KR20020095724A - 고조파 발생장치 - Google Patents

고조파 발생장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20020095724A
KR20020095724A KR1020010033907A KR20010033907A KR20020095724A KR 20020095724 A KR20020095724 A KR 20020095724A KR 1020010033907 A KR1020010033907 A KR 1020010033907A KR 20010033907 A KR20010033907 A KR 20010033907A KR 20020095724 A KR20020095724 A KR 20020095724A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
harmonic
optical element
light source
nonlinear material
Prior art date
Application number
KR1020010033907A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100416600B1 (ko
Inventor
이동렬
Original Assignee
삼성전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자 주식회사 filed Critical 삼성전자 주식회사
Priority to KR10-2001-0033907A priority Critical patent/KR100416600B1/ko
Priority to US10/097,144 priority patent/US6842465B2/en
Publication of KR20020095724A publication Critical patent/KR20020095724A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100416600B1 publication Critical patent/KR100416600B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G02F1/372—Means for homogenizing the output beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

고조파 발생장치가 개시된다. 개시된 고조파 발생장치는, 소정 파장의 제1광을 발생시키는 광원;과 상기 광원쪽에서 입사되는 제1광의 적어도 일부를 고조파로 변환하여, 상기 제1광보다 짧은 파장의 제2광을 발생시키는 비선형 물질; 및 상기 비선형 물질에서 발생되는 상기 제2광를 상기 제1광과 분리시키는 제1광학소자;를 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한 개시된 고조파 발생장치는 집속렌즈와 초점심도를 조절할 수 있는 제2광학소자를 더 구비할 수 있다. 본 발명에 의한 고조파 발생장치는 조립이 용이하고 저가로 제작될 수 있으며, 고출력을 가지는 고조파를 발생시킬 수 있다.

