KR20080005862A - 고조파 빔 발생용 레이저 장치 및 방법 - Google Patents

고조파 빔 발생용 레이저 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

기본 진동수의 빔을 단 한 개의 제2차 고조파 발생(Second Harmonic Generation: SHG)결정체를 통해 두 번 이상, 가능한 적어도 4번 통과시켜서 기본 진동수의 빔에서 제2차 고조파의 빔으로 전환되게 하는데, 이와 같은 방법은 제 2차 고조파 빔의 출력을 증가시켜서 궁극적으로 전체적인 전환 효율을 증가시킨다.
제2차 고조파 발생, SHG, Harmonic, 기본 빔, 레이저, THG, FHG

Description

고조파 빔 발생용 레이저 장치 및 방법 {Laser Apparatus and Method for Harmonic Beam Generation}
도 1은 종래 기술인 접힌 L 공진기 레이저 장치의 도표로 기본 진동수를 갖는 레이저 빔에서 2차 고조파 에너지를 만드는 장치의 블록 다이어그램;
도 2는 종래 기술인 기본 진동수를 갖는 레이저 빔에서 2차 고조파 에너지를 발진하는 접힌 Z 공진기 레이저 장치의 블록 다이어그램;
도 3은 종래 기술인 2개의 결정체 공진기 레이저 장치로 기본 진동수를 갖는 레이저 빔에서 2차 고조파 에너지를 발진하는 장치의 블록 다이어그램;
도 4는 본 발명에 포함된, 하나의 SHG 결정체를 사용하는 2차 고조파 발진기 레이저 장치의 블록 다이어그램;
도 5는 본 발명에 포함된, 하나의 SHG 결정체를 사용하는 또 다른 형태의 2차 고조파 발진기 레이저 장치의 블록 다이어그램;
도 6은 3차 고조파 발생 레이저 장치로서 도 4의 2차 고조파 발생 레이저 장치와 비슷하나 3차 고조파 빔을 만들기 위해 3차 고조파 발생기를 포함하는 장치의 블록 다이어그램;
도 7은 3차 고조파 발생 레이저 장치의 또 다른 형태로서 도 6에서의 3차 고 조파 발생 레이저 장치와 비슷하나 결정체 구성에 있어서 차이가 있는 장치의 블록 다이어그램; 및
도 8은 4차 고조파 발생 레이저 장치로서 도 4에서 보여주는 2차 고조파 발생 레이저 장치와 비슷하나 4차 고조파 발생 결정체를 포함하여 4차 고조파 빔을 발진하는 장치의 블록 다이어그램이다.
본 발명은 레이저에 관한 것으로, 특히, 한 개의 제2차 고조파 발생(SHG; Second Harmonic Generation) 결정체를 이용하여 기본 진동수를 갖는 레이저에서 제2차 고조파의 출력을 증대시키는 방법과 이를 이용하여 개선된 새로운 레이저 장치에 관한 것이다.
유도방출에 의해 증폭된 빛(이하, “레이저”라 함)의 과학적인 발견 이래 레이저는 광범위한 범위에서 실용적이고 중요하게 응용되어 왔다. 레이저는 거의 단일 파장과 단일 진동수에 가까운 빛을 만들어 낸다. 따라서 레이저 빛은 여러 파장과 진동수를 포함하는 백색광인 가시광선과는 확연히 다르다. 좁은 파장범위와 진동수를 갖기 때문에 단색광으로 통하는 레이저는 단일 진동수 및 파장을 가지며, 그 특성상 보통 빛에서는 실현 불가능한 여러 다양한 응용에 이용되어왔다.
레이저가 만들어내는 단색광은 양자역학의 현상에서 나온 결과이다. 레이저 를 발생하는 매질은 외부 에너지원으로부터 에너지를 공급받아 매질의 전자들을 더 높은 에너지 상태로 여기시킨다. 전자들이 다시 낮은 에너지 상태로 돌아올 때 전자들이 높은 에너지 상태에서 가졌던 에너지는 빛으로 방출되어 버린다. 이 때 방출되는 빛의 특성은 여기상태와 기저상태의 에너지 차이에 해당하는 특정 진동수 및 파장의 빛으로 정의된다. 빛의 파장과 진동수는 밀접한 관계에 있으며, 그들의 곱은 빛의 속도와 같다. 일반적으로 레이저를 발생하는 매질의 전자 에너지 상태는 변할 수 없기 때문에, 사용되는 매질에 따라 레이저의 고유한 진동수 및 파장이 결정된다.
레이저를 발생하는 매질이 갖는 기본 진동수가 아닌 다른 진동수 및 파장의 레이저 빛을 발생할 수 있다면 특정 응용분야에 더욱 효과적으로 이용될 수 있을 것이다. 하지만 특정 진동수의 레이저를 발생하는 매질이 아예 존재하지 않을 수도 있고, 어쩌면 아직 발견되지 않았을 수도 있는 상황에서 특정 기본 진동수를 갖는 새로운 레이저 매질을 제작한다는 것은 그 비용이 매우 높을 수도 있고 언제 개발될지도 모르는 일이다.
고조파 발생기(harmonic generators)의 출현으로 레이저를 발생하는 매질과 다른 파장의 빛을 만들어낼 수 있게 되었다. 고조파 발생기는 결정체 내에서 단위 공동부(空洞部)가 역전의 중심(a center of inversion)이 없는 결정체로 형성된다. 그런 결정체를 비선형 광학장치라 한다. 기본 진동수를 갖는 빛이 고조파 발생기 결정체를 통과해 지나갈 때 2차 고조파 진동수(the second harmonic frequency)가 형성된다. 2차 고조파 빛(the second harmonic light)은 레이저의 기본 진동수보다 2배 높은 진동수를 갖고 기본 파장의 1/2배 낮은 파장을 가진다. 그와 같이, 예를 들어, 2차 고조파 발생 결정체는 1064㎚ 파장을 가지는 레이저 빛을 532㎚ 파장의 빛(즉, 초록색)으로 변환시킨다. 마찬가지로 1064㎚ 레이저 원에서 3차, 4차 고조파 발생 결정체를 사용하여 각각 355㎚와 266㎚의 파장의 빛을 만들어낼 수 있다.
