KR101100432B1 - 고효율 2차 조화파 생성 수직 외부 공진기형 면발광 레이저시스템 - Google Patents

고효율 2차 조화파 생성 수직 외부 공진기형 면발광 레이저시스템 Download PDF

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Abstract

펌핑에 의해 레이저광이 발생되는 활성층과 이 활성층에서 발생된 레이저광을 반사시키는 반사기를 포함하는 레이저소자와, 레이저소자의 반사기와 공진기를 구성하며 레이저광의 선폭을 줄여주는 광학부재와, 레이저소자와 광학부재 사이에 위치되어 레이저광의 주파수를 2배로 변환하는 2차 조화파 발생소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템이 개시되어 있다.

Description

고효율 2차 조화파 생성 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템{High efficient second harmonic generation vertical external cavity surface emitting laser system}
도 1은 일반적인 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(VECSEL) 시스템을 개략적으로 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템을 개략적으로 보여준다.
도 3은 도 2의 레이저소자의 일 실시예를 보여준다.
도 4는 도 3의 레이저 소자의 반사기 및 활성층의 구조를 예시적으로 보여준다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템을 개략적으로 보여준다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20,50...레이저 시스템 21...레이저 소자
21a...활성층 21b...반사기
22...열확산기 23...편광 제어용 플레이트
24...미러 25...2차 조화파 발생소자
27,57...광학부재 41,43...펌핑 광원
54...렌즈소자 55...미러부재
본 발명은 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 레이저광의 선폭(linewidth)을 줄임으로써 2차 조화파 발생(SHG:Second Harmonic Generation)소자에서 파장 변환 효율을 증대시킨 고효율 2차 조화파 생성 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템에 관한 것이다.
수직 외부 공진기형 면발광 레이저(Vertical External Cavity Surface Emitting Laser; VECSEL) 소자는 수직 공진기형 면발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL)의 상부 미러를 외부의 미러로 대체하여 이득 영역(Gain Region)을 증가시킴으로써 수~수십W 이상의 고출력을 얻도록 하는 레이저 소자이다.
도 1은 일반적인 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(VECSEL) 시스템(10)을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 레이저 시스템(10)은, 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 소자(18: 이하, 레이저소자)와, 이 레이저소자(18)로부터 이격되어 비스듬하게 배치된 제1미러(15)와, 상기 제1미러(15)로부터 반사된 레이저광을 다시 제1미러(15)로 반사하는 제2미러(17)를 포함한다. 또한, 상기 제2미러(17)와 제1미러(15) 사이 의 광경로에는 광의 주파수를 2배로 변환하여 파장을 반으로 줄여주는 2차 조화파 발생(Second Harmonic Generation; SHG) 결정(16)이 배치되어 있으며, 제1미러(15)와 레이저소자(18) 사이의 광경로에는 복굴절 필터(birefringence filter)(14)가 배치되어 있다.
상기 레이저 소자(18)는 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템을 구현하기 위한 것으로, 수직 공진기형 면발광 레이저소자(VCSEL:Vertical cavity surface emitting laser)에 대해 상부 반사기를 가지지 않는 구조를 가진다. 즉, 상기 레이저 소자(18)는 분산 브래그 반사기와 활성층을 포함하여 구성된다. 상기 레이저 소자(18) 및 이 레이저 소자(18)의 반사기와 공진기를 구성하기 위한 외부 미러 즉, 제2미러(17)가 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템을 구성한다.
상기 레이저 소자(18)에는 활성층에서 발생하는 열을 외부로 방출하여 상기 활성층을 냉각시키는 역할을 하는 열확산기(Heat spreader:13)가 마련된다.
상기 활성층은 다수의 양자우물층과 장벽층으로 구성된 RPG(Resonant Periodic Gain) 구조를 가진다. 펌핑 레이저에서 방출된 펌핑 광은 상기 양자우물층에서 흡수되며, 이에 따라 여기된 전자와 정공이 상기 양자우물층 내에서 재결합하면서 광이 방출된다.
상술한 구조에서, 펌핑 레이저(미도시)로부터 방출된 펌핑 광이 활성층에 입사하면, 상기 활성층이 여기되면서 특정 파장의 광을 방출한다. 펌핑 빔에 의해 펌핑되어 활성층에서 발생한 레이저광은, 반사기에 의해 반사되어 레이저소자(18)로부터 출력되고 제1미러(15)로 향한다. 이 레이저광은 제1미러(15)에서 반사된 후, 2차 조화파 발생 결정(16)를 통과하여 제2미러(17)로 향한다. 이 과정에서, 레이저광의 파장은 2차 조화파 발생 결정(16)에 의해 1/2로 감소한다.
상기 2차 조화파 발생 결정(16)에 의해 파장 변환된 레이저광은 제2미러(17)에 의해 반사된 후, 제1미러(15)를 통해 외부로 출력된다.
상기 복굴절 필터(14)는 특정 파장의 레이저광만이 공진될 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 2차 조화파 발생 결정(16)은, 매우 좁은 파장 영역에서만 높은 파장 변환 효율을 갖는 특성이 있다. 즉, 2차 조화파 발생 결정(16)은 일반적으로 매우 좁은 반치폭(Full-Width at Half Maximum; FWHM)의 파장-변환 효율 특성을 갖는다. 예를 들어, 2차 조화파 발생 결정(16)으로서 PPSLT(Periodically Poled stoichiometric Lithium Tantalate)를 사용하는 경우, 높은 파장-변환 효율을 나타내는 반치폭은 약 0.1~0.2nm 정도이다.
이에 비해, 레이저 소자(18)에서 발생된 적외선 영역의 레이저광의 반치폭은 상대적으로 크기 때문에, 2차 조화파 발생 결정(16)에서의 파장-변환 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
예를 들어, 복굴절 필터(14)와 열확산기(13)가 없는 경우, 레이저 소자(18)에서 출력되는 레이저광의 반치폭은 약 1.6nm 정도로 크기 때문에, 2차 조화파 발생 결정(16)에서 높은 파장-변환 효율을 얻을 수가 없다.