Description

고조파 발생장치{Harmonic wave generating apparatus}
본 발명은 고조파 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비선형 물질을 이용한 고조파 발생장치에 관한 것이다.
주파수가 다른 전자장 사이에는 서로 에너지 교환이 가능하다. 이 현상을 응용한 것 중의 하나가 고조파 발생장치이다. 가장 대표적인 것은 비선형 물질을 이용하여 광의 주파수를 2배로 만드는 제2고조파 발생 (Second Harmonic Generation; SHG) 장치이다.
외부에서 주어진 광파의 진폭이 충분히 클 때 전기 쌍극자는 비조화진동을 한다. 이것의 주파수 성분을 분석하면 기본파는 물론, 여러 가지의 고조파 성분이포함되어 있음을 알 수 있다. 일반적으로 비선형 물질의 결정구조가 반전대칭성이 있으면 전하의 퍼텐셜이 대칭적이므로 쌍극자를 합한 비선형 분극 중 가장 낮은 것은 3차 고조파 성분이 된다. 반전대칭성이 없는 비선형 물질에서는 비선형 분극의 2차 고조파 성분이 존재하고, 2배의 주파수로 진동하는 분극에 의해 광이 출사되는 과정을 제2고조파 발생(SHG)라고 한다.
한편, 최근에 광기록매체의 고밀도화나 레이저 프린터의 고정밀화가 이루어지면서, 고출력 단파장 광원에 대한 필요성이 증가되고 있다. 종래의 단파장대인 청색 파장대의 광을 출사할 수 있는 레이저 다이오드는 가격이 고가이며 그 개발이 계속 진행되고 있는 상태이므로, 현재로서는 고밀도의 광기록매체의 재생이나 레이저 프린터등에 상용화하기에는 어려움이 있다.
한편, 고출력을 가지는 단파장의 광은 SHG의 원리를 이용하여 얻을 수도 있다. 그런데, SHG의 원리를 이용하여 광의 파장을 반으로 줄일 수 있는 종래의 반파장 발생장치는 주로 광원으로 1064nm 나 946nm의 광을 출사하는 고체 레이저를 구비하며, 이 고체 레이저에서 출사된 광이 제2고조파 발생 물질에 의해 반파장, 즉 546nm 나 473nm의 광으로 바뀐다.
따라서, 종래의 반파장 발생장치는 고가이며, 광학 부품수가 많아서 부피가 크고 조립이 용이하지 않아, 고밀도의 광기록매체의 재생이나 그 외 소형의 고출력 레이저를 필요로 하는 장치에는 적합하지 않다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서 저가이고 제작이 용이한, 소형의 고출력 고조파 발생 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 발생장치를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
11 : 광원 13 : 집속 렌즈
15 : 제2광학소자 17 : 비선형 물질
19 : 제1광학소자
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 소정 파장의 제1광을 발생시키는 광원;과 상기 광원쪽에서 입사되는 제1광의 적어도 일부를 고조파로 변환하여, 상기 제1광보다 짧은 파장의 제2광을 발생시키는 비선형 물질; 및 상기 비선형 물질에서 발생되는 상기 제2광를 상기 제1광과 분리시키는 제1광학소자;를 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치를 제공한다.
상기 광원은 레이저 다이오드인 것이 바람직하다. 상기 비선형 물질은 제2고조파를 발생시킬 수 있는 물질로서, PPLN(Periodically Poled LiNbO3)인 것이 바람직하다.
상기 제1광학소자는 홀로그램으로서, 상기 제1광을 +1차 및/또는 -1차로 회절시키고, 상기 제2광을 0차로 회절시킬 수 있는 것이 바람직하다.
상기 광원과 상기 비선형 물질사이에 상기 광원쪽에서 입사된 광을 집속하는 집속렌즈를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 집속렌즈와 상기 비선형 물질 사이에 입사되는 광의 초점심도를 조절하는 제2광학소자를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제2광학소자는 바람직하게는 홀로그램이다.
본 발명에 의한 고조파 발생장치는 레이저 다이오드를 광원으로 채용하는 장치에서, 홀로그램을 이용하여 저가로 용이하게 제작하여 고출력의 고조파를 발생시킬 수 있다.
이하 본 발명의 고조파 발생장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 발생장치는 소정 파장의 제1광을 발생하는 광원(11)과, 광원(11)로부터 발생된 광의 적어도 일부를 고조파로 변환하여 상기 제1광보다 짧은 파장의 제2광을 발생시키는 비선형 물질(17)과 비선형 물질(17)을 투과한 광을 제1광과 제2광으로 분리시키는 제1광학소자(19)를 구비한다.
광원(11)은 780nm 의 파장대를 가지는 레이저를 출력하는 레이저 다이오드를 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 광원(11)으로는 800nm 이상의 파장대의 광을 출력하는 반도체 레이저를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 고조파 발생장치가 광픽업용 장치등의 고출력 광원으로 사용되는 경우에는, 상기 광원(11)은 연속파(continuous wave) 출력을 내며, 의료기기 등에 광원으로 사용되는 경우에는 펄스형 출력을 내도록 구동될 수 있다.
한 편, 비선형 물질의 경우 편광방향이 고조파의 위상정합을 위해 중요하기 때문에, 본 발명에 따른 고조파 발생장치는 상기 레이저 다이오드(11)에서 출사된 광의 직선 편광 성분만을 통과시키거나 상기 출사된 광을 직선편광으로 바꾸어 주는 광학소자(미도시)를 더 구비할 수 있다. 직선 편광방향은 비선형 물질의 광축에 평행하게 입사되어야 한다. (여기서 광축이란 복굴절 물질에서 정상굴절률과 이상굴절률이 만나는 곳을 향하는 방향이다.) 여기서 위상정합이 되는 경우 고조파출력은 최대가 된다.
비선형 물질(17)은 광원(11)으로부터 입사된 제1광의 적어도 일부를 고조파로, 바람직하게는 제2고조파로 변환시켜 상기 제1광보다 파장이 짧은 제2광을 발생시킨다. 여기서 제1광의 기본파의 주파수를 W라 하면, 제2광의 제2고조파는 2W, 제3고조파는 3W의 주파수를 가진다. 본 발명에 따른 고조파 발생장치가 제2고조파 발생을 주된 목적으로 하는 경우, 비선형 물질(17)로 2차 비선형 특성이 강한 물질을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 비선형 물질로는 KDP, BBO, LBO, KTP, LiNbO3,PPLN 등이 있다. 본 발명에 따른 고조파 발생장치는 비선형 물질(17)로 광학계수가 약 20pm/V 로서 큰 PPLN 을 구비하는 것이 바람직하다. PPLN을 이용하면 100mW 급 반도체 레이저의 제1광으로서 근적외선광을 제2고조파 발생(SHG)을 하여 제2광으로서 수 mW의 청색 레이저광을 얻을 수 있다.
제1광학소자(19)는 비선형 물질(17)을 투과한 광을 제1광과 파장이 짧은 제2광으로 분리시킨다. 제2광으로 제2고조파를 주로 이용하는 경우 제2고조파를 0차광으로 재생하고, 제1광을 +1차 및/또는 -1차광으로 재생한다. 제1광학소자(19)로는 홀로그램을 구비하는 것이 바람직하다.
광원(11)과 비선형 물질(17)사이에 집속렌즈(13)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 집속렌즈(13)는 광원(11)에서 출사되는 제1광을 집광하기 위한 것이다. 집속렌즈(13)는 제2광으로서 고조파 발생시 부족한 광의 강도를 보상하는 역할을 한다.제2고조파의 출력은 2차비선형 계수와 입사광의 강도의 곱에 비례한다. 따라서 제2광으로서 2차 고조파를 발생시킬 때, 2차 비선형 계수가 작은 비선형 물질을 사용하게 되는 경우 집속렌즈(13)를 이용하여 광의 강도를 증가시켜 제2고조파의 출력을 높일 수 있다
집속렌즈(13)와 비선형 물질(17)사이에는 제2광학소자(15)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 제2광학소자(15)로는 홀로그램을 구비할 수 있다. 제2광학소자(15)는 집속렌즈(13)를 통과한 광의 초점심도를 바꾸어준다. 광축상에서 집속렌즈와 비선형물질 사이의 적당한 위치에 제2광학소자(15)를 배치함으로써 초점심도를 조절할 수 있다. 비선형 물질에 입사되는 광은 그 지름이 일정하므로 초점심도를 조절함으로써 제2광학소자와 비선형물질간의 거리를 변화시킬 수 있다.
집속렌즈(13)와 제2광학소자(15)를 더 구비함으로써 광원(11)으로부터 출사된 제1광을 효율적으로 집광할 수 있고, 비선형물질로 입사하는 광을 평행광으로 바꾸어 광의 손실을 줄일 수 있다.
상기한 바와 같은, 본 발명에 따른 고조파 발생장치는 기본파의 파장을 반파장 또는 삼분의 일파장등으로 출사시키는 것이 가능하므로 광픽업이나 레이저 프린터, 광계측용등의 장치나 파장 변환을 필요로 하는 기타의 장치에 채용가능하다.
본 발명의 실시예에 의한 고조파 발생장치는 홀로그램을 이용하므로 광학 장치의 조립이 용이하고 저가로 제작이 가능하며, 적절한 파장대의 광을 출사시키는 레이저 다이오드를 광원으로서 사용하므로 고출력의 고조파를 발생시킬 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고조파 발생장치의 장점은 레이저 다이오드와 같은 광원을 채용하여 소형의 고출력 고조파 발생장치의 제작이 가능하다는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 고조파 발생장치는 제1 및 제2광학소자로 홀로그램을 더 구비하여 저가로 용이하게 제작될 수 있으며, 집속렌즈와 초점심도를 조절할 수 있는 제2광학소자를 더 구비함으로써 광의 출력 효율을 높일 수 있다.