종래의 기술은, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 제2 차 고조파 발생(이하, "SHG"라 함) 결정체와 접힌 레이저 공진기를 이용했다. 레이저(또는 레이저 매질)(36)에서 나오는 기본 진동수 레이저 빔(34)을 SHG 결정체(38)에 2번 통과시키기 위해 접힌 L-공진기 레이저 장치(20)(도 1)와 접힌 Z- 공진기 레이저 장치(22)(도 2)가 사용되며, 이들 각각에 대해 거울(24 및 26)(도 1), 거울(28, 30 및 32)(도 2)이 사용된다. 기본 레이저 빔(34)은 SHG 결정체(38)를 2번 통과한다. 레이저원(또는 레이저 매질과 그외에 공진기를 구성하는 광학부품)(36)은 레이저 빔(34)을 만드는데 거울(24)(도 1)과 거울(28 및 30)(도 2)에서 반사된 처음 기본 파장과 진동수를 갖는다. 각각의 경우에서, 거울(24)(도 1)과 거울(28 및 30)(도 2)은 기본 레이저 빔(34)을 높은 효율로 반사하여, 입사하는 기본 레이저 빔(34)의 거의 모든 에너지를 반사한다.
반사된 레이저 빔(34)은 SHG 결정체(38)를 통과한다. 레이저 빔이 SHG 결정체(38)를 통과하여 나올 때 기본 빔(fundamental beam; 34)의 일부는 2차 고조파 레이저 빔(40a)으로 변환되며 기본 레이저 빔(34)의 2배의 진동수와 1/2배의 파장을 갖는다. 기본 레이저 빔(34)의 전부가 2차 고조파 레이저 빔(40a)으로 변화되는 것은 아니며, 그래서 SHG 결정체(38)를 통해 나온 기본 빔(34) 중 일부는 참조부호 34a로 나타내었다. 기본 빔(34)과 2차 고조파 빔(40a)은 다음에 거울(26)(도 1)과 거울 32(도 2)에서 다시 SHG 결정체(38)로 반사되어 들어간다. SHG 결정체(38)를 2번 통과함으로써 기본 빔(34a)의 에너지 일부는 2차 고조파 빔(40b)으로 변환된다. SHG 결정체(38)에서 감소된 에너지로 나오는 기본 빔이 참조부호 34b로 표시되어 진다. 기본 빔이 SHG 결정체를 2번 통과한 후에 SHG 결정체(38)에서 방출된 2차 고조파 빔 (40b)은 세기가 증가되어 있는데 이는 기본 빔(34b)이 SHG 결정체(38)를 통과한 결과이다.
기본 빔(34b)과 2차 고조파 빔(40b)은 거울(24)(도 1)과 거울(28)(도 2)을 통과해 나아간다. 거울(24)(도 1)과 거울(28)(도 2)은 2색(二色)거울로서, 각각 절연체(미도시)로 코팅되어 있어서, 2차 고조파 빔(40b)에서 기본 진동수 빔 (34b)을 선택적으로 걸러낸다. 2색 거울(24)(도 1)과 2색 거울(28) (도 2)은 기본 빔(34b)을 레이저 매질(36)로 다시 반사시키며 기본 빔(34b)의 에너지는 레이저 매질(36)에서 방출되는 빛을 유도한다. 그러나 2색 거울(24) (도 1) 과 2색 거울(28) (도 2) 는 2차 고조파 빔(40b)을 반사없이 통과시킨다. 2차 고조파 빔(40b)은 2차 고조파 빔(40)으로서 레이저 장치(20)(도 1)와 레이저 장치(22)(도 2)에서 방출되어 의도하는 바에 따라 사용되어 질 수 있다. 2색(二色) 거울에 절연코팅의 특성을 적용한 것은 기본 빔과 2차 고조파 빔을 반사하고 통과하는 것을 확실히 하게 하기 위함이다.
레이저 매질(36)이 오직 단일 파장과 단일 진동수를 갖는 레이저 빔(34)만을 만든다 할지라도 접힌 공진기(20)(도 1)와 공진기(22)(도 2)를 사용하면 다른 진동 수를 갖는 레이저 빔을 얻을 수 있게 된다. 2차 고조파 레이저 빔(40)의 출력은 주로 SHG 결정체(38)의 변환 효율에 의해 결정되는데, 발진되는 2차 고조파 빔(40)의 출력은 SHG 결정체(38)에 의해 결정된다.
제 2차 고조파 빔(40)의 출력을 증가시키는 방법 중 하나는 기본 레이저 빔(34)의 출력 세기를 증가시키는 것인데 이는 기본 레이저 빔의 에너지가 높을 때 더 많은 2차 고조파 에너지로 전환되기 때문이다. 그러나 더 많은 SHG 출력을 얻기 위해서 그러한 접근방법을 쓸 경우 SHG 결정체의 물리적 제한을 받는다. 기본 레이저 빔을 2차 고조파 빔으로 전환하는 효율은 빔이 통과하는 SHG 결정체의 물리적 길이의 제곱에 비례한다. 그러나 SHG 결정체의 길이가 어느 특정한, 예측 불가능한 길이를 초과하면 SHG 결정체의 길이를 증가시키는 일이 2차 고조파 빔의 파워를 증가시킬 수 없다. 기본 빔의 파워를 어느 수준 위로 증가시키면 결정체 구성물의 화학적 분해로 인해 SHG 결정체를 손상시킬 것이다.
SHG 결정체를 손상시키지 않고 2차 고조파 파워를 증가시키는 기술은 도 3에서와 같이 2개의 SHG결정체 공진기 레이저 장치(42)를 사용하는 것이다. 2개의 SHG결정체 공진기 레이저 장치(42)는 2차 고조파 빔의 파워를 증가시킬 수 있는데, 이는 제1 SHG 결정체(38a)를 제2 SHG 결정체(38b)와 직렬로 놓아 기본 진동수 레이저 빔을 2개의 결정체들(38a 및 38b)에 4번 통과시키게 하여 가능해 진다. 2개의 직렬 결정체(38)를 사용하는 것 말고는 2개의 결정체 공진기 레이저 장치(42)는 기본적으로 접힌 공진기 레이저 장치(20)(도 1)와 유사하다. 2개의 SHG 결정체들(38a 및 38b)을 거울들(24 및 26) 사이에 일렬로 놓는다. 기본 진동수 빔(34)이 먼저 SHG 결정체(38a)를 통과하면 기본빔(34a)은 출력이 감소된 기본 빔(34a)과 2차 고조파(40a)가 발생된다. 빔들(34a 및 40a)은 제2 SHG 결정체(38b)를 통과하여 출력이 감소된 기본 빔(34b)이 되고 출력이 증가된 2차 고조파 빔(40b)이 된다. 빔(34b)과 빔(40b)은 거울(26)로부터 반사되어 제2 SHG결정체(38b)를 통과한다. 이 때 나타나는 기본 빔(34c)은 감소된 출력을 갖게 되며 2차 고조파(40c)는 증가된 출력을 갖게 된다. 빔(34c)과 빔(40c)은 제1 SHG 결정체(38a)를 통과하며 기본 빔(34d)은 더욱 낮은 출력을 갖게 되며 2차 고조파(40d)는 더욱 큰 출력을 갖게 된다.