레이저광의 반치폭은 상기 복굴절 필터(14)와 열확산기(13)를 통해 어느 정도 감소시킬 수는 있다. 복굴절 필터(14)와 열확산기(13)의 두께가 증가할 경우, 이 열확산기(13)와 복굴절 필터(14)를 통과한 레이저광의 반치폭이 감소하는 것으로 알려져 있다.
예를 들어, 300㎛ 두께의 열확산기(13)와 4mm 두께의 복굴절 필터(14)를 사용하는 경우, 레이저광은 920nm의 중심파장에서 약 0.29nm의 반치폭을 가지며, 1064nm의 중심파장에서 약 0.35nm의 반치폭을 갖는다. 500㎛ 두께의 열확산기(13)와 4mm 두께의 복굴절 필터(14)를 사용하는 경우에는, 레이저광은 920nm의 중심파장에서 약 0.28nm, 1064nm의 중심파장에서 약 0.3nm의 반치폭을 가진다. 이와 같이, 복굴절 필터(14)의 두께가 고정일 때, 열확산기(13)의 두께가 두꺼울수록 레이저광의 반치폭이 줄어든다.
또한, 열확산기(13)의 두께가 고정일 때, 복굴절 필터(14)의 두께가 두꺼울수록 레이저광의 반치폭이 줄어든다. 예를 들어, 500㎛ 두께의 열확산기(13)와 4mm, 5mm, 6mm 두께의 복굴절 필터(14)를 사용하는 경우, 레이저광은 920nm의 중심파장에서 각각 약 0.29nm, 0.275nm, 0.26nm, 1064nm의 중심파장에서 각각 약 0.3nm, 0.285nm, 0.27nm의 반치폭을 갖는다.
또한, 열확산기(13)가 없는 상태에서, 복굴절 필터(14)가 없을 때, 복굴절 필터의 두께가 각각 4mm, 5mm, 6mm일 때, 반치폭은 각각 약 1.6nm, 0.4nm, 0.36nm, 0.32nm가 된다. 즉, 열확산기(13)가 없는 경우에도 복굴절 필터(14)의 두께가 두꺼울수록 레이저광의 반치폭이 줄어든다.
하지만, 상기한 바와 같이, 2차 조화파 발생 결정(16)로서 PPSLT(Periodically Poled stoichiometric Lithium Tantalate)를 사용하는 경우, 높은 파장-변환 효율을 달성하기 위한 레이저광의 반치폭은 약 0.1~0.2nm이므로, 이러한 충분히 작은 반치폭을 얻기 위해서는, 복굴절 필터(14)와 열확산기(13)의 두께가 상기에서 예시한 경우보다 상당히 커져야 한다.
이 때문에, 재료비가 크게 증가하고 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(VECSEL) 시스템의 전체적인 크기도 또한 크게 증가하게 된다. 또한, 이와 같이, 복굴절 필터(14)와 열확산기(13)의 두께를 증가시킬 경우, 광손실이 커지기 때문에, 레이저의 출력이 감소하는 문제도 발생한다.
따라서, 복굴절 필터(14)와 열확산기(13)의 두께를 증가시켜 레이저광의 반치폭을 줄이는 것에는 한계가 있으며, 복굴절 필터(14)와 열확산기(13)의 두께를 줄이는 방식으로는 실질적으로 원하는 레이저광의 반치폭을 얻는 것이 거의 불가능하다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 레이저광의 반치폭을 충분히 줄일 수 있어 2차 조화파 발생 효율을 증진시킬 수 있으며 기존 구조보다 정렬이 용이하도록 된 고효율 2차 조화파 생성 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템은, 펌핑에 의해 레이저광이 발생되는 활성층과, 상기 활성층에서 발생된 레이저광을 반사시키는 반사기를 포함하는 레이저소자와; 상기 레이저소자의 반사 기와 공진기를 구성하며, 레이저광의 선폭을 줄여주는 광학부재와; 상기 레이저소자와 광학부재 사이에 위치되어, 레이저광의 주파수를 2배로 변환하는 2차 조화파 발생소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광학부재는, 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅일 수 있다.
이때, 상기 광학부재는 상기 레이저소자에서 발생되어 입사되는 레이저광을 99% 이상 반사시키며, 레이저광의 선폭을 0.2nm 이하의 반치폭을 갖도록 줄여 상기 2차 조화파 발생소자로 진행시키도록 마련될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 2차 조화파 발생소자와 상기 레이저소자 사이에, 상기 레이저소자로부터 입사되는 광을 반사시켜 상기 2차 조화파 발생소자쪽으로 진행시키며, 상기 레이저소자에서 발생된 레이저광을 대부분 반사시키며, 상기 2차 조화파 발생소자에 의해 파장 변환된 레이저광은 투과시키도록 마련된 미러;를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 광학부재는, 상기 2차 조화파 발생소자에 의해 파장 변환된 레이저광은 투과시키도록 마련될 수 있다.
이때, 상기 2차 조화파 발생소자와 상기 레이저소자 사이의 광경로 상에, 상기 레이저소자에서 발생된 레이저광을 투과시키며, 상기 2차 조화파 발생소자에서 파장 변환된 레이저광은 반사시키는 미러부재;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 2차 조화파 발생소자와 상기 레이저소자 사이의 광경로 상에 배치되며, 상기 미러의 역할을 대치하는 렌즈소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 2차 조화파 발생소자와 레이저소자 사이의 광경로 상에, 상기 레이저소 자로부터 진행하는 레이저광에 대해 브루스터 각을 이루도록 배치되며, 상기 레이저소자에서 발생된 광에 대해 투명한 편광 제어용 플레이트;를 더 구비하며, 상기 편광 제어용 플레이트는, 브루스터 각 플레이트 또는 브루스터 각 에탈론일 수 있다.
이때, 상기 편광 제어용 플레이트는, 10 내지 500μm 두께를 가질 수 있다.