Claims (11)

  1. 소정 파장의 제1광을 발생시키는 광원;
    상기 광원쪽에서 입사되는 제1광의 적어도 일부를 고조파로 변환하여, 상기 제1광보다 짧은 파장의 제2광을 발생시키는 비선형 물질; 및
    상기 비선형 물질에서 발생되는 상기 제2광을 상기 제1광과 분리시키는 제1광학소자;를 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비선형 물질은 제2고조파 발생물질인 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비선형 물질은 PPLN 인 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1광학소자는 홀로그램인 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1광학소자는 상기 제1광을 +1차 및/또는 -1차로 회절시키고, 상기 제2광을 0차로 회절시키는 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 비선형 물질사이에 상기 광원쪽에서 입사된 광을 집속하는 집속렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 집속렌즈와 상기 비선형 물질 사이에 입사되는 광의 초점심도를 조절할수 있는 제2광학소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2광학소자는 홀로그램인 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집속렌즈와 상기 비선형 물질 사이에 입사되는 광의 초점심도를 조절할 수 있는 제2광학소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2광학소자는 홀로그램인 것을 특징으로 하는 고조파 발생장치.
KR10-2001-0033907A 2001-06-15 2001-06-15 고조파 발생장치 KR100416600B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0033907A KR100416600B1 (ko) 2001-06-15 2001-06-15 고조파 발생장치
US10/097,144 US6842465B2 (en) 2001-06-15 2002-03-14 Harmonic wave generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0033907A KR100416600B1 (ko) 2001-06-15 2001-06-15 고조파 발생장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020095724A true KR20020095724A (ko) 2002-12-28
KR100416600B1 KR100416600B1 (ko) 2004-02-05

