KR19990065240A - 제 2 고조파 발생 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 2 고조파 발생 소자에 관한 것으로, 강유전체로 이루어진 기판과, 기판상에 형성되는 분극반전영역과, 분극반전영역으로 레이저 빔을 도파시키는 광도파로와, 레이저 빔의 파장을 튜닝하고 세그먼트로 이루어진 광도파로로 구성된 디비알(DBR)부와, 디비알부가 위상정합된 파장으로 레이저 빔의 파장을 연속적으로 튜닝하도록 도파로내의 굴절률을 변화시키는 전극부와, 디비알부에서 위상정합을 위해 출력되는 레이저 빔의 일부를 광검출부에서 모니터하여 모니터된 레이저 빔의 출력변화에 따라 피드백 콘트롤하여 전극부에 걸리는 전압의 방향 및 크기를 조절하는 콘트롤부로 구성됨으로써, 제조 비용이 적고, 항상 일정한 위상정합을 유지할 수 있으므로 상용화할 수 있다.

Description

제 2 고조파 발생 소자

본 발명은 제 2 고조파 발생 소자에 관한 것이다.

일반적으로 초소형 청색 레이저를 얻는 방법으로 분극 반전시킨 기판에 광도파로를 이용한 제 2 고조파 소자가 널리 연구되어 왔다.

그런데, 이 경우 펌핑 광원인 레이저 다이오드의 파장과 분극 반전 격자의 준위상 정합 파장이 정확히 일치하여야 한다.

따라서, 실제 사용이 가능한 제 2 고조파 발생 소자에는 파장을 튜닝하는 기능이 포함되어야 한다.

이러한 목적을 위해 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 광도파로 출력단에 그레이팅(grating)을 설치하여 레이저 다이오드의 파장을 튜닝하는 방법, 도 2에 도시된 바와 같이 광도파로내에 브레그(bragg) 격자를 삽입하여 레이저 다이오드의 파장을 고정시킴으로써 위상 정합을 시키는 방법, 도 3에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드 출력단에 투과 파장 영역이 매우 좁은 필터를 삽입하는 방법 등이 연구되어 왔다.

도 1에 도시된 방법은 일일이 그레이팅의 각도를 미세하게 조절해야 하고 부피가 커진다.

그리고, 실제로 상용화시 그레이팅 비용, 패키징 비용, 각각 미세 조절하는 공정을 추가해야 하므로 비용과 제작 공정이 생산에 적합하지 않아 실용성이 없다.

그리고, 도 2에 도시된 방법은 우선 필터 비용이 크며 실제 사용할 때 파장의 튜닝 기능이 없어 온도 보상 등 상용화 가능성이 거의 없다.

따라서, 실제 사용할 때 레이저 다이오드의 파장을 튜닝하면서 항상 일정하게 위상 정합 조건을 만족시키는 구조와 기능을 가져야 상용화 가능한 청색 레이저를 구현할 수 있다.

종래 기술에 따른 제 2 고조파 발생 소자에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

제조 비용이 많이 들 뿐만 아니라 항상 일정한 위상 정합 조건을 만족시킬 수 있는 구조와 기능이 없어 상용화가 어렵다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 전기광학효과를 이용하여 항상 위상 정합을 유지하도록 함으로써 제 2 고조파 발생 효율을 최적화할 수 있는 제 2 고조파 발생 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 내지 도 2은 종래 기술에 따른 제 2 고조파 발생 소자를 보여주는 도면

도 3는 본 발명에 따른 제 2 고조파 발생 소자를 보여주는 도면

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 2 : 분극 반전 영역

3 : 광도파로 4 : 디비알

5 : 전극 6 : 광분할기

7 : 광검출기

본 발명에 따른 제 2 고조파 발생 소자의 특징은 강유전체로 이루어진 기판과, 기판상에 형성되는 분극반전영역과, 분극반전영역으로 레이저 빔을 도파시키는 광도파로와, 레이저 빔의 파장을 튜닝하고 세그먼트로 이루어진 광도파로로 구성된 디비알(DBR)부와, 디비알부가 위상정합된 파장으로 레이저 빔의 파장을 연속적으로 튜닝하도록 도파로내의 굴절률을 변화시키는 전극부와, 디비알부에서 위상정합을 위해 출력되는 레이저 빔의 일부를 광검출부에서 모니터하여 모니터된 레이저 빔의 출력변화에 따라 피드백 콘트롤하여 전극부에 걸리는 전압의 방향 및 크기를 조절하는 콘트롤부로 구성되는데 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 제 2 고조파 발생 소자를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 개념은 브레그(Bragg)격자를 광도파로에 삽입하고 이를 전기광학효과를 이용하여 펌핑 레이저 다이오드의 레이저 파장을 튜닝하고 그 출력광을 모니터하여 피드백(feedback)시킴으로써 자동으로 전기광학효과의 양을 조절하여 굴절율의 변화를 조절하여 항상 위상정합을 유지하는데 있다.

도 3는 본 발명에 따른 제 2 고조파 발생 소자를 보여주는 도면으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.

