KR20030087477A

KR20030087477A - Laser

Info

Publication number: KR20030087477A
Application number: KR1020020025859A
Authority: KR
Inventors: 김지원; 윤춘섭; 박소연
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-14

Abstract

PURPOSE: A laser device is provided to improve the performance of the wavelength conversion laser by using a retro-prism instead of a Brewster plate to select the desired beam within a laser resonator. CONSTITUTION: A laser device includes a laser diode(10), a lens system(12), a laser medium(14), a retro-prism(15), and a wavelength conversion element(16). The lens system(12) is used for focusing the beam of the laser diode(10). The laser medium(14) is arranged in parallel to the laser diode(10) in order to convert the beam. The retro-prism(15) is cut to a Brewster angle in order to polarize the converted beam to one direction. The wavelength conversion element(16) is used for converting the wavelength of the polarized beam.

Description

Laser {Laser}

본 발명은 레이저에 관한 것으로, 특히 레이저 공진기내에서 원하는 편광을 선택하여 파장 변환 레이저의 성능을 향상시키는 레이저에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser, and more particularly, to a laser for selecting a desired polarization in a laser resonator to improve the performance of a wavelength conversion laser.

일반적으로 기본파를 발진하는 레이저는, 레이저 공진기 내에서 공진되는 빛의 편광을 고려하지 않는다.Generally, a laser oscillating fundamental wave does not consider polarization of light resonated in a laser resonator.

그러나, 공진기 내에 파장 변환을 위한 비선형 광학 소자를 삽입할 경우, 파장변환 효율은 소자에 입사되는 기본 레이저의 편광에 의존하므로 공진기 내부에서 공진 되는 레이저의 편광은 파장변환 레이저에 있어 아주 중요한 요소가 된다.However, when the nonlinear optical device for wavelength conversion is inserted into the resonator, the wavelength conversion efficiency depends on the polarization of the basic laser incident on the device, and thus the polarization of the laser resonating inside the resonator becomes a very important factor for the wavelength conversion laser. .

상기 공진기 내에서 공진하는 레이저 빛의 편광을 결정하는 방법은 크게 두가지로 나눌 수 있는데, 한 가지는 한 편광판을 발진시키는 레이저 물질을 사용하는 방법과, 또 한가지는 공진기 내에 부르스터판을 삽입시켜 불필요한 편광을 가진 빛을 제거하는 방법이다.The method of determining the polarization of the laser light resonating in the resonator can be largely divided into two methods, one using a laser material that oscillates one polarizing plate, and the other by inserting a booster plate into the resonator and unnecessary polarization. How to get rid of light with it.

하지만, 첫 번째 한 편광판을 발진시키는 레이저 물질을 사용하는 방법은, 절대적으로 한 가지 편광만을 가진 레이저는 존재하지 않으므로 빛의 편광을 결정하기 어렵고, 일반적으로 가장 많이 쓰이는 고체 레이저 물질인 Nd:YAG을 공진기 내에 부르스터판을 삽입시킨 무편광 발진으로 불필요한 편광을 가진 빛을 제거하는 두 번째 방법을 가장 많이 쓰이고 있다.However, the method of using a laser material that oscillates the first polarizer is difficult to determine the polarization of light because there is absolutely no laser with only one polarization, and Nd: YAG, the most commonly used solid laser material, is used. The second method of eliminating light with unnecessary polarization is the most common method using unpolarized oscillation in which a burster plate is inserted in a resonator.

도 1은 종래의 부르스터판을 이용한 파장 변환 레이저를 보여주는 도면이고 도 2는 종래의 부르스터판을 이용한 편광 선택을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a wavelength conversion laser using a conventional booster plate and Figure 2 is a view showing a polarization selection using a conventional booster plate.

도 1 내지 도2를 참조하면, 파이버관(fiber bunder)(2)을 통과하여 나온 808레이저 다이오드(1)의 빔은 렌즈계(3)에 의해 모아지게 된다.1 to 2, the beam of the 808 laser diode 1 exiting through the fiber bunder 2 is collected by the lens system 3.

상기 모아진 808nm빔은 레이저 매질(5)인 Nd:YAG에 집속되고 이 레이저 매질(5)내에서 1064nm의 빔으로 변환된다.The collected 808 nm beams are focused on the laser medium 5, Nd: YAG, and converted into a beam of 1064 nm in the laser medium 5.

상기 레이저 매질(5)인 Nd:YAG는 무편광 발진이므로 도 2와 같이 빔의 진행 방향의 수직 방향인 정상방향과 이상방향으로 빛이 나오게 된다.Since Nd: YAG, the laser medium 5, is non-polarized oscillation, light is emitted in the normal direction and the ideal direction, which are perpendicular to the beam propagation direction as shown in FIG. 2.