상기 편광 제어용 플레이트는, 갈륨-아세나이드(GaAs), 인듐-포스파이드(InP), 실리콘-카바이드(SiC) 및 Al2O3을 포함하는 그룹에서 선택된 어느 한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 활성층에 펌핑 광을 제공하는 적어도 하나의 펌핑 광원;을 더 구비할 수 있다.
상기 레이저소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해, 상기 레이저소자의 일측에 마련된 열확산기;를 더 구비할 수 있다.
상기 열확산기는, 상기 레이저소자로부터 레이저광이 출사되는 쪽에 위치하며, 에탈론으로서 역할을 하도록 마련될 수 있다.
상기 열확산기는, 다이아몬드, 실리콘-카바이드(SiC) 및 Al2O3을 포함하는 그룹에서 선택된 어느 한 물질로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스 템을 보여준다. 도 3은 도 2의 레이저소자의 일 실시예를 보여준다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저(VECSEL) 시스템(20)은, 반사기(21a)와 활성층(21b)을 구비하는 수직 외부 공진기형 면발광 레이저소자(21;VECSEL 소자, 이하, 레이저소자라 한다), 상기 레이저소자(21)에서 방출되는 레이저광의 주파수를 2배로 변환하여 레이저광의 파장을 절반으로 줄이기 위한 2차 조화파 발생(Second Harmonic Generation)소자(25), 상기 레이저소자(21)로부터 이격되어 비스듬하게 배치된 미러(24), 상기 미러(24)로부터 반사된 레이저광을 다시 미러(24)로 반사하여 상기 레이저소자(21)의 반사기(21a)와 함께 공진기를 형성하며 반사되는 광빔의 반치폭을 축소시키는 광학부재(27)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템은, 상기 레이저소자(21)와 미러(24) 사이의 광경로 상에 편광 제어용 플레이트(23)를 더 구비할 수 있다.
상기 레이저소자(21)는 적외선 파장 영역을 레이저광을 방출하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저소자(21)는 2차 조화파 발생에 의해 대략 460nm 파장의 청색광(B), 대략 532nm 파장의 녹색광(G) 또는 대략 625nm 파장의 적색광(R)을 얻을 수 있도록 대략 920nm, 1064nm 또는 1250nm 파장 영역의 광을 방출하도록 마련될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 레이저소자(21)는 광을 발생시키는 활성층(21a)과, 이 활성층(21a)에서 발생된 광을 반사시키는 반사기(21b)를 포함한다. 이 레이저소자(21)는 수직 공진기형 면발광 레이저소자(VCSEL)에서 상부 반사기를 제거한 구조 와 유사하다.
상기 레이저소자(21) 일측에는 그 레이저소자(21)에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있는 열확산기(heat spreader:22)를 더 구비된 것이 바람직하다. 도 3에서는 열확산기(22)가 레이저소자(21)의 위(레이저소자(21)로부터 레이저광이 출사되는 쪽)에 결합 예컨대, 본딩된 경우를 보여주는데, 레이저소자(21)가 열확산기(22)의 위에 결합될 수도 있다.
상기 레이저소자(21)의 활성층(21a)은 RPG(Resonant Periodic Gain) 구조를 갖는 다중 양자우물 구조로서, 펌핑 예컨대, 펌핑 광원(41)(43)에서 제공되는 광 펌핑에 의해 여기되어 소정의 파장 바람직하게는, 적외선 영역의 파장을 갖는 광을 방출한다. 여기서, 상기 펌핑 광의 파장은 활성층(21a)에서 발생시키고자 하는 광의 파장보다는 짧아야 한다.
도 4를 참조로 보다 구체적으로 설명하면, 상기 활성층(21a)은 다수의 양자우물층(31a)과 장벽층(31b)으로 구성된 RPG(Resonant Periodic Gain) 구조를 가질 수 있다. 펌핑 광원(41)(43)에서 방출된 펌핑 광빔은 상기 양자우물층(31a) 및 장벽층(31b)에서 흡수되며, 이에 따라 여기된 전자와 정공이 상기 양자우물층(31a) 내에서 재결합하면서 광이 방출된다.
방출된 광은 상기 반사기(21b) 및 이 반사기(21b)와 함께 공진기를 구성하는 광학부재(27) 사이에서 정상파(standing wave)를 형성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 양자우물층(31a)은 펌핑된 광의 이득을 최대화하기 위해, 상기 반사기(21b)와 광학부재(27) 사이에서 공진하는 레이저광들 중 중심 파장을 갖는 레이저 광의 정상파의 안티노드(anit-node)(즉, 변위의 크기가 최대가 되는 점)에 위치한다.
여기서, 상기 활성층(21a)에서 발생하는 광의 파장은 양자 우물층(31a)을 이루는 각 원소의 조성비나 양자우물층(31a)의 두께에 따라 달라진다. 따라서, 양자우물층(31a)을 이루는 각 원소의 조성비나 양자우물층(31a)의 두께를 적절히 조절함으로써 활성층(21a)에서 원하는 파장의 광을 생성할 수 있다. 일반적으로 각 원소의 조성비가 동일한 경우, 양자우물층의 두께가 두꺼울수록 장파장 광이 생성된다.
상기 반사기(21b)는 분산 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector; DBR)로서, 상기 활성층(21a)에서 발생한 레이저광을 반사하여, 레이저광이 외부의 미러로서 역할을 하는 상기 광학부재(27)와의 사이에서 공진하도록 하는 고반사율의 미러층이다.
상기 열확산기(22)는 레이저소자(21)에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 것으로, 특히, 활성층(21a)에서 발생하는 열을 외부로 방출하여 활성층(21a)을 냉각시키는 역할을 한다. 이 열확산기(22)는 상기 레이저소자(21)에서 발진된 적외선 광 및 펌핑 광에 대해 투명 물질로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 열확산기(22)는, 예를 들어, 다이아몬드(diamond)나 실리콘 카바이드(SiC), Al2O3 또는 그들 중 적어도 두 가지를 포함하는 물질 등과 같이 열확산능력이 큰 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 재질은 상기 레이저소자(21)에서 발생된 적외선 영역의 광 및 펌핑 광 모두에 대해 투명하다.