빔(34d)과 빔(40d)은 2색 거울(24)에 부딪히게 된다. 빔(34d)은 레이저 매질(36)로 다시 반사해서 들어가고 2차 고조파 빔(40d)을 빔(40)으로 방출한다. 기본 빔이 두 개의 SHG 결정체들(38a 및 38b)을 4번 통과하면서 더 많은 기본 빔의 에너지가 2차 고조파(40)로 전환된다. 레이저 장치(42) 안에서 2개의 SHG 결정체(38a 및 38b)를 사용하면 더 높은 2차 고조파 에너지를 얻을 수 있는 반면 2차 고조파 빔들(40a, 40b, 40c 및 40d)을 정렬하여 위상을 맞추는 고난도의 광학적 정렬작업이 필요하다. 위상을 맞추는 작업은 2차 고조파 출력을 증가시키기 위해 필요한데 이는 위상이 틀리면 출력이 감소하기 때문이다. 두 빔이 SHG결정체를 통과할 때 두 빔은 SHG 결정체를 통해 서로 다른 굴절률을 갖게 된다.
임계위상일치로 알려진 기술은 결정체들이 두 번 굴절하는 성질을 이용하여 기본빔이 결정체에 부딪히는 각도에 대해 결정체들의 위치를 잡아주게 된다. 입사각을 정확하게 맞출 때 기본 빔과 2차 고조파 빔은 같은 굴절률과 같은 위상 속도를 가지게 되어 위상일치를 이루게 된다. 그러나 임계위상일치 작업은 결정체 방향 을 입사빔에 대해 성공적으로 잡아주는 초정밀 작업을 요구하는 난점이 있다. 어떤 SHG 결정체는 기존빔의 입사각이 1-3 mrad (0.06-0.17도)만 잘못 놓여져도 2차 고조파 빔으로 변환되는 기본 빔의 파워가 50%나 감소되어질 수 있다. 따라서 2개의 SHG결정체가 약간만 삐뚤어져도 중복 통과하는 장점들이 크게 없어질 수 있다. 게다가 하나의 SHG 결정체를 잘못 정렬할 경우 제2 SHG 결정체의 정렬은 더욱 더 힘들어지게 된다.
SHG 결정체의 임계위상일치는 SHG 결정체에 열을 가해 온도를 상승시켜 얻어질 수도 있다. 그러나, 임계위상일치를 위해 결정체를 가열하는 것은 실험실이나 고도로 제어가능한 산업현장 또는 생산과정에서는 가능한 일이지만 소비자 상품 개발에서는 적용하기 부적절할 수도 있을 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 과제는, 레이저의 기본 빔이 발진하는 2차 고조파 레이저 빔의 출력을 증가시킴에 있어서, 레이저의 기본 빔의 출력 증가도 없고 기본 빔을 다중 결정체들에 통과시키기 위해 고도의 광학적 정렬 기술이 요구되지도 않는 고조파 빔 발생용 레이저 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 기본 레이저 빔이 2차 고조파 레이저 빔으로 변환되는데 있어서 출력효율도 크면서도 이를 단일 SHG 결정체의 사용에 의해 달성할 수 있는 고조파 빔 발생용 레이저 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 갖는 여러 특성 중의 하나가 하나의 레이저 장치가 이용된다는 점이며 또한 단 하나의 SHG(Second Harmonic Generator) 결정체를 가진다는 점이다. 기본 빔은 매번 SHG 결정체를 통과할 때마다 SHG 결정체는 기본 진동수를 갖는 빛 에너지의 빔을 2차 고조파 진동수를 갖는 빛 에너지 빔으로 변환시킨다.
광학적인 전달요소는 2번 이상 결정체를 통과하여 기본 빔을 전송하고 매번 통과할 때마다 2차 고조파 빔을 방출한다. 그 경로가 갖는 내부에 장착된 2색(dichroic) 장치는 기본 빔으로부터 2차 고조파 빔을 출력 빔으로 분리시킨다.
본 발명의 레이저 장치가 갖는 또 다른 측면은 기본 빔을 적어도 4번 이상 결정체를 통과시킨다는 점이다. 전송하는 광학적인 구성요소는 2차 고조파 빔을 만들고 그 출력을 증대시키기 위해 적어도 4번 기본 빔을 결정체를 통과시켜 반사시키는데 이를 위해 다수의 거울들을 포함될 수 있다. 2색 장치는 2색 거울을 포함할 수도 있다. 광학적 전달요소가 갖는 또 다른 측면은 다수의 거울이 포함될 수 있다. 레이저는 기본 빔을 발생한다.
본 발명이 갖는 또 다른 특징은 기본 레이저 빔에서 2차 고조파를 발진시키는 방법을 포함한다. 그 방법은 2차 고조파 빔을 만드는 과정을 포함하는데 기본 빔을 결정체를 통과시켜서 기본 진동수를 갖는 빛 에너지를 2차 고조파 진동수를 갖는 빛 에너지로 변환시키고 매번 통과할 때마다 결정체를 통과하며 2차 고조파 빔의 출력은 그 전에 지나면서 발생한 2차 고조파 출력보다 높다.
본 방법의 또 다른 장점은 기본 빔에서 2차 고조파 빔을 출력으로 분리하는 작업을 포함하는데 2차 고조파에서 기본 빔을 거르기 전에 적어도 4번 기본 빔을 결정체를 통과시키는 점이다. 기본 빔을 결정체에 4번 통과시키기 위해서 거울을 사용하고, 2차 고조파 빔에서 기본 빔을 거르기 위해 2색 거울을 사용하고, 레이저에서 기본 빔을 발진시키거나 또는 SHG결정체 통과한 후 남은 기본 빔을 레이저 빔으로 전화시킨다.