이때 레이저 물질 뒤에 부르스터판(6)을 두면 비선형 물질(7)인 LBO에서 제 2고조화파를 만드는 역할을 하는 1064mn의 정상 광선은 거의 100%의 투과율로 통과하게 되어 레이저 공진기 내에서 공진할 수 있지만 비정상 광선의 일부분은 반사를 하고 일부분은 통과를 하므로 레이저 공진기 내에서 손실이 생겨서 공진하지 않는 문제점이 발생한다.At this time, if the booster plate 6 is placed behind the laser material, the normal light of 1064mn, which serves to make the second harmonic wave in the LBO, which is a nonlinear material 7, passes through with a transmittance of almost 100%, which can be resonated in the laser resonator. However, since a part of the abnormal light reflects and a part passes, a loss occurs in the laser resonator, which causes a problem of not resonating.

그리고, 부르스터판(6)에 의해 한 쪽 방향으로 완전히 편광되어 공진하는 1064nm빔은 비선형 물질(7)로 들어가게 되고 내부에서 1064nm는 532nm로 변환되어 공진거울(8) 밖으로 빠져 나오게 되는 단점이 있다.In addition, a 1064 nm beam that is completely polarized and resonated in one direction by the booster plate 6 enters the nonlinear material 7, and 1064 nm is converted into 532 nm from the inside and exits the resonator mirror 8. .

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 레이저 공진기 내에서 원하는 편광을 선택하기 위해 부르스터판 대신 리트로 프리즘을 사용하므로써 파장변환 레이저의 성능을 향상시키는 레이저를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and a laser which improves the performance of a wavelength conversion laser by using a retro prism instead of a burster plate to select a desired polarization in a laser resonator. It is to provide.

도 1은 종래의 레이저 구조를 보여주는 도면1 is a view showing a conventional laser structure

도 2는 종래의 레이저 구조에서의 편광 선택을 보여주는 도면2 shows polarization selection in a conventional laser structure.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 구조를 보여주는 도면3 shows a laser structure according to the invention;

도 4는 본 발명에 따른 레이저를 통해 편광된 빛의 방향을 나타낸 도면4 is a view showing the direction of light polarized through a laser in accordance with the present invention

도 5는 본 발명에 따른 레이저를 통한 빔이 사이즈를 나타낸 도면5 is a view showing the size of a beam through a laser according to the present invention

도 6은 본 발명에 따른 레이저의 제 1 실시예를 나타낸 도면6 shows a first embodiment of a laser according to the invention;

도 7은 도 6에 따른 제 1 실시에의 부르스터 각으로 커팅한 YAG를 상세히 나타낸 도면FIG. 7 shows in detail the YAG cut at the booster angle in the first embodiment according to FIG. 6; FIG.

도 8은 도 6에 따른 제 1 실시예의 레이저 매질에 기존 방식과 부르스터 각으로 커팅한 YAG사용 시 코팅 비교를 나타낸 도면8 is a view showing a coating comparison when using a YAG cut at the conventional method and the Brewster angle in the laser medium of the first embodiment according to FIG.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 레이저 다이오드 11 : 파이버 관10 laser diode 11: fiber tube

12 : 렌즈계 13 : 코팅부분12 lens system 13 coating part

14 : 레이저 매질 15 : 니트로 프리즘14 laser medium 15 nitro prism

16 : 파장변환 소자 17 : 공진 거울16 wavelength conversion element 17 resonant mirror

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 레이저 다이오드와, 상기 레이저 다이오드의 빔을 집속시키는 렌즈계와, 상기 레이저 다이오드와 일직선으로 배치되어 빔을 변환시키는 레이저 매질과, 상기 변환된 빔을 한 쪽 방향으로 편광시키는 부르스터 각으로 커팅된 리트로 프리즘과, 상기 편광된 빛의 파장을 변환시키는 파장 변환 소자를 포함하여 구성된다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, a laser diode, a lens system for focusing the beam of the laser diode, a laser medium arranged in a line with the laser diode to convert the beam, and the converted beam It comprises a retro prism cut at the Brewster angle for polarizing in one direction, and a wavelength conversion element for converting the wavelength of the polarized light.

바람직하게, 제 1항에 있어서, 상기 레이저 매질은 양쪽에 사파이어 또는 YAG를 광 컨택팅하는 구조에서 한 쪽을 부르스터 각으로 커팅된 구조로 변경 가능하다.Preferably, the laser medium may be changed to a structure in which one side is cut at the Brewster angle in the structure of optically contacting sapphire or YAG on both sides.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a configuration and an operation according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 구조를 보여주는 도면이다.3 shows a laser structure according to the invention.