도 3에 예시한 바와 같이, 상기 열확산기(22)가 레이저소자(21)에서 레이징된 레이저광이 출사되는 쪽에 위치하는 경우, 레이저소자(21)는 반사기(21b), 활성층(21a), 열확산기(22) 순서의 층 구조를 이룬다. 이와 같이 열확산기(22)가, 레이저소자(21)에서 레이징된 레이저광이 출사되는 쪽에 위치하는 경우, 열확산기(22)는 다수의 파장들 중에서 특정 모드의 파장만을 분리하는 에탈론(etalon)으로서 역할을 하도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 열확산기(22)는 열확산 기능을 하는 동시에 에탈론의 역할을 하도록 마련될 수 있다.
일반적으로, 레이저소자의 반사기와 외부의 미러(본 실시예에서는 상기 광학부재(27))에 의해 형성되는 공진기에서 공진하는 레이저광은 단 하나의 파장만을 갖는 것이 아니라, 중심 파장에서 피크를 갖는 스펙트럼으로 이루어진다. 또한, 이러한 스펙트럼은 연속적인 파장으로 이루어지지 않고, 공진 조건을 만족하는 다수의 불연속적인 파장으로 이루어진다. 그러나, 공진기의 길이가 길어지는 경우, 이러한 불연속적인 파장 사이의 간격이 상대적으로 좁아지므로, 스펙트럼이 거의 연속적인 파장으로 이루어져, 레이저광은 소정 선폭(linewidth)을 가지게 된다. 이 경우, 레이저광의 반치폭은 중심 파장의 세기의 1/2 인 세기를 갖는 두 파장 사이의 폭이 된다.
활성층(21a)에서 발생하여 열확산기(22) 내부로 입사한 레이저광은, 열확산기(22)의 외부 매질인 공기와 인접한 계면에서 부분적으로 반사된 후, 다시 열확산기(22)와 활성층(21a)의 계면에서 부분적으로 반사된다. 그 결과, 열확산기(22)의 상면과 하면 사이에서 레이저광이 반복적으로 반사되므로, 열확산기(22)의 내부에서 간섭이 복합적으로 일어난다. 이로 인해, 열확산기(22)의 투과율이 파장의 변화에 따라 주기적으로 변하게 된다. 즉, 파장의 정수배가 열확산기(22)의 상면과 하면 사이의 광학적 거리에 해당하는 레이저광만이 열확산기(22)의 상면을 통해 출사될 수 있다. 예컨대, 500㎛ 두께의 다이아몬드를 열확산기(22)로서 사용하는 경우, 자유로운 공간적인 범위(FSR:free spectral range)는 약 0.8nm 이고, 반치폭은 약 0.3nm 가 된다. 따라서, 활성층(21a)에서 발생한 레이저광 중에서 특정 모드의 파장만이 열확산기(22)를 통과하며, 이 과정에서 레이저소자(21)에서 발생된 레이저 광의 반치폭이 일차적으로 감소하게 된다. 이와 같이, 레이저소자(21)로부터의 레이저 광이 출사되는 쪽에 에탈론으로서 역할을 하도록 마련된 열확산기(22)를 두는 경우, 열확산기(22)는 에탈론으로서 역할을 하여, 레이저 광의 반치폭은 열확산기(22)에 의해 일정 부분 감소하게 된다.
상기 2차 조화파 발생소자(25)는, 2차 조화파 발생을 위한 것으로, 상기 레이저소자(21)에서 방출된 광의 진행 경로 상에 배치된다. 상기 2차 조화파 발생소자(25)는 상기 레이저소자(21)에서 발생되고 그를 통과하는 레이저광의 주파수를 2배로 만들어 그 파장을 반으로 줄여준다. 예를 들어, 상기 레이저소자(21)에서 발생된 광이 그 중심 파장이 대략 920nm인 적외선 광이라면, 이 적외선 광은 2차 조화파 발생소자(25)를 통과하면서 중심 파장이 대략 460nm인 청색광이 된다. 상기 레이저소자(21)에서 발생된 광이 그 중심 파장이 대략 1064nm인 적외선광이라면, 이 적외선 광은 2차 조화파 발생소자(25)를 통과하면서 중심 파장이 대략 532nm인 녹색광이 된다. 상기 레이저소자(21)에서 발생된 광이 그 중심 파장이 대략 1250nm인 적외선광이라면, 이 적외선 광은 2차 조화파 발생소자(25)를 통과하면서 중심 파장이 대략 625nm인 적색광이 된다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기 2차 조화파 발생소자(25)는 매우 좁은 파장 선폭에서만 높은 파장 변환 효율을 갖는 특성이 있다. 즉, 상기 2차 조화파 발생소자(25)로 사용되는 2차 조화파 발생(SHG) 결정은 일반적으로 매우 좁은 반치폭(Full-Width at Half Maximum; FWHM)의 파장-변환 효율 특성을 갖는다.
상기 2차 조화파 발생소자(25)를 위한 2차 조화파 발생(SHG) 결정으로서 PPSLT(Periodically Poled stoichiometric Lithium Tantalate)를 사용하는 경우, 높은 파장-변환 효율을 얻기 위해 요구되는 레이저광의 반치폭은 약 0.1~0.2nm 정도이다.
반면에, 전술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 수직 외부 공진기형 면발광 레이저소자(21)에서 출력되는 적외선 영역의 레이저광의 반치 폭은 이보다는 훨씬 크다.
상기 2차 조화파 발생소자(25)는 레이저 광의 반치폭을 줄여주는 광학부재(27)와 미러(24) 사이의 광경로 상에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템은 광학부재(27)를 구비하고, 이 광학부재(27)와 미러(24) 사이에 2차 조화파 발생소자(25)를 배치함으로써, 다음과 같이 레이저소자(21)에서 발진된 레이저 광이 그 반치폭이 보다 좁혀진 상태로 2차 조화파 발생소자(25)를 통과하며, 이에 의해 2차 조화파 발생소자(25)에서의 파장 변환 효율이 증대되며, 파장 변환된 고출력의 레이저광을 얻을 수 있다.