본 발명이 갖는 또 다른 특징은 발생된 기본 빔과 2차 고조파 레이저 빔을 사용하여 3차 및 4차 고조파 레이저 빔 뿐만 아니라 그 이상의 고조파 레이저 빛을 만들어 낼 수 있다는 점이다. 3차 및 4차 고조파 레이저 빔은 각각 3차 고조파 발생 결정체 또는 4차 고조파 발생 결정체를 통해 발진된다. 발생된 3차 및 4차 고조파 레이저 빔은 2색 거울을 사용하여 다른 레이저 빔에서 걸러진다.
본 발명의 명세, 그 범위, 그리고 상기 개선점 및 다른 개선점을 얻기 위한 방법의 더욱 완전한 이해를 위해서는, 도면들 및 이들과 연관하여 다음과 같이 상세히 설명한 사항들과 그리고 첨부된 청구항들을 참고하면 된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
본 발명과 관련된 2차 고조파 발생기(50)는 도 4에 도시되어 있다. 2차 고조파 발생기(50)는 연속 또는 펄스 형태의 기본 레이저 빔(56)을 발진하는 레이저 원(또는 레이저 매질과 그 외에 공진기를 구성하는 광학부품)(54)을 포함한다. 2색 거울(58)은 기본 레이저 빔(56)을 높은 반사도로 반사하는 거울로서 하나의 2차 고조파 발생(SHG) 결정체(60)에 기본 빔(56)을 반사한다.
기본 빔(56)은 SHG 결정체(60)를 통과하여 입사된 기본 빔(56)보다 출력이 감소된 기본 빔(56a)으로 나타나는데 이는 기본빔이 처음 SHG 결정체(60)를 통과하는 동안 기본 빔(56)의 출력 일부를 사용하여 SHG 결정체(60)가 2차 고조파 빔(62a)을 만들어 내기 때문이다. SHG 결정체(60)가 만들어낸 2차 고조파 빔은 기본 빔(56)의 진동수의 2배의 진동수를 가지고 기본 빔(56)의 반 파장을 갖는다. SHG 결정체(60)는 기본 빔의 일부 에너지만을 2차 고조파 빔으로 전환하는 고유성질을 갖는다.
거울들(64 및 66)은 빔들(56a 및 62a)을 반사하여 SHG 결정체(60)를 다시 통과시키는데 2번째 지나갈 때 기본 빔(56a)을 SHG 결정체(60)에 통과시키는 역할을 한다. 기본 빔(56a)의 에너지 일부는 다시 또 다른 2차 고조파 빔의 파워로 전환되어 그 결과 기본 빔(56b)의 출력은 약해지고 2번 통과하여 SHG 결정체(60)을 통과해 나오는 2차 고조파 빔(62b)의 출력은 강해지게 된다.
제3 거울(68)은 3번째 지나칠 때에 빔들(56b 및 62b)을 반사하여 SHG 결정체(60)를 통과시킨다. 3번째 지나침은 기본 빔(56c)의 에너지를 더욱 감소시키고 2차 고조파 빔(62c)을 더욱 증가시키는데 이들은 3번째 지난 후에 SHG 결정체 (60)를 통해 나온 빔들이다.
거울들(66 및 64)은 4번째 지나칠 때 빔들(56c 및 62c)을 반사하여 SHG 결정체(60)를 통과시킨다. 4번째 지나칠 때 SHG 결정체(60)를 통과시킨 후 다시 한번 기본 빔(56c)의 에너지는 감소되고 2차 고조파 빔(62c)의 에너지는 증가되어 기본 빔(56d)과 2차 고조파 빔(62d)을 발생시킨다.
기본 빔(56d)과 2차 고조파 빔(62d)은 2색 거울(58)에 입사된다. 2색 거 울(58)은 기본 진동수를 갖는 빛을 높은 비율로 반사하여 기본 빔(56d)을 레이저 원(54)의 레이저 매질(미도시)로 반사시킨다. 반사된 기본 빔(56d)은 레이저 원(54)에서 나온 기본 레이저 빔(56)의 에너지 출력을 유지하는 것을 돕는다. 2색 거울(58)은 2차 고조파 진동수에서 빛을 많이 방출하여 2차 고조파 발생기(50)로부터 2차 고조파 빔(62d)을 외부로 방출한다. 방출된 2차 고조파 빔(62)은 그 다음 실용적 응용부분에 이용될 수 있다.
기본 진동수 빔(56)을 SHG 결정체(60)을 통해 4번 또는 4번의 통과를 통해 전달하여 기본 빔(56)의 더욱 많은 에너지가 2차 고조파 빔(62)으로 전환되어 2차 고조파 빔의 에너지 출력을 증가시킨다. 그렇지만, 이를 위해 레이저 원(54)에서 나오는 에너지 출력을 별도로 증가시키지 않아도 되며, 또한 정밀한 정렬이 요구되는 다수의 SHG 결정체를 사용하지 않아도 된다는 점이 중요하다. 2차 고조파 발생기(50)에 관한 추가 설명은 다음과 같다.
레이저 원(54)은 통상 사용되는 것으로서, 도시되지는 않았지만 기본 레이저 빔(56)을 만들어 낼 수 있는 물질로 형성된 증폭매질을 포함한다. 증폭매질로서의 역할이 가능한 결정체들로는 다른 결정체들 가운데 Nd:YAG (neodymium doped yttrium aluminum garnet), Nd:YVO4(neodymium doped yttrium orthovanadate) 그리고 Nd:YLF (neodymium doped yttrium lithium fluoride)이 포함된다. 증폭 매질은 램프, 레이저 다이오드, 그 밖의 다른 레이저 등과 같은 일반적인 레이저 펌프원(미도시)으로부터 에너지를 받아 기본 빔(56)을 발생시킨다. 레이저 원(54)은 또 한 반사거울(미도시)을 포함하는데, 이는 기본 빔을 만들어 내는 매질 안에서 방사파를 반복적으로 반사시켜 기본 빔(56)을 발생시킨다. 레이저 원(54)은 일반적 Q-스위치(Q-switch) 나 혹은 모드 로커(mode-locker)를 선택적으로 포함시켜 연속파의 빛 에너지를 닫거나 혹은 전달시킴으로써 펄스로 된 기본진동수 빔(56)을 얻을 수 있다.
2색 거울(58)은 또한 통상적으로 사용되는 것으로서 절연체로 코팅하여 만들지며 기본 빔(56)의 진동수에서 최대 반사와 기본 빔(56)의 제 2차 고조파 진동수(the second harmonic frequency)에서 최대의 투과가 이뤄진다.