도 3에 도시 된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 구조는 808 레이저 다이오드(10)와 이 레이저 다이오드(10)에서 나온 빔을 커플링 해주는 파이버 관(fiber bundle)(11)과, 빔을 집속시키는 렌즈계(12)와, 808nm을 914nm로 변환 시키는 레이저 매질(14)과, 그리고 914nm를 반사시키는 공진 거울 역할을 하는 코팅부(13)와 부르스터 각으로 커팅된 니트로 프리즘(15)과, 파장변환 소자(16)와 공진 거울(17)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the laser structure according to the present invention comprises a fiber bundle 11 for coupling a 808 laser diode 10 and a beam emitted from the laser diode 10, and focuses the beam. A lens system 12, a laser medium 14 for converting 808nm to 914nm, a coating 13 serving as a resonant mirror for reflecting 914nm, a nitro prism 15 cut at the Brewster angle, and a wavelength conversion The element 16 and the resonant mirror 17 are comprised.

상기와 같이 구성된 편광 변환 레이저의 동작은 다음과 같다.The operation of the polarization conversion laser configured as described above is as follows.

먼저, 상기 파이버 관(11)을 통과하여 나온 레이저 다이오드(10)의 808nm의 빔은 렌즈계(12)에 의해 모아지게 된다. 이 모아진 808nm빔은 레이저 매질(14)에집속되고 매질(14)내에서 914nm빔으로 변환된다.First, the 808 nm beam of the laser diode 10 exiting through the fiber tube 11 is collected by the lens system 12. This collected 808 nm beam is focused on the laser medium 14 and converted into a 914 nm beam in the medium 14.

그리고, 상기 레이저 매질(14)은 인서던스 플랜(incidence plane)에 평행한 정상광선 방향으로 914nm를 편광시켜 주지만 완벽하지 못하므로 불필요한 이상광선을 없애주기 위해 부르스터 각도로 커팅된 니트로 프리즘(15)을 넣고 완벽하게 편광된 빛을 얻는다.The laser medium 14 polarizes 914 nm in a normal light direction parallel to an incidence plane, but is not perfect, and thus the nitro prism 15 cut at the Brewster angle to eliminate unnecessary abnormal light rays. Put in and get a perfectly polarized light.

이어서, 상기 니트로 프리즘(15)에 의해 한쪽 방향으로 완전히 편광된 914nm빔은 파장 변환 소자(16)인 LBO로 들어가게 되고 파장 변환 소자(16) 내부에서 914nm빔이 457nm로 변환되어 공진거울(17)로 빠져 나온다.Subsequently, the 914 nm beam completely polarized in one direction by the nitro prism 15 enters the LBO, which is the wavelength conversion element 16, and the 914 nm beam is converted to 457 nm inside the wavelength conversion element 16, thereby resonating mirror 17. Comes out.

상기 파장 변환 소자(16)의 변환 효율은 소자에 입사되는 기본파 레이저 빛의 단위 면적당 세기의 제곱에 비례한다.The conversion efficiency of the wavelength conversion element 16 is proportional to the square of intensity per unit area of fundamental wave laser light incident on the element.

그리고, 상기 니트로 프리즘(15)을 통해 완벽하게 편광된 빛의 방향은 도 4에 나타내었으며, 도 5는 니트로 프리즘(15)을 통과한 빔의 사이즈 변화를 나타낸 도면으로 리트로 프리즘(15)에 입사하기 전 빔의 면적 A보다 리트로 프리즘(15)을 통과한 후의 빔의 면적 B가 더 작아지므로 파장 변환 소자(16)에 입사하는 빛이 단위 면적당 세기가 증가하게 되어 파장 변환 효율을 증가시킬 수 있다.In addition, the direction of the light perfectly polarized through the nitro prism 15 is shown in FIG. 4, and FIG. 5 is a diagram illustrating a change in the size of the beam passing through the nitro prism 15, and incident to the retro prism 15. Since the area B of the beam after passing through the retro prism 15 is smaller than the area A of the beam before, light incident on the wavelength conversion element 16 increases in intensity per unit area, thereby increasing wavelength conversion efficiency. .

따라서, 같은 세기의 기본파 입사광에 대해 부르스터판을 사용하였을 때보다 더 큰 세기의 파장변환 레이저 빛을 얻을 수 있다.Therefore, wavelength conversion laser light of greater intensity can be obtained than when the Burster plate is used for the fundamental wave incident light of the same intensity.

도 6은 본 발명에 따른 레이저의 제 1 실시예로 부르스터 각으로 커팅한 YAG를 이용한 구조이며 도 7은 도 6에 따른 제 1 실시예의 부르스터 각으로 커팅한 YAG를 상세히 나타낸 도면이며, 도 8은 도 6에 따른 제 1 실시예의 레이저 매질에기존 방식과 부르스터 각으로 커팅한 YAG사용 시 코팅 비교를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a structure using a YAG cut at the Brewster angle according to the first embodiment of the laser according to the present invention. FIG. 7 is a view showing the YAG cut at the Brewster angle of the first embodiment according to FIG. 6 in detail. 8 is a view showing a coating comparison when using a YAG cut in the conventional method and the Brewster angle in the laser medium of the first embodiment according to FIG.

