솔레이터

10: 펌프광(

) 11: 투과 편광된 펌프광 12: 반사 편광된 펌프광

20: 편광스프리터(P) 30: 반사거울 40: 하프 웨이브 플레이트

50: 광 스프리터 60: OPA 70: 아이들러 광(

)

80: 시그널 광(

) L: lens A: aperture

A.O.: acousto-optic modulator R: Rod & Diode pumping module

Claims (14)

1. DPSS 레이저의 펌프광을 소스로 하여 OPO를 통해 고효율의 안정된 출력을 갖는 OPO 레이저 장치에 있어서,

   상기 펌프광을 편광스프리터에 의해 분리하되, 일방으로 진동하는 편광은 상기 편광스프리터가 투과시켜 투과 편광된 펌프광으로, 상기 투과 편광된 펌프광에 수직하게 타방으로 진동하는 편광은 반사시켜 반사 편광된 펌프광으로 분리하며, 분리된 각 펌프광을 소스로 사용하여 다른 조건의 비선형광학적 위상정합조건을 만족시키는 OPO를 통해 원하는 서로 다른 파장을 갖는 두개의 OPO 레이저를 동시에 출력함을 특징으로 하는 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   전술한 편광스프리터로부터 반사된 반사 편광된 펌프광이 투과 편광된 펌프광과 같은 방향으로 진행 되도록 하는 반사거울이 편광스프리터 후에 설치됨을 특징으로 하는 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   동시에 출력되는 전술한 두개의 OPO 레이저는 아이들러(Idler) 광임을 특징으로 하는 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   동시에 출력되는 전술한 두개의 OPO 레이저는 시그널(Signal) 광임을 특징으로 하는 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치.
7. 청구항 1에 있어서,

   동시에 출력되는 전술한 두개의 OPO 레이저는 각각 아이들러(Idler) 광과 시그널(Signal) 광임을 특징으로 하는 직교된 두 편광 펌프광원을 이용한 오피오 레이저 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

Images