레이저소자(21)로부터 출사된 레이저 광은 미러(24)에 의해 반사되어 2차 조화파 발생소자(25)를 통과한다. 2차 조화파 발생소자(25)에서의 파장 변환 효율은 입사광의 세기가 클수록 증가한다. 따라서, 레이저광이 상기 2차 조화파 발생소자(25)에 포커싱될 수 있도록, 상기 미러(24)의 반사면은 오목면인 것이 바람직하다.
상기 미러(24)는 파장에 따라 다른 반사도와 투과도를 갖도록 코팅된다. 예컨대, 상기 미러(24)는 2차 조화파 발생소자(25)에 의해 파장 변환된 레이저광에 대해서는 투과성을 갖는 반면, 파장 변환되지 않은 레이저 광(이하, 구분을 위해 필요에 따라 레이징 광이라고 표현한다)에 대해서는 고반사도를 갖도록 코팅될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 광학부재(27)는, 상기 레이저소자(21)의 반사기(21b)와 함께 공진기를 구성하는 동시에 레이징 광의 반치폭을 줄여주는 역할을 한다. 상기 광학부재(27)는, 입사되는 레이저 광(파장 변환되거나, 되지 않은 레이저광 모두)에 대해 고반사도를 가지는 것이 바람직하다.
상기 광학부재(27)로는, 고반사도를 가지며 레이징광의 반치폭을 원하는 작은 폭으로 줄일 수 있도록, 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅(VBG:Volume Bragg Grating)을 사용할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 광학부재(27)로 사용되는 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅은, 2차 조화파 발생소자(25)에서 높은 파장 변환 효율을 얻을 수 있도록, 레이징 광의 반치폭을 0.2nm 또는 그 이하 예컨대, 0.05nm ∼ 0.2nm로 줄여주 고, 고반사도 바람직하게는, 99% 이상의 고반사도를 가지도록 마련된 것이 바람직하다. 상기 광학부재(27)로 사용되는 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅은 예를 들어, 소정의 반사도에서 특정 선폭이 0.2nm 이하이고 그 반사도가 99% 이상이 되게 조절한다. 이러한 광학부재(27)는 광학적인 조사로 굴절율이 변화되는 광굴절(photorefractive) 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅의 두께는 원하는 반사를 얻기 위해 조절될 수 있다.
상기 광학부재(27)로 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅을 사용하면, 상기한 바와 같은 원하는 좁은 반치폭 및 고반사도 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 광학부재(27)에 의해 반사된 광은 2차 조화파 발생소자(25)에 의해 높은 파장-변환이 이루어질 수 있는 반치폭을 가지게 되므로, 이 레이저광이 2차 조화파 발생소자(25)를 통과하는 동안 상당량의 레이저광에 대해 2차 조화파가 발생하여 파장 변환이 이루어진다. 따라서, 높은 파장-변환 효율을 얻을 수 있으며, 이에 의해 고출력의 가시 레이저광(visible laser light)을 얻을 수 있다.
한편, 상기 편광 제어용 플레이트(23)는, 특정 편광 성분이 우세한 레이저광이 상기 2차 조화파 발생소자(25)쪽으로 진행하도록 하기 위한 것으로, 레이저소자(21)에서 레이징된 광에 대해 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 편광 제어용 플레이트(23)는 GaAs, InP, SiC 또는 다이아몬드 등으로 이루어지고, 그 두께는 10∼1000μm 보다 바람직하게는 10∼500μm일 수 있다. 또한, 상기 편광 제어용 플레이트(23)는, 공진기 내에서 레이저소자(21)에 가까운 위치에 놓여질 수 있다.
상기 편광 제어용 플레이트(23)는, 레이징 축 즉, 레이저소자(21)로부터 입사되는 광의 중심 축에 대해 브루스터 각(brewster angle)을 이루도록 배치된 투명 플레이트 즉, 브루스터 각 플레이트일 수 있다. 상기 브루스터 각 플레이트는 입사광에 대해 브루스터 각을 이루도록 배치된 투명 플레이트를 의미한다. 여기서, 브루스터 각은 입사광의 p 편광 성분에 대한 반사율이 영이 되는 입사각으로, 반사광은 s 편광이 되며, 투과광은 p 편광 성분이 우세하게 된다.
다른 예로서, 상기 편광 제어용 플레이트(23)는, 레이저소자(21)로부터 입사되는 광의 중심 축에 대해 브루스터 각을 이루도록 배치된 에탈론일 수 있다. 즉, 상기 편광 제어용 플레이트(23)는 브루스터 각 에탈론(brewster angle etalon)일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템은 편광 제어용 플레이트(23)를 구비함에 의해, p 편광 성분이 우세한 레이저광이 출력될 수 있게 된다.
도 1을 참조로 앞서 설명한 바와 같이 일반적인 외부 수직 공진기형 면발광 레이저 시스템(10)(이하, 일반적인 레이저 시스템)에서는, 2차 조화파 발생소자로 입사되는 레이징 광의 반치폭을 줄여주기 위해 좁은 특정 파장대역의 레이저광만을 통과시켜 이 특정 파장대역의 레이저광만이 공진에 참여하도록 하는 복굴절 필터(14)를 사용한다. 이 복굴절 필터(14)는 진행하는 레이징 광에 대해 비스듬하게 배치된다.
상기 복굴절 필터(14)는 레이저광에 대해서 파장을 선택하는 동시에 편광 선 택성이 있다. 또한, 2차 조화파 발생 결정은 편광 의존성을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20)에서는, 광학부재(27) 즉, 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅이 일반적인 레이저 시스템(10)에서의 복굴절 필터(14)가 하던 파장 선택에 의해 반치폭을 줄여주는 역할을 하는 동시에 공진기를 구성하는 외부 미러의 역할을 수행하며, 상기 편광 제어용 플레이트(23)는 복굴절 필터(14)의 편광 제어(polarization control) 기능을 수행한다.