SHG 결정체(60)는 결정체에 입사하는 빛으로부터 제 2차 고조파 빔을 발생할 수 있는 비선형 광학 결정체로 알려져 있다. 이에 적절한 SHG 결정체(60)의 예로서 KDP (potassium dihydrogen phosphate), KDP (potassium dideuterium phosphate), ADP (ammonium dihydrogen phosphate), CDA (cesium dihydrogen phosphate), LiNbO3 (lithium niobate), LilO3 (lithium iodate), Ba2NaNB5O15 (barium sodium niobium oxide), KTP (potassium titanyl phosphate), BBO (beta borium barate), LBO (lithium triborate) 이 있다. 본 SHG 결정체(60)로는 KTP 또는 LBO 결정체가 바람직하다.
거울들(58, 64, 66 및 68)은 입사각 0도 또는 45도에서 빔들(56, 56a, 56b, 56c, 56d, 62a, 62b, 62c, 62)을 반사하는 (2색 거울(58)의 경우, 반사 또는 투과하는) 면에 정렬된다. 결과적으로 거울들(58, 64, 66 및 68)은 함께 빛을 전달하 는 구성 요소들의 예로서 레이저 원(54)으로부터 기본 빔을 유도하는 빛의 이동 경로를 형성하고, 도 4에서와 같이 하나의 SHG 결정체(60)를 통해서 빔을 4번 통과하게 한다.
거울들(58, 64, 66 및 68)에 의해 형성되는 빛의 전달 구성 요소들은 도면에서 실선으로 나타낸 바와 같이 기본 빔과 함께 제 2차 고조파 빛의 빔이 광축를 따라 같은 경로로 통과하게 한다. 기본빔과 제2차 고조파 빔을 표시하는 화살표는 기본 빔이 SHG 결정체를 통해 지나갈 때 발생되는 효과를 설명하기 위해 광경로에서 따로 분리하여 광경로 측면에 표시하였다. 기본빔과 제2차 고조파 빔의 경로는 기본 레이저 빔과 제2차 고조파 레이저 빔이 2색 거울을 통과할 때 서로 분리되어지며, 결과적으로 레이저 장치(50)로부터 제 2차 고조파 빔이 발생되게 된다.
거울들(58, 64, 66 및 68)은 입사하는 빛 에너지에 매우 효과적으로 반사한다. 결과적으로 입사 에너지의 매우 작은 부분이 반사 결과로써 손실된다. 마찬가지로 2색 거울(58)은 제 2의 고조파 빛 에너지를 투과시키는 데 있어 매우 효과적이다. 결과적으로 기본 빔이 SHG 결정체를 통과할 때 발생되어지는 제 2의 고조파 빛 에너지는 제 2차 고조파 빔이 레이저 장치로부터 발생될 때 극히 작은 부분만이 손실된다.
다른 SHG 레이저 장치(70) 또한 본 발명에 결부되어 있으며 도 5에 도시되어 있다. 레이저 장치(70)로부터 전달된 제 2차 고조파 빔(62)으로 제 2차 고조파 빔(62d)을 반사하는 반면, 2색 거울(72)이 기본 빔들(56및 56d)을 투과하는 것을 제외하고는 레이저 장치(70)는 SHG 레이저 장치(50) (도 4)와 유사하다. 그 밖의 다른 모든 점에 있어서, SHG 레이저 장치(70)는 SHG 레이저 장치(50)와 기능상 유사하다 (도 4).
SHG 레이저 장치들(50 및 70)은 공진기 내부 또는 외부 SHG 형상구성에 사용될 수 있다. 외부 구성에는 레이저 원(54) 자체와 같은 완비된 레이저빔 발생기를 사용한다. 증폭 매질과 서로 양 끝에서 마주보고 있는 거울들이 통상적으로 사용되는 레이저 원(54) 안에 포함된다. 거울들(58, 64, 66 및 68)과 SHG 결정체(60)는 레이저 원(54)의 외부에 위치한다. 내부 구성은 거울들(58, 64, 66 및 68)과 SHG 결정체(60), 증폭 매질, 반사경이 공진기 내부에 전부 포함되어졌을 때 형성되어지며, 단 제2차 고조파(62)만은 이와 같은 내부 구성 레이저 공진기로부터 공진기 외부로 발생된다.
SHG 레이저 장치(50)(도 4) 또는 SHG 레이저 장치(70)(도 5)는, 도 6에 도시된 바와 같이 제3차 고조파 빔(76)을 낼 수 있는 제3차 고조파 발생기(74)를 만들기 위해 변경될 수 있다. 제3차 고조파 발생기(74)는 SHG 결정체(60)와 거울(68) 사이의 광학적 경로에 놓여지는 THG(Third Harmonic Generator) 결정체(77)를 통상적으로 사용한다. SHG 결정체(60)로부터 기본 빔(56b)과 제 2차 고조파(62b)가 발생하자마자, 이들은 제 3차 고조파 빔(76j)을 형성하기 위해 THG 결정체(77)에 들어간다. 제3차 고조파 빔(76j), 제 2차 고조파 빔(62j), 그리고 기본 빔(56j)은 THG 결정체(77)로부터 발생되어지며, 그 결과 거울(68)에서 반사되어 THG 결정체(77)를 통해 두 번째로 THG 결정체(77)에 다시 입사된다. THG 결정체(77)는 빔들(56j 및 62j)을 전환하여 더 강력한 제3차 고조파 빔을 만들어 내고, 이는 제3차 고조파 빔(76j)에 첨부되어 더 강력한 제 3차 고조파 빔(76k)을 생산시킨다. 제3차 고조파빔(76k)과 기본 빔(56k)과 제2차 고조파빔(62k)은 THG결정체(77)로부터 나온다.
여기서 제3차 고조파 빔(76k)은 2색 거울(78)에 의해 기본 빔과 제 2차 고조파 빔으로부터 분리되어 투과되어 제3차 고조파 빔(76)으로 출력된다. 2색 거울(78)은 기본 빔(56)과 제2차 고조파 빔들(56k 및 62k)을 반사하여 거울(64)을 거쳐 SHG 결정체(60)로 다시 통과하게 하고 이 빔들은 앞에서 제2차 고조파 레이저 장치(50)(도 4)에서 설명한 것과 마찬가지 방법으로 2색 거울(58)로 전달된다. 2색 거울(78)은 기본빔과 제2차 고조파 빔들에 대해 높은 반사율을 갖지만 제3차 고조파 빔(76k)은 투과시켜 제3차 고조파 빔(76)을 출력한다.