도 6 내지 도 8을 참고하여 설명하면 제 1 실시예의 구조는 도 3과 비교할 때 레이저 매질(24)의 한쪽을 부르스터 각으로 커팅한 YAG를 사용한 구조로 이는 도 7에서 상세히 나타내었다.Referring to FIGS. 6 to 8, the structure of the first embodiment is a structure using YAG obtained by cutting one side of the laser medium 24 at the Brewster angle, as compared with FIG. 3.

도 7을 참조하면, 본 발명에서와 같이 리트로 프리즘을 사용한 구조(A)와, 열렌즈 현상을 감소시키기 위해 레이저 매질의 양쪽에 사파이어나 YAG로 광 컨택팅(contacting)(B)한 구조를 혼합하여 (A)와 (B) 구조의 장점을 모두 갖으면서 코팅문제를 해결할 수 있는 구조인 (C)을 얻을 수 있는데, 이는 빔이 나가는 방향에 니트로 프리즘과 같은 모양으로 YAG를 커팅하여 광 컨택을 할 경우 열 렌즈 감소 및, 파장 변환 소자로 들어가는 빔 사이즈가 줄어든다.Referring to FIG. 7, a structure (A) using a retro prism as in the present invention is mixed with a structure of light contacting (B) with sapphire or YAG on both sides of a laser medium to reduce thermal lens phenomenon. Thus, (C), which has the advantages of both (A) and (B) structures and solves the coating problem, can be obtained. This reduces the thermal lens and reduces the beam size entering the wavelength conversion element.

도 8은 도 6에 따른 제 1 실시예의 레이저 매질에 기존 방식과 부르스터 각으로 커팅한 YAG사용 시 코팅 비교를 나타낸 도면으로 457 고반사 코팅을 레이저 매질에 한 반면 제 1 실시예에서는 457nm 반사 코팅을 LBO(26)에 하여 457nm 빛이 반사되도록 한다.FIG. 8 is a diagram illustrating a comparison of coatings using a YAG cut in the laser method of the first embodiment according to FIG. 6 using the conventional method and the buster angle. On the LBO 26 to reflect 457 nm light.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 부르스터 각이 55도 일 때 니트로 프리즘을 통과해 나온 빔 사이즈는 프리즘 통과 전 빔 사이즈의 0.7배인데, 파장변화 소자의 변환 효율은 소자에 입사되는 기본파 레이저 빛의 단위 면적당 세기의 제곱에 비례하므로 LBO에서 914nm가 457nm로 변환되는 효율은 4배가 넘게 되므로 LBO로 입사하는 빔 사이즈가 작아져 파장 변화 효율이 증가하는 효과가 있다.As described above, in the present invention, the beam size that passes through the nitro prism when the Brewster angle is 55 degrees is 0.7 times the beam size before passing the prism, and the conversion efficiency of the wavelength changing element is the fundamental wave laser light incident on the element. Since the efficiency of converting 914nm to 457nm in LBO is more than four times since it is proportional to the square of intensity per unit area of LBO, the beam size incident on the LBO decreases, thereby increasing the wavelength change efficiency.

또한, 니트로 프리즘으로 인해 기본파와 파장 변환된 빛의 경로가 다르게 되어 두 빛의 상호작용에 의한 레이저 발진의 불안정을 근원적으로 제거할 수 있으며, 니트로 프리즘은 입사 평면(incidence plane)에 평행한 광만 통과 시켜 완벽히 편광된 빛만을 사용 할 수 있게 하여 레이저 안정화 및 파장 변화 효율을 증가 시키는 효과가 있다.In addition, the path of the light converted by the fundamental wave and wavelength conversion due to the nitro prism can fundamentally eliminate the instability of the laser oscillation due to the interaction of the two lights, and the nitro prism only passes the light parallel to the incidence plane. It is possible to use only perfectly polarized light to increase the laser stabilization and wavelength change efficiency.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the examples, but should be defined by the claims.

Claims

A laser diode;

A lens system for focusing the beam of the laser diode;

A laser medium disposed in line with the laser diode to convert a beam;

A retro prism cut at a booster angle to polarize the converted beam in one direction;

And a wavelength conversion element for converting the wavelength of the polarized light.

2. The laser according to claim 1, wherein the laser medium is changeable from the structure in which the sapphire or the YAG is optically contacted at one side to the structure cut at one side of the booster angle.