일반적인 레이저 시스템(10)에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20)의 광학부재(27)에 대응하는 위치에 공진기를 구성하기 위한 외부 미러(도 1의 17)를 배치하고, 파장 선택 및 편광 제어를 위해 복굴절 필터(14)를 사용하는데, 이 일반적인 레이저 시스템(10)과 비교하여, 반치폭을 줄여주는 기능을 하는 광학부재(27) 즉, 반사형 볼륨 브래그 그레이팅과 편광 제어용 플레이트(23) 즉, 브루스터 각 플레이트 또는 브루스터 각 에탈론을 구비하는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20)은 다음과 같은 이점이 있다.
먼저, 복굴절 필터(14)를 구비하는 일반적인 레이저 시스템(10)에서는 레이징 광의 반치폭을 0.2nm 이하로 만들기가 실질적으로 불가능하나, 볼륨 브래그 그레이팅에 의해서는 레이징 광의 반치폭을 0.2nm 이하로 충분히 줄일 수 있기 때문에, 광학부재(27)로 볼륨 브래그 그레이팅을 사용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20)에 의하면, 복굴절 필터(14)를 사용하는 일반적인 레이저 시스템(10)의 경우에 비해 높은 파장 변환효율을 얻을 수 있다.
따라서, 레이저소자(21)가 적외선 영역의 레이저광을 발생시키는 경우, 고출 력의 가시 레이저광(visible laser light)을 얻을 수 있어, 칼라 화상 디스플레이에 필요한 녹색(바람직한 중심 파장 532nm), 청색(바람직한 중심 파장 460nm) 또는 적색(바람직한 중심 파장 625nm) 레이저광을 출사하는 고출력의 가시 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템(high power visible VECSEL system)을 실현할 수 있다.
또한, 복굴절 필터(14)에 비해 광학부재(27)로 사용되는 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅이나 편광 제어용 플레이트(23)(브루스터 각 플레이트 또는 브루스터 각 에탈론)의 단가가 반치폭이 0.2nm 이하의 시스템을 구축하기 위해서는 훨씬 저렴하기 때문에, 레이저 시스템의 제조 단가를 크게 낮출 수 있다.
또한, 복굴절 필터(14)는 그 배치 각도가 엄격한 반면에, 상기 편광 제어용 플레이트(23) 즉, 브루스터 각 플레이트 또는 브루스터 각 에탈론은 상기 복굴절 필터(14)와는 달리, 폭 넓게(broad) 브루스터 각도만을 맞추어 주면 되므로 정렬이 상대적으로 쉽다. 따라서, 본 발명에 따른 레이저 시스템의 광학적 정렬을 용이하게 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20)은, 상기 레이저소자(21)의 활성층(21a)에서 광 펌핑에 의해 레이저 광이 발생되도록 펌핑 광을 제공하는 펌핑 광원(41)(43)을 더 구비할 수 있다. 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20)이 레이저소자(21)의 상면으로 비스듬히 펌핑 광을 입사시키는 펌핑 광원(41) 및 레이저소자(21)의 하면으로 펌핑 광을 입사시키는 펌핑 광원(43)을 구비하는 예를 보여준다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20) 은, 두 펌핑 광원(41)(43) 중 어느 하나만 구비할 수도 있다.
상기 펌핑 광원(41)(43)으로 반드시 레이저 광원을 사용할 필요는 없으며, 레이저 광원이나 다른 종류의 광원을 사용할 수 있다. 이 펌핑 광원(41)(43)에서 조사되는 펌핑 광의 파장은 전술한 바와 같이 레이저소자(21)에서 발진되는 파장보다 짧아야 한다. 예를 들어, 상기 레이저소자(21)가 2차 조화파 발생에 의해 화상 디스플레이에 필요한 적색, 녹색 또는 청색의 가시 레이저광을 얻을 수 있도록 하는 적외선광을 발생시키도록 마련된 경우, 상기 펌핑 광원(41)(43)은 대략 808nm 파장의 펌핑 광을 출력하도록 마련될 수 있다.
이상에서는 펌핑 광원(41)(43)으로부터 제공되는 펌핑 광에 의해 레이저소자(21)의 활성층(21a)에서 펌핑이 일어나도록 된 경우를 설명 및 도시하였는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20)에서, 상기 레이저소자(21)는 전극을 통한 전류 인가에 의한 전기적인 펌핑에 의해 레이징 광이 발진되도록 마련될 수도 있다. 이 경우, 펌핑 광원은 불필요하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20)에서는 다음과 같은 과정을 거쳐 2차 조화파 발생에 의해 레이징 파장에 비해 파장이 반으로 줄어든 레이저광이 출력된다.
레이저소자(21)에서 출사되고 미러(24)에 반사된 레이저 광은 그 선폭(반치폭)이 비교적 크기 때문에, 그 일부만이 2차 조화파 발생소자(25)를 통과하면서 파장이 반으로 줄어들고, 상당량의 레이저 광은 2차 조화파 발생소자(25)를 파장 변 환 없이 통과한다. 이 2차 조화파 발생소자(25)를 1차적으로 파장 변화없이 통과한 레이저 광은 광학부재(27)로 입사된다. 광학부재(27)는 입사된 레이저광 중 특정의 좁은 선폭의 레이저광을 반사시켜, 원래의 광경로로 진행하도록 한다. 따라서, 레이저 광은 반치폭이 충분히 줄어든 상태로 2차 조화파 발생소자(25)를 재차 통과하는데, 줄어든 반치폭에 기인하여 레이저 광의 상당량에 대해 파장 변환이 이루어진다. 따라서, 레이저 광의 대부분은 파장이 반으로 줄어들게 되고, 파장이 반으로 줄어든 레이저광은 미러(24)를 통하여 외부로 출력되게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템(50)을 개략적으로 보인 것으로, 도 2에 도시된 미러(24)를 렌즈소자(54)로 대체하고, 파장이 절반으로 줄어든 레이저광이 광학부재(57)를 통과하여 외부로 출력되는 구성을 가진다. 여기서, 도 2에서와 실질적으로 동일 또는 유사한 기능을 하는 부재는 동일 참조부호로 표기하고, 그 반복적인 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 시스템(50)에서, 렌즈소자(54)는 레이저소자(21)로부터 진행하는 레이저 광을 2차 조화파 발생소자(25)에 포커싱한다.