Family

ID=19710879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0033907A KR100416600B1 (ko) 2001-06-15 2001-06-15 고조파 발생장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6842465B2 (ko)
KR (1) KR100416600B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004037549A1 (de) * 2004-08-03 2006-03-16 Deutsche Telekom Ag Vorrichtung zur Erzeugung und Modulation eines hochfrequenten Signals
US8233203B2 (en) * 2006-02-15 2012-07-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Exposure method and method of manufacturing semiconductor device
US8053145B2 (en) * 2006-05-30 2011-11-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing holographic recording medium and method for manufacturing semiconductor device
US20080063022A1 (en) * 2006-09-12 2008-03-13 Kevin Thomas Gahagan Semiconductor laser and tunable fluid lenses

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0274360A (ja) * 1988-09-09 1990-03-14 Hitachi Ltd 情報機器用光学系
US5854870A (en) * 1990-05-25 1998-12-29 Hitachi, Ltd. Short-wavelength laser light source
US5856996A (en) * 1992-12-07 1999-01-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Compact efficient solid state laser
CA2114703A1 (en) * 1993-02-22 1994-08-23 Kenneth M. Baker Directional light filter and holographic projector system for its production
KR100200848B1 (ko) * 1995-06-26 1999-06-15 윤종용 2중 초점 형성방법 및 이를 이용한 광픽업
JP3567540B2 (ja) * 1995-08-11 2004-09-22 ブラザー工業株式会社 走査光学装置
JPH09260761A (ja) * 1996-03-22 1997-10-03 Nec Corp 光パラメトリック発振器
US5880877A (en) * 1997-01-28 1999-03-09 Imra America, Inc. Apparatus and method for the generation of high-power femtosecond pulses from a fiber amplifier
US6393038B1 (en) * 1999-10-04 2002-05-21 Sandia Corporation Frequency-doubled vertical-external-cavity surface-emitting laser
JP2001284719A (ja) * 2000-03-31 2001-10-12 Sony Corp 外部共振型半導体レーザ
US6476944B1 (en) * 2000-10-18 2002-11-05 Joseph A. La Russa Image-forming apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US6842465B2 (en) 2005-01-11
KR100416600B1 (ko) 2004-02-05
US20020191653A1 (en) 2002-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH07507901A (ja) ハイパワー小型のダイオードポンプ型チューナブルレーザ
JP2015121788A (ja) 非線形周波数変換（ＮｏｎｌｉｎｅａｒＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＮＬＦＣ）装置および光源
JPH05273624A (ja) 光波長変換素子およびそれを用いた短波長レーザ光源および短波長レーザ光源を用いた光情報処理装置および光波長変換素子の製造方法
JPH02254427A (ja) 光波長変換装置
CA2050159C (en) First order mode frequency doubler system and method
KR100416600B1 (ko) 고조파 발생장치
KR0174775B1 (ko) 파장변환 도파로형 레이저 장치
US5268912A (en) Harmonic light source capable of being optically modulated and optical information processing apparatus employing the same
US6919985B2 (en) Optical wavelength converting apparatus and optical wavelength converting method
JP2007194416A (ja) 光波長変換光源
JPH0389574A (ja) 第２次高調波発生装置
JP2006073970A (ja) Ｃｗ深紫外線光源
CN104854764A (zh) 谐振增强频率转换器
JPH0523411B2 (ko)
Lynn et al. Optical pumping of rare-gas metastable atom beams with a frequency-modulated multimode dye laser
JPH07202309A (ja) 短波長レーザ光源
JPH04330795A (ja) 半導体レーザ光源
TWI470887B (zh) 雷射倍頻模組
JPH03287140A (ja) レーザー光波長変換装置
JP2605933B2 (ja) 光束整形レンズおよび短波長レーザ光源
KR950004379B1 (ko) 광변환장치
JPH045879A (ja) 半導体レーザ装置
KR100355387B1 (ko) 광변조시스템
JP2009003210A (ja) 二次高調波発生装置
KR20030097331A (ko) 광픽업

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090102

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee