KR101075695B1 - Second harmonic generator and apparatus of laser light source using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 2차 고조파 생성기는 상호 평행하게 배열된 복수의 직선 영역들과 상기 직선 영역들 사이를 연결하는 반사 영역을 구비하며 해당 직선 영역으로 입사된 광을 2차 고조파로 변환시켜서 타 측의 다른 직선 영역을 통해서 외부로 출력하는 비선형 도파로와, 상기 비선형 도파로가 배설된 비선형 광학 결정 기판을 포함한다.The second harmonic generator according to the present invention has a plurality of linear regions arranged in parallel with each other and a reflection region connecting between the linear regions, and converts light incident on the linear region into secondary harmonics on the other side. A nonlinear waveguide output to the outside through another linear region and a nonlinear optical crystal substrate on which the nonlinear waveguide is disposed.
고조파, 도파로, 레이저 Harmonics, Waveguides, Lasers
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 2차 고조파 생성기의 구성을 나타내는 도면,1 is a view showing the configuration of a second harmonic generator according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 2차 고조파 생성기만을 도시한 도면,FIG. 2 shows only the second harmonic generator shown in FIG. 1;
도 3은 도 2에 도시된 A 부분만을 도시한 도면,3 is a view showing only a portion A shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시된 B 부분만을 도시한 도면,4 is a view showing only a portion B shown in FIG.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 2차 고조파 생성기를 도시한 도면,5 is a diagram illustrating a second harmonic generator according to a second embodiment of the present invention;
도 6은 도 5의 B 부분만을 도시한 도면.FIG. 6 shows only a portion B of FIG. 5; FIG.
본 발명은 2차 고조파 생성기에 관한 발명으로서 특히, 리지(ridge) 형태의 2차 고조파 생성기와 그를 이용한 2차 고조파 생성 장치에 관한 발명이다. The present invention relates to a second harmonic generator, and more particularly, to a second harmonic generator in the form of a ridge and a second harmonic generator using the same.
2차 고조파 생성기(Second harmonic generator)는 비선형 단결정과 같은 비 선형 결정이 전자기파와 작용해서 최초 입사된 주파수의 두 배에 해당하는 고조파를 생성하는 장치로서, 레이저 광의 파장을 1/2로 변환시켜서 출력할 수 있다. 2차 고조파 생성기는 레이저에서 직접 생성할 수 없는 파장 대역의 광을 생성하기 위해서 사용될 수 있으며, 일반적으로 고체 또는 반도체 레이저가 생성할 수 없는 녹색 파장 대역의 광을 생성하는 데 사용될 수 있다. Second harmonic generator is a device in which nonlinear crystals such as nonlinear single crystals work with electromagnetic waves to produce harmonics corresponding to twice the frequency of the first incident. can do. Secondary harmonic generators can be used to generate light in the wavelength band that cannot be generated directly from the laser, and can be used to produce light in the green wavelength band that generally cannot be produced by solid or semiconductor lasers.
일반적인 비선형 결정은 KTP 또는 LiNbO3 등이 사용될 수 있다. 외부로부터 일정 세기 이상의 레이저 광이 입사된 비선형 결정은 상기 광의 전기장에 의해 원자가 진동하게 되며, 상술한 원자의 진동은 상기 광의 주파수와 동일한 선형 특성과, 상기 광의 주파수보다 2배 빠른 비선형 특성으로 구성된다. 2차 고조파 생성기는 상술한 비선형 결정이 비선형 특성의 주파수를 외부로 출력하기에 적합한 상태로 위상 매칭(Phase matching)된 소자이다. As a general nonlinear crystal, KTP or LiNbO 3 may be used. Nonlinear crystals having a predetermined intensity of laser light incident from the outside cause the atoms to vibrate by the electric field of the light, and the aforementioned vibrations of the atoms are composed of a linear characteristic equal to the frequency of the light and a nonlinear characteristic twice as fast as the frequency of the light. . The second harmonic generator is a phase matched device in which the above-described nonlinear crystal is suitable for outputting a frequency of nonlinear characteristics to the outside.