본 실시예에 있어서, 광학부재(57)는 레이저소자(21)의 반사기(21b)와 함께 공진기를 구성하는 것으로, 레이저소자(21)에서 출사되고 2차 조화파 발생소자(25)를 파장 변환되지 않고 통과한 레이저광 예컨대, 적외선 파장영역의 레이저광을 반치폭을 줄여주며 반사시키며, 2차 조화파 발생소자(25)에 의해 파장 변환된 레이저광은 투과시켜 출력시키도록 마련된다. 상기 광학부재(57)로는 파장 변환되지 않은 레이저광을 그 선폭이 0.2nm 이하의 반치폭이 되도록 줄여주며 99% 이상의 고반사도로 반사시키며, 2차 조화파 발생소자(25)에 의해 파장 변환된 레이저광 예컨대, 가시 레이저광은 투과시키도록 마련된 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅을 구비할 수 있다. 상기 광학부재(57)는 2차 조화파 발생소자(25)에 의해 파장 변환된 레이저광을 투과시키도록 마련된 점을 제외하고는 실질적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(20)에서의 광학부재(57)와 동일한 구성을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 시스템(50)에서, 레이저광은 광학부재(57)와 레이저소자(21)의 반사기(21b) 사이에서 반복적으로 반사되어 공진을 한다. 상기 광학부재(57)는 2차 조화파 발생소자(25)에 의해 주파수가 2배로 증가되어 파장이 절반으로 줄어든 레이저광에 대해 소정의 투과율을 가지므로, 파장이 절반으로 줄어든 레이저광은 상기 광학부재(57)를 통해 외부로 수직하게 출력될 수 있다.
한편, 본 다른 실시예에 있어서, 상기 레이저소자(21)와 2차 조화파 발생소자(25) 사이의 광로상에는 2차 조화파 발생소자(25)에 의해 파장 변환된 레이저광을 반사시켜, 광학부재(57)쪽으로 진행하도록 하고, 파장 변환되지 않은 레이저광은 통과시키도록 된 미러부재(55)가 더 구비된 것이 바람직하다. 도 5에서는 2차 조화파 발생소자(25)의 레이저소자(21)를 향하는 면에 미러부재(55)가 마련된 예를 보여준다. 상기 미러부재(55)는 2차 조화파 발생소자(25)의 레이저소자(21)를 향하는 면에 형성된, 레이징 광에 대해서는 무반사, 파장 변환된 레이저광에 대해서는 전반사 특성을 가지는 코팅층 예컨대, 다중 박막층일 수 있다. 상기 미러부재(55)는 2차 조화파 발생소자(25)와 분리된 독립 부재로서, 레이저소자(21)와 2차 조화 파 발생소자(25) 사이에 배치될 수도 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 시스템(50)에서는 다음과 같은 과정을 거쳐 파장 변환된 레이저광이 출력된다.
레이저소자(21)에서 출사되고 렌즈소자(54)에 의해 2차 조화파 발생소자(25)에 포커싱된 레이저 광은 그 반치폭이 비교적 크기 때문에, 그 일부만이 2차 조화파 발생소자(25)를 통과하면서 파장이 반으로 줄어들고, 상당량의 레이저 광은 2차 조화파 발생소자(25)에서 파장 변환이 발생하지 않는다. 2차 조화파 발생소자(25)를 1차적으로 거친 파장 변환되지 않은 레이저 광은 광학부재(57)로 입사된다. 광학부재(57)는 입사된 레이저광 중 특정의 좁은 선폭의 레이저광을 반사시켜, 원래의 광경로로 진행하도록 한다. 따라서, 레이저 광은 반치폭이 충분히 줄어든 상태로 2차 조화파 발생소자(25)를 재차 통과하는데, 줄어든 반치폭에 기인하여 레이저 광의 상당량에 대해 파장 변환이 이루어진다. 따라서, 레이저 광의 대부분은 파장이 반으로 줄어들게 되고, 파장이 반으로 줄어든 레이저광은 상기 이색 미러부재(55)에 의해 다시 반사되어, 2차 조화파 발생소자(25)를 통과하여 광학부재(57)로 향한다. 상기 2차 조화파 발생소자(25)에 의해 파장 변환된 레이저광은 광학부재(57)를 통하여 외부로 수직으로 출력된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템에 의하면, 레이저광의 반치폭을 줄이기 위해 복굴절 필터를 적용하는 종래의 레이저 시스템과는 다르게, 구비레이저소자의 반사기와 공진기를 구성하는 외부 미러로 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅을 적용하여 레이저광의 반치폭을 충분히 줄일 수 있다. 따라서, 2차 조화파 발생소자에서 높은 파장 변환 효율을 얻을 수 있으므로, 고출력의 레이저광 예컨대, 고출력의 가시 레이저광을 출력하는 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템을 실현할 수 있다.
또한, 브루스터 각으로 배치된 플레이트를 사용하여 편광 제어를 하므로, 이 편광 제어용 플레이트의 배치가 엄격하지 않아, 배치 각도가 엄격한 복굴절 필터를 구비하는 기존 구조에 비해 정렬이 훨씬 용이하다.