THG 레이저 장치(79)의 한 다른 형태는 도 7에 도시되어 있다. 앞서 SHG 레이저 장치(50)(도 4)와 SHG 레이저 장치(70)(도 5)를 연관해서 설명하였듯이, THG 레이저 장치(79)에서 THG 결정체(77)는, SHG 결정체(60)를 통해 4번 통과한 후 발생되어진 제 2차 고조파 빔(62)이 입사되는 광학 경로에 놓여진다. 이와 같은 방법으로 놓여지면 SHG 결정체(60)는, SHG 결정체(60)를 통과하는 제3차 고조파 빔(76)을 흡수할 수 있는 광학적 경로에 놓여지지 않는다. THG 결정체(77)에는 기본 빔들(56 및 56d), 그리고 제 2차 고조파 빔(62d)이 입사된다. THG 결정체(77)로부터 발생된 후, 제3차 고조파 빔(76l), 제2차 고조파 빔(62l), 기본 빔(56e)은 2색 거울(80)에 전달된다. 2색 거울(80)은 기본 빔들(56및 56e), 그리고 제 2차 고조파 빔(62)을 투과하며 제3차 고조파 빔(76l)을 제3차 고조파 빔(76)으로써 반사시켜 출력한다. 2색 거울(58)은 기본 빔(56e)을 레이저 원(54)의 증폭 매질로 반사하여 되돌리며 제2차 고조파 빔(62l)을 기본 빔(56)으로부터 분리하여 투과시켜 제2차 고조파 빔(62)을 출력한다.
두 개의 다른 종류의 SHG들(50(도 4) 및 70 (도 5))은 2색 거울들(58 및 72)의 반사와 투과의 특성변화를 통해서 형성된다. 마찬가지로, THG(79)에 있어서 빔들(56, 62 및 76)을 필터링하는 또 다른 구성은 2색 거울들의 반사와 투과 특성을 변화시킴으로써 얻어질 수 있다. 예를 들면, 2색 거울(80)은 제3차 고조파 빔과 기본 빔을 투과시키고 제 2차 고조파 빔을 반사시킬 수 있으며, 2색 거울(58)은 제3차 고조파 빔을 투과시키고 기본 고조파 빔을 반사시킬 수 있다. 물론 이 예에서는 빔 필터링을 완수하기 위해 광학적 경로와 거울들(58 및 80)의 구성은 바뀌어져야만 한다.
도 8에서와 같이, 제 4차 고조파 빔(82)을 발생하는 FHG(Fourth Harmonic Generator) 레이저 장치(81)를 만들기 위해 SHG 레이저 장치(50)(도 4) 또는 SHG 레이저 장치(70)(도 5)는 변경되어질 수 있다. 제2차 고조파 빔(62)은 2색 거울(58)을 통해서 투과된 후 FHG 결정체(84)에 입사된다. FHG 결정체(84)는 약간의 제 2차 고조파 빔(62)을 제4차 고조파 빔(82y)으로 변환시킨다. FHG 결정체(84)를 통과한 제 2차 고조파 빔은 62y에서 보여지는데, 그 빔 중 일부 출력이 제 4차 고조파 빔(82y)을 생산하기 위해 사용되어졌기 때문에 그 츨력의 세기가 감소되어진다. 제4차 고조파 빔(82y)은 첨가된 2색 거울(86)와 함께 제2차 고조파 빔(62y)으로부터 분리되어진다. 2색 거울(86)은 제 2차 고조파 빔(62y)에 대해 최대의 반사 율을 갖고 제 4차 고조파 빔(82y)에 대해서는 최대의 투과율을 갖는다. 제4차 고조파 빔 (82y)은 투과된 제 4차 고조파 빔(82)으로서 FHG 레이저 장치(81)로부터 출력되고, 제2차 고조파 빔(62y)은 반사된 제 2차 고조파 빔(62)으로서 별개의 광학 경로로 또한 전환된다.
비록 THG 레이저 장치들(74 및 79)(도 6 및 도 7), FHG 레이저 장치(81)(도 8)가 상세하게 설명되고 도시되었을지라도, 훨씬 더 높은 고조파 발생 레이저 장치 역시 비슷한 방식으로 만들어진다. 일반적으로 홀수 고조파 발생기 레이저 장치는 홀수 고조파 빔을 생산하기 위해 기본 빔과 제2차 고조파 빔을 요구하며, 반면 짝수 고조파 발생 레이저 장치는 짝수 고조파 빔을 생산하기 위해 제 2차 고조파 빔만을 요구한다.
SHG 레이저 장치(50)(도 4) 또는 SHG 레이저 장치(70)(도 5)는 레이저 원(54)으로부터 방출되는 기본진동수 레이저빔(56)의 주어진 출력에 대해 도 1, 2, 3에서 각각 설명된 종래 기술의 SHG 레이저 장치들(20, 22 및 42)과 비교해서 좀 더 높은 출력을 가진 제2차 고조파 빔(62)을 만들 수 있다. L형 공진기와 Z형 공진기 장치(20 (도 1) 및 22 (도 2))에서 기본 빔(34)은 SHG 결정체(38)를 통해 단지 2번 통과한다. 각 통과에서 기본 빔(56)의 출력의 일부는 제2차 고조파 빔(40)으로 전환되어진다. 예를 들면, 만약 기본 빔(34)이 100W의 초기 파워를 가지고 각 통과에서 기본 빔의 30%를 제2차 고조파 빔으로 전환시킨다면, 생산된 제 2차 고조파 빔의 파워는 51W가 된다.
대조적으로, 4번-통과 SHG 레이저 장치들(50(도 4) 또는 70(도 5))은 약 76% 의 기본 빔(56)의 에너지를 제2차 고조파 빔(62)의 에너지로 변환시키는데, 똑같은 환경에서 SHG 결정체(60)는 30%의 기본 빔 에너지를 제2차 고조파 빔 에너지로 변환시켰다. 상당히 높은 에너지 변환 효율성은 다수의 SHG 결정체들을 사용하지 않고서도, 또한, 그들의 정밀한 정렬 없이도 기본 빔을 똑같은 결정체에 두 차례 이상 통과하도록 유도함으로 얻어진다. 이와 같은 상대적 계산은 증가된 출력을 제2차 고조파 빔이 어떻게 SHG 결정체에 손상의 위험 없이 그리고 레이저로부터 기본 빔의 출력을 증가시키지 않고 발생시킬 수 있는 지를 개념적으로 강조한다.