종래 2차 고조파 생성기는 파장 변환의 효율을 향상시키기 위해서 준 위상 매칭 소자로서 도파로 형태가 일반적으로 사용되고 있다. 즉, 종래의 2차 고조파 생성기는 기판 상에 비선형 결정이 도파로 형태로 배설되고, 배설된 도파로의 장축에 수직한 방향으로 일정 간격 이격된 복수의 분극 반전들로 구성된다.Conventional secondary harmonic generators are generally used in the form of waveguides as quasi-phase matching elements in order to improve the efficiency of wavelength conversion. That is, the conventional second harmonic generator is composed of a plurality of polarization inversions in which non-linear crystals are disposed in the form of waveguides on the substrate, and spaced at regular intervals in a direction perpendicular to the long axis of the excreted waveguides.
상술한 도파로 형태의 2차 고조파 생성기는 도파로가 리지(ridge) 형태로 형성된 구조, 직선 형태의 구조, 테이퍼 구조 등이 사용되고 있으며, 도파로 형태로 형성됨으로써 그 내부를 진행하는 광의 손실 발생을 최소화시킬 수 있다. The waveguide-type secondary harmonic generator has a structure in which the waveguide is formed in the form of a ridge, a linear structure, and a tapered structure. The waveguide is formed in the form of a waveguide to minimize the loss of light traveling in the interior. have.
그러나, 도파로 형태의 2차 고조파 생성기는 도파로의 길이에 따라서 생성되 는 2차 고조파의 출력 효율이 결정되는 한계가 있다. 부피가 작은 시스템에 적용하기 위해서는 2차 고조파 생성기의 크기는 제한되며 이로 인해 2차 고조파의 생성 효율이 저하되는 문제가 있다. However, the waveguide second harmonic generator has a limitation in that the output efficiency of the second harmonic generated according to the waveguide length is determined. In order to apply to a small-volume system, the size of the second harmonic generator is limited, which causes a problem of lowering the generation efficiency of the second harmonic.
본 발명의 목적은 2차 고조파의 생성 효율이 우수한 반면에, 적은 크기로도 적용 가능한 2차 고조파 생성기를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a second harmonic generator that is excellent in efficiency of generating second harmonics and is applicable to a small size.
본 발명에 따른 2차 고조파 생성기는,Second harmonic generator according to the present invention,
상호 평행하게 배열된 복수의 직선 영역들과 상기 직선 영역들 사이를 연결하는 반사 영역을 구비하며 해당 직선 영역으로 입사된 광을 2차 고조파로 변환시켜서 타 측의 다른 직선 영역을 통해서 외부로 출력하는 비선형 도파로와;And a plurality of linear regions arranged in parallel with each other and a reflective region connecting the linear regions, and converting light incident on the linear region into second harmonic and outputting the light through the other linear region on the other side to the outside. Nonlinear waveguides;
상기 비선형 도파로가 배설된 비선형 광학 결정 기판을 포함한다.And a nonlinear optical crystal substrate on which the nonlinear waveguide is disposed.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 2차 고조파 생성기를 포함하는 레이저 광 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 2차 고조파 생성기(130)를 나타내는 도면이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 2차 고 조파 생성기(130)는 비선형 도파로(133)와, 비선형 광학 결정 기판(131)과, 상기 도파로(133)가 배설된 상기 기판(131) 상에 일정 주기 및 폭을 갖으며 상기 도파로(133)와 수직하게 배열된 다수의 분극 반전 영역들(132)을 포함하며, 상기 2차 고조파 생성기(130)는 레이저 광원(110)에서 생성된 광(101)을 2차 고조파(102)로 변환시켜서 출력한다. 상기 레이저 광원(110)과 상기 2차 고조파 생성기(130) 사이의 결합 효율을 향상시키기 위해서는 렌즈 계(120) 등이 사용될 수 있다. 1 is a view showing the configuration of a laser