Claims (17)

  1. 펌핑에 의해 레이저광이 발생되는 활성층과, 상기 활성층에서 발생된 레이저광을 반사시키는 반사기를 포함하는 레이저소자와;
    상기 레이저소자의 반사기와 공진기를 구성하며, 레이저광의 선폭을 줄여주는 광학부재와;
    상기 레이저소자와 광학부재 사이에 위치되어, 레이저광의 주파수를 2배로 변환하는 2차 조화파 발생소자와;
    상기 2차 조화파 발생소자와 레이저소자 사이의 광경로 상에, 상기 레이저소자로부터 진행하는 레이저광에 대해 브루스터 각을 이루도록 배치되며, 상기 레이저소자에서 발생된 광에 대해 투명한 편광 제어용 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 외부 공진기형 면발광 레이저 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학부재는, 반사 타입의 볼륨 브래그 그레이팅인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광학부재는 상기 레이저소자에서 발생되어 입사되는 레이저광을 99% 이상 반사시키며, 레이저광의 선폭을 0.2nm 이하의 반치폭을 갖도록 줄여 상기 2차 조화파 발생소자로 진행시키도록 마련된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 2차 조화파 발생소자와 상기 레이저소자 사이에, 상기 레이저소자로부터 입사되는 광을 반사시켜 상기 2차 조화파 발생소자쪽으로 진행시 키며, 상기 레이저소자에서 발생된 레이저광을 대부분 반사시키며, 상기 2차 조화파 발생소자에 의해 파장 변환된 레이저광은 투과시키도록 마련된 미러;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 광학부재는, 상기 2차 조화파 발생소자에 의해 파장 변환된 레이저광은 투과시키도록 마련되는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2차 조화파 발생소자와 상기 레이저소자 사이의 광경로 상에, 상기 레이저소자에서 발생된 레이저광을 투과시키며, 상기 2차 조화파 발생소자에서 파장 변환된 레이저광은 반사시키는 미러부재;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 2차 조화파 발생소자와 상기 레이저소자 사이의 광경로 상에 배치되어, 레이저광을 상기 2차 조화파 발생소자에 포커싱하는 렌즈소자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 제어용 플레이트는, 브루스터 각 플레이트 또는 브루스터 각 에탈론인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 편광 제어용 플레이트는, 10 내지 500μm 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 편광 제어용 플레이트는, 갈륨-아세나이드(GaAs), 인듐-포스파이드(InP), 실리콘-카바이드(SiC) 및 Al2O3을 포함하는 그룹에서 선택된 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 활성층에 펌핑 광을 제공하는 적어도 하나의 펌핑 광원;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 레이저소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해, 상기 레이저소자의 일측에 마련된 열확산기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 열확산기는, 상기 레이저소자로부터 레이저광이 출사되는 쪽에 위치하며, 에탈론으로서 역할을 하도록 마련된 것을 특징으로 하는 레이 저 시스템.
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층에 펌핑 광을 제공하는 적어도 하나의 펌핑 광원;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저소자에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해, 상기 레이저소자의 일측에 마련된 열확산기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 열확산기는, 상기 레이저소자로부터 레이저광이 출사되는 쪽에 위치하며, 에탈론으로서 역할을 하도록 마련된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 열확산기는, 다이아몬드, 실리콘-카바이드(SiC) 및 Al2O3을 포함하는 그룹에서 선택된 어느 한 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0328007D0 (en) * 2003-12-04 2004-01-07 Univ Strathclyde Improved vertical external cavity surface emitting laser
KR101217557B1 (ko) * 2006-08-02 2013-01-02 삼성전자주식회사 직접 광변조가 가능한 레이저 모듈 및 이를 채용한 레이저디스플레이 장치
TW200835097A (en) * 2007-02-01 2008-08-16 Univ Nat Central A device of Volume Bragg grating (VBG) laser reflector
US20130294467A1 (en) * 2007-10-15 2013-11-07 Jerome V. Moloney Laser-based source for terahertz and millimeter waves
CN104115349A (zh) * 2012-02-13 2014-10-22 瑞尔D股份有限公司 激光器架构
JP6862658B2 (ja) * 2016-02-15 2021-04-21 株式会社リコー 光増幅器、光増幅器の駆動方法及び光増幅方法
CN111313231B (zh) * 2020-02-28 2021-07-02 长春中科长光时空光电技术有限公司 一种垂直腔面发射激光器及其控制方法与控制装置
GB202009952D0 (en) * 2020-06-30 2020-08-12 Ams Int Ag Light source
CN111969402A (zh) * 2020-07-31 2020-11-20 山东师范大学 一种应用于小车的中红外窄线宽固体脉冲激光器及方法
US20220137410A1 (en) * 2020-11-05 2022-05-05 Facebook Technologies, Llc Phase structure on surface-relief grating-based waveguide display

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5457707A (en) 1993-08-24 1995-10-10 Spectra-Physics Lasers, Inc. Master optical parametric oscillator/power optical parametric oscillator
US20050190809A1 (en) 2004-01-07 2005-09-01 Spectra-Physics, Inc. Ultraviolet, narrow linewidth laser system

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07117668B2 (ja) * 1988-12-28 1995-12-18 富士写真フイルム株式会社 光増幅装置
US6393038B1 (en) * 1999-10-04 2002-05-21 Sandia Corporation Frequency-doubled vertical-external-cavity surface-emitting laser
US6370168B1 (en) * 1999-10-20 2002-04-09 Coherent, Inc. Intracavity frequency-converted optically-pumped semiconductor laser
US6680956B2 (en) * 2001-02-15 2004-01-20 Aculight Corporation External frequency conversion of surface-emitting diode lasers
US7742512B2 (en) * 2004-02-02 2010-06-22 Raytheon Company Scalable laser with robust phase locking
US7322704B2 (en) * 2004-07-30 2008-01-29 Novalux, Inc. Frequency stabilized vertical extended cavity surface emitting lasers
US7357513B2 (en) * 2004-07-30 2008-04-15 Novalux, Inc. System and method for driving semiconductor laser sources for displays
WO2006105258A2 (en) * 2005-03-30 2006-10-05 Novalux, Inc. Manufacturable vertical extended cavity surface emitting laser arrays
KR101100431B1 (ko) * 2005-11-22 2011-12-30 삼성전자주식회사 고효율 2차 조화파 생성 외부 공진기형 면발광 레이저

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5457707A (en) 1993-08-24 1995-10-10 Spectra-Physics Lasers, Inc. Master optical parametric oscillator/power optical parametric oscillator
US20050190809A1 (en) 2004-01-07 2005-09-01 Spectra-Physics, Inc. Ultraviolet, narrow linewidth laser system

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