SHG 레이저 장치(50)(도 4) 또는 SHG 레이저 장치(70)(도 5)는 L형과 Z형의 공진기 레이저 장치(20 (도 1) 및 22 (도 2))에 의해 요구되는 것보다 더 특별한 광학적 정렬을 요구하지 않으며, 두 개의 결정체 레이저 공진기 레이저 장치(42)(도 3)가 요구하는 높은 수준의 명확한 배열이나 위치 확정이 분명 불필요하다. 하나의 SHG 결정체를 통과할 때 기본 빔은 다수의 SHG 결정체가 사용될 때 요구되는 광학적 배열과 위상 맞추기 등의 어려움이 배제된다. 예를 들면, 532㎚의 파장을 지닌 초록색 빛은 기본 파장 1064㎚에서 SHG 결정체에 손상을 주지 않는 파워에서 레이저 빔을 방출하는 Nd:YAG 레이저로부터 100W를 초과하는 출력으로 생산될 수 있다. 파장이 532㎚에서 100W 이상의 출력을 얻게 되면, 이전에는 비용 효율적 차원에서 간단하게 얻을 수 없었던 많은 실용적인 응용을 가져올 수 있다.
본 발명의 개선점과 효과에 대해 충분히 이해할 때 이와 같은 개선점과 장점의 중요성이 분명해질 것이다. 이상과 같이 발명의 바람직한 실시예 및 그 장점들을 상세하게 설명했다. 본 발명의 바람직한 적용례에 대해 설명하였지만, 그 내용 이 본 발명의 전부를 대변하거나 그 적용 범위를 제한하지 않음을 밝힌다. 본 발명의 범위는 아래의 청구항에 정의된 바에 따른다.
본 발명에 따르면, 레이저 원에서 처음부터 레이저의 기본 빔의 출력을 증가시킬 필요도 없고, 기본 빔을 다중 결정체들에 통과시키기 위해 고도의 광학적 정렬 기술을 요구하지 않으므로 간단한 방법으로 높은 출력의 고조파 빔을 발생시킬 수 있다.

Claims (29)

  1. 기본 진동수에서 기본 진동수 레이저 빔을 발생하는 레이저 원을 사용하며, 기본 진동수 레이저 빔의 기본 진동수의 제2차 고조파 진동수에서 제2차 고조파 레이저 빔을 발생하는 레이저 장치에 있어서,
    기본 진동수의 빔을 광학경로 상에서 두 번 이상 2차 고조파 발생(Second Harmonic Generator; SHG) 결정체를 통과하는 기본 진동수 빔의 각각의 통과마다 기본 진동수의 빛 에너지를 가진 빔을 제2차 고조파 진동수의 빛 에너지를 가진 빔으로 변환시키는 2차 고조파 발생(SHG) 결정체; 및
    기본 빔이 두 번 이상 광학 경로 상에서 상기 SHG 결정체를 통과하여 전파하고, 기본 빔과 제 2차 고조파 빔이 광학경로 상에서 전파하도록 되어있는 SHG 결정체에 대하여 방향을 맞춘 광학적인 전파 수단;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학적인 전파 수단은, 상기 기본 빔이 적어도 4차례 상기 SHG 결정을 통해 전파되도록, 방향 맞춤된 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광학적인 전파 수단이, 상기 기본 빔이 상기 SHG 결정체를 적어도 4회 이상 통과하도록 상기 기본 빔을 반사하며 상기 SHG 결정체를 한번씩 통과할 때마다 제2차 고조파 빔을 생성시키고 그 출력을 증가시키는, 복수의 거울을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기본 빔으로부터 제2차 고조파 빔을 분리하는 2색 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 2색 장치가 상기 광학적 경로 상에 위치한 2색 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2색 거울이, 상기 기본 빔이 상기 SHG 결정체를 적어도 4번 이상 통과한 후 제2차 고조파 빔을 반사하도록 상기 광학적 경로 상에 놓여지는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 복수의 거울이:
    상기 SHG 결정체와 함께 광학적 경로 안에 위치되어 각각 기본 빔의 첫 번째와 세 번째 통과에서 상기 SHG 결정체를 통하여 SHG 결정체로부터 기본 빔과 제 2차 고조파 빔을 받아들이고 반사시키는 제1 거울과;
    상기 제1 거울과 함께 광학적 경로 안에 위치되어 각각 기본 빔의 첫 번째와 세 번째 통과에서 상기 SHG결정체를 통하여 상기 제1 거울로부터 기본 빔과 제 2차 고조파 빔을 받아들이고 반사시키되, 광학적 경로 안에 위치되어 각각 기본 빔의 첫 번째와 세 번째 통과에서 SHG 결정체를 통하여 SHG 결정체로부터 기본 빔과 제 2차 고조파 빔을 받아들이고 반사시키는 제2 거울과;
    상기 SHG 결정체와 함께 광학적 경로 안에 위치되어 기본 빔의 두 번째 통과에서 상기 SHG 결정체를 통하여 상기 SHG 결정체로부터 기본 빔과 제 2차 고조파 빔을 받아들이고 반사시키는 제3 거울;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 2색 장치가 상기 광학적 경로 안에 위치되어져서 상기 기본 빔이 4차례 상기 SHG 결정체를 통과한 후에 제 2차 고조파 빔을 기본 빔으로부터 전환하게 하는 2색 거울을 포함하며, 상기 2색 거울은, 상기 광학적 경로에 위치해서 상기 SHG 결정체로부터 상기 기본 빔과 제 2차 고조파 빔을 기본 빔의 네 번째 통과에서 상기 SHG 결정체를 통해 받는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  9. 제8항에 있어서, 기본 빔을 발생하는 레이저 원을 더 구비하며, 그리고 거기에 2색 거울이 광학 경로에 위치하여 기본 빔의 네 번째 SHG 결정체를 통과 후 레이저 기본 빔을 제 2차 고조파 빔으로부터 전환하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  10. 제7항에 있어서, 기본 진동수와 제2차 고조파 진동수의 빛 에너지 빔을 THG(Third Harmonic Generator) 결정체를 통하여 기본진동수 와 제2차 고조파 빔의 각 통과로 기본 진동수의 제 3차 고조파 진동수의 빛 에너지 빔으로 변환하는 제3 차 고조파 발생(THG) 결정체를 더 구비하며,