제 2 고조파 발생이 가능한 비선형광학결정으로 이루어진 기판(1)과, 그 위에 분극 반전 영역(domain inverted area)(2)과, 펌핑 레이저 빔(pumping laser beam)을 분극 반전 영역(2)으로 도파시키는 광도파로(optical waveguide)(3)와, 분극 반전 영역(2)을 지난 후, 펌핑 레이저 파장을 튜닝하기 위한 디비알(Distributed Bragg Reflector ; DBR)부(4)와, 위상정합을 위해 레이저 빔의 파장을 튜닝하기 위한 전극(5)으로 소자가 구성된다.

여기서, 디비알부(4)는 광도파로를 세그먼트(segment)로 만들어서 구현한다.

그리고, 레이저 빔의 파장을 튜닝하기 위해 출력된 제 2 고조파 레이저 빔의 일부를 광분할기(beam splitter)(6)를 이용하여 광검출기(7)로 입력시켜 그 레이저 빔의 출력을 모니터하고, 모니터된 레이저 빔의 출력 변화에 따라 피드백 콘트롤(feedback control)하여 전극(5)에 걸리는 전압의 방향과 크기를 조절하여 위상정합 파장을 연속적으로 튜닝한다.

이와 같이 구성되는 제 2 고조파 발생 소자의 기판은 KTP, LiNbO₃, LiTaO₃등의 강유전체(ferroelectric material)를 사용한다.

그리고, 분극 반전 방법으로 KTP의 경우에는 전계에 의한 분극(poling)이나 이온 교환(ion exchange)에 의한 방법을 사용하고, LiNbO₃의 경우에는 전계에 의한 분극이나 금속 증착후 고온 열확산을 이용하며, LiTaO₃의 경우에는 전계에 의한 분극이나 양자 교환후 급속 열처리(quick heat treatment)를 사용한다.

또한, 기판은 모두 제트-컷(Z-cut)을 사용하며 분극 방법에 따라 + 방향 또는 - 방향의 기판을 이용한다.

그리고, 광도파로는 KTP의 경우 이온 교환 방법을 이용하며, LiNbO₃와 LiTaO₃의 경우는 양자 교환 방법으로 제작된다.

디비알부는 광도파로와 동시에 만들어지며 광도파로를 세그먼트로 만들어 광도파 진행 방향으로 굴절률의 변화를 주어 브레그 조건을 만족시킨 다음, 펌핑 레이저 빔 중에서 위상정합이 되는 파장의 레이저 빔만을 선택적으로 반사시켜서 펌핑 레이저 다이오드로 되돌려 보낸후 펌핑 레이저 다이오드의 파장을 선택한다.

이 선택 파장의 튜닝은 전극을 이용하여 실시하게 되는데, 강유전체의 전기광학효과를 이용하여 도파로내의 굴절률을 변화시키면 브레그 격자 주기를 변화시켜 주게 되므로 반사되는 레이저 빔의 파장을 튜닝할 수 있다.

즉, 전극에 가해지는 전압의 방향을 바꾸면 굴절률 변화의 부호를 바꾸게 되고 또한 전압의 크기를 바꾸면 굴절률의 변화량을 조절할 수 있으므로 소자 제작시 오차나 사용할 때 온도 변화에 따른 위상정합 파장의 변화를 이러한 방법으로 조절이 가능하다.

그리고, 빔 분할기는 기존의 판(plate) 형태의 것을 삽입하는 방법을 사용할 수 있지만, 소자의 크기를 줄이고 정렬 오차(alignment tolerance)를 줄이기 위해서는 광도파로 형태로 소자를 집적화할 수 있다.

이와 같이, 광도파로 형태로 소자에 집적화하는 경우에는 출력광의 일부를 방향성 결합기 구조의 광도파로를 삽입하여 분리하는 방법이 가능하다.

그리고, 그 출력은 광섬유나 거울 등을 이용해서 광검출기로 입력시킬 수 있다.

본 발명에 따른 제 2 고조파 발생 소자에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 종래와 같이 복잡한 장치가 필요없으므로 제조 비용이 적고, 항상 일정한 위상정합을 유지할 수 있으므로 상용화할 수 있다.

Claims (3)

1. 강유전체로 이루어진 기판;

   상기 기판상에 형성되는 분극반전영역;

   상기 분극반전영역으로 레이저 빔을 도파시키는 광도파로;

   상기 레이저 빔의 파장을 튜닝하고, 세그먼트로 이루어진 광도파로로 구성된 디비알(DBR)부;

   상기 디비알부가 위상정합된 파장으로 상기 레이저 빔의 파장을 연속적으로 튜닝하도록 상기 도파로내의 굴절률을 변화시키는 전극부;

   상기 디비알부에서 위상정합을 위해 출력되는 레이저 빔의 일부를 광검출부에서 모니터하여 모니터된 레이저 빔의 출력변화에 따라 피드백 콘트롤하여 상기 전극부에 걸리는 전압의 방향 및 크기를 조절하는 콘트롤부로 구성됨을 특징으로 하는 제 2 고조파 발생 소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 디비알부에서 출력되는 빔의 일부는 빔 분할기에 의해 상기 광검출부로 반사됨을 특징으로 하는 제 2 고조파 발생 소자.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 디비알부에서 출력되는 빔의 일부는 방향성 결합기 구조를 갖는 광도파로에 의해 분리되어 광섬유 또는 거울을 통해 상기 광검출부로 입력됨을 특징으로 하는 제 2 고조파 발생 소자.