도 3은 도 2에 도시된 A 부분만을 도시한 도면이다. 상기 비선형 도파로(133)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 비선형 광학 결정 기판(131) 상에 리지(ridge) 형태로 형성될 수 있다. 상기 비선형 도파로(133)는 적어도 둘 이상의 직선 영역들(133a)과, 상기 직선 영역들(133a)을 연결하기 위한 적어도 하나 이상의 반사 영역들(133b)을 구비하며, 해당 직선 영역(133a)으로 입사된 광(101)을 2차 고조파(102)로 변환시켜서 타 측의 다른 직선 영역(133a)을 통해서 외부로 출력한다. 즉, 상기 비선형 도파로(133)는 KTP 또는 LiNbO3 등과 같은 비선형 결정 재질이 사용될 수 있다. FIG. 3 is a view showing only a portion A shown in FIG. 2. As shown in FIG. 3, the
상기 반사 영역(133b)은 상기 직선 영역들(133a) 사이를 연결하며, 그 측면에 형성된 반사 층은 상기 직선 영역(133a)을 진행한 광 또는 2차 고조파의 진행 방향을 45도의 각도로 반사시킨다. The
도 4는 도 2에 도시된 B 부분만을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 상기 비선형 광학 결정 기판(131)은 상기 반사 영역(133b)이 배설된 부분에 상기 반사 영역(133b)의 측면이 노출 가능한 형태의 홈(131a)이 형성되며, 상기 홈(131a)에 노출된 상기 반사 영역(133b)의 측면은 반사 층이 형성된다.FIG. 4 is a view illustrating only a portion B illustrated in FIG. 2. Referring to FIG. 4, in the nonlinear
상기 분극 반전 영역(132)은 상기 비선형 도파로(133)의 직선 영역(133a)에 대해서 수직하게 배열되며, 그 간격의 주기와 폭은 입사광의 파장에 따라서 조절될 수 있다. The
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 2차 고조파 생성기를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 2차 고조파 생성기(230)는 비선형 도파로(233a, 233b)와, 비선형 광학 결정 기판(231)과, 상기 도파로(233a, 233b)가 배설된 상기 기판(231) 상에 일정 주기 및 폭을 갖으며 상기 도파로(233a)와 수직하게 배열된 다수의 분극 반전 영역(232)을 포함한다. 5 is a diagram illustrating a second harmonic generator according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the second harmonic generator 230 according to the present embodiment includes the
상기 비선형 도파로(233a, 233b)는 상기 비선형 광학 결정 기판(231)에 형성되며, 상호 평행하게 배열된 복수의 직선 영역들(233a)과 상기 직선 영역들(233a) 사이를 연결하는 반사 영역(233b)을 구비한다. The
도 6은 도 5의 A' 부분만을 도시한 도면이다. 상기 반사 영역들(233b)은 상기 비선형 광학 결정 기판(231)의 양끝 단면에 그 측면이 노출되게 형성되며 상기 반사 영역(233b)의 노출된 측면은 반사 층이 형성됨으로써, 상기 광 또는 2차 고조파를 45도의 각으로 반사시킨다. FIG. 6 illustrates only a portion A ′ of FIG. 5. The
본 발명에 따른 2차 고조파 생성기는 다수의 반복적인 광의 경로를 형성함으 로써 적은 부피로도 입사된 광의 2차 고조파 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 소형화된 시스템에 높은 효율의 2차 고조파 생성기를 제공할 수 있는 이점이 있다. The second harmonic generator according to the present invention can improve the second harmonic conversion efficiency of the incident light with a small volume by forming a plurality of repetitive light paths. That is, the present invention has the advantage of providing a high efficiency secondary harmonic generator in a miniaturized system.
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