    상기 광학적인 전파 수단은 상기 기본 빔과 제 2차 고조파 빔을 적어도 한 번 이상 상기 THG 결정체를 통과하여 전파하며 또한 각 통과로부터 나온 기본과 제2차, 제3차 고조파 빔을 광학경로로 전파하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 처음 설명된 2색 장치가 제1 2색 장치이며, 상기 광학경로에 위치하여 상기 기본 빔으로부터 적어도 제2차 혹은 제3차 고조파 레이저 빔 중 하나를 분리하는 제2 2색 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 2색 장치는 기본 및 제2차 고조파 빔들로부터 제3차 고조파 빔을 분리하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 광학적인 전파 수단이 상기 기본 및 제2차 고조파 빔들을 상기 THG 결정체를 통해 적어도 두 번 통과하여 전파하며, 각 통과로부터 나온 기본, 제2차 및 제3차 고조파 빔들을 광학경로로 전파하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 광학적인 전파 수단이 제2차 고조파 빔을 상기 THG 결정체를 통해 단 한 번의 통과로 전파하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  15. 제7항에 있어서, 제2차 고조파 빔이 자신을 한 번 통과할 때마다 제2차 고조파 진동수를 갖는 빛 에너지의 빔을 기본 진동수의 제4차 고조파 진동수를 갖는 빛 에너지의 빔으로 변환시키는 제4차 고조파 발생(Fourth harmonic Generator: FHG)결정체를 더 구비하며, 상기 광학적인 전파 수단이, 제2차 고조파 빔은 적어도 한번 상기 FHG 결정체를 통과해 전파되게 하며, 기본 진동수 빔과 제2차 및 제4차 고조파 빔들도 전파하게 하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 처음 설명된 2색 장치가 제1 2색 장치이며, 상기 광학경로 상에 위치하며 제2차 고조파 빔으로부터 제4차 고조파 레이저 빔으로 전환시키는 제2 2색 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  17. 제1항에 있어서, 기본 진동수 빔과 제2차 고조파 빔이 자신을 한 번 통과할 때마다 기본 및 제2차 고조파 진동수의 빛 에너지의 빔들을 기본 진동수와 제3차 고조파 진동수의 빛 에너지의 빔으로 전환하는 제3차 고조파 발생(Third Harmonic Generator; THG) 결정체를 더 구비하며, 상기 광학적인 전파 수단은, 기본 빔과 제2차 고조파 빔은 적어도 한 번 상기 THG 결정체를 통과하여 전파하며, 기본 빔과 제2차 및 제3차 고조파 빔들 역시 전파하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  18. 제1항에 있어서, 제2차 고조파 빔이 자신을 한 번 통과할 때마다 2차 고조파 진동수를 갖는 빛 에너지의 빔을 기본 진동수의 제4차 고조파 진동수의 빛 에너지의 빔으로 변환시키는 제4차 고조파 발생(Fourth Harmonic Generator; FHG) 결정체를 더 구비하며, 상기 광학적인 전파 수단은, 제2차 고조파 빔을 적어도 한 번 상기 FHG 결정체를 통과하게 하며 제2차 및 제4차 고조파 빔들을 상기 광학적 경로로 전파하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 기본 빔에서 제2차 고조파 빔을 분리하여 걸러내도록 상기 광경로 상에 위치하는 2색 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 기본 빔을 발생하는 레이저 원을 결합하여 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
  21. 기본 진동수 레이저 빔에서 그 진동수가 기본 진동수의 2배에 이르며 진동수를 갖는 제2차 고조파 레이저 빔을 발생하는 방법에 있어서,
    기본 진동수 빔을 SHG 결정체에 통과시켜 기본 진동수를 갖는 빛이 제2차 고조파 진동수를 갖는 빛으로 전환되도록 함으로써 제2차 고조파 빔을 발생시키는 단계와;
    상기 SHG 결정체에 상기 기본 진동수 빔을 추가적으로 통과시킬 때마다 이전의 통과에서 나타난 제2차 고조파 빔의 출력보다 강하게 제2차 고조파 빔의 출력을 증가시키는 단계와;
    상기 기본 진동수 빔을 상기 SHG 결정체에 2번 이상 통과시키는 단계;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 빔 발생 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 기본 진동수의 빔이 상기 SHG 결정체를 2번 이상 통과한 후에 제2차 고조파 빔을 상기 기본 진동수 빔으로부터 분리하여 걸러내는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 빔 발생 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제2차 고조파 빔을 상기 기본 빔으로부터 분리하여 걸러내는 단계 이전에 상기 기본 진동수 빔이 상기 SHG 결정체를 적어도 4번 통과하게 하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 빔 발생 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    거울들을 사용하여 상기 기본 빔이 상기 SHG 결정체를 4번 통과하게 하는 단계와;
    2색 거울을 사용하여 상기 기본 빔을 상기 제2차 고조파 빔에서 분리하여 걸러내는 단계;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 빔 발생 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    레이저 원에서 기본 진동수 빔을 발생시키는 단계와;
    상기 기본 진동수 빔이 상기 SHG 결정체를 4번 통과한 후에 상기 레이저 원으로 되돌아 가게 하는 단계;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 빔 발생 방법.
  26. 제21항에 있어서, 기본 진동수 빔과 제2차 고조파 빔이 THG 결정체를 통과할 때마다 제3차 고조파 빔으로 변화되므로 기본 진동수 빔과 제2차 고조파 빔을 상기 THG 결정체에 통과시켜 제3 고조파 빔을 발생시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고조파 빔 발생 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 기본 빔에서 제3차 고조파 빔을 분리하여 걸러내는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 고조파 빔 발생 방법.
  28. 제21항에 있어서, 제2차 고조파 빔이 FHG 결정체를 통과할 때마다 제4차 고조파를 발생하므로 제2차 고조파 빔을 제4차 고조파 발생(FHG) 결정체를 통하게 하여 제2차 고조파 진동수를 갖는 빛을 기본 진동수의 제4차 고조파 빛으로 전환시킴으로써 제4차 고조파 빔을 발생시키는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 고조파 빔 발생 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 기본 진동수 빔에서 제4차 고조파 빔을 분리하여 걸 러내는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 고조파 빔 발생 방법.
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