KR20080023579A - Dpss laser apparatus using pumping laser diode - Google Patents

Dpss laser apparatus using pumping laser diode Download PDF

Info

Publication number
KR20080023579A
KR20080023579A KR1020060087621A KR20060087621A KR20080023579A KR 20080023579 A KR20080023579 A KR 20080023579A KR 1020060087621 A KR1020060087621 A KR 1020060087621A KR 20060087621 A KR20060087621 A KR 20060087621A KR 20080023579 A KR20080023579 A KR 20080023579A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
pumping
wavelength
light source
crystal
Prior art date
Application number
KR1020060087621A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100818492B1 (en
Inventor
마병진
Original Assignee
삼성전기주식회사
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 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020060087621A priority Critical patent/KR100818492B1/en
Publication of KR20080023579A publication Critical patent/KR20080023579A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100818492B1 publication Critical patent/KR100818492B1/en

Links

Images

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
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • 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
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0092—Nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity
    • 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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/0813—Configuration of resonator

Abstract

A diode-pumped solid-state laser apparatus using a pumping laser diode is provided to perform a stable output operation in a wide temperature range without an additional special temperature controlling device. A diode-pumped solid-state laser apparatus using a pumping laser diode includes a pumping laser light source(101') having a laser diode(110). The pumping laser light source outputs a laser light of a first wavelength by oscillating in a fixed axial direction mode. A laser crystal radiates a solid laser beam after absorbing laser of the first wavelength. A nonlinear optical crystal outputs after converting the solid laser beam to a laser light of a second wavelength. The pumping laser light source includes a grating filter(120) selecting an oscillation wavelength of a specific axial direction mode among light radiated from the laser diode. An exterior mirror(130) re-reflects light radiated from the grating filter to the grating filter.

Description

펌핑 레이저 다이오드를 이용한 ＤＰＳＳ 레이저 장치{DPSS Laser Apparatus Using Pumping Laser Diode}DPSS Laser Apparatus Using Pumping Laser Diode

도 1은 종래의 DPSS 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a conventional DPSS laser device.

도 2는 종래의 DPSS 레이저 장치를 사용할 경우 온도에 따른 레이저 결정의 흡수 스펙트럼과 펌핑 LD의 발진 파장의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다.2 is a graph schematically showing a relationship between an absorption spectrum of a laser crystal and an oscillation wavelength of a pumping LD according to temperature when using a conventional DPSS laser device.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 DPSS 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.3 is a schematic configuration diagram of a DPSS laser device according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 DPSS 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.4 is a schematic structural diagram of a DPSS laser device according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 DPSS 레이저 장치에 사용되는 펌핑 레이저 광원의 일례를 개략적으로 나타낸 구성도이다.5 is a configuration diagram schematically showing an example of a pumping laser light source used in the DPSS laser device of the present invention.

도 6은 본 발명의 DPSS 레이저 장치에 사용되는 펌핑 레이저 광원의 다른 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.6 is a schematic view showing another example of the pumping laser light source used in the DPSS laser device of the present invention.

도 7은 본 발명의 DPSS 레이저 장치에 사용되는 펌핑 레이저 광원의 또 다른 예를 나타낸 도면들이다.7 is a view showing another example of the pumping laser light source used in the DPSS laser device of the present invention.

도 8은 본 발명의 DPSS 레이저 장치를 사용할 경우 온도에 따른 레이저 결정의 흡수 스펙트럼과 펌핑 레이저 광원의 발진 파장의 관계를 개략적으로 나타낸 그 래프이다.8 is a graph schematically showing the relationship between the absorption spectrum of the laser crystal and the oscillation wavelength of the pumping laser light source according to temperature when using the DPSS laser device of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

100: DPSS 레이저 장치 101: 펌핑 레이저 광원100: DPSS laser device 101: pumped laser light source

108, 109, 130, 131: 미러 118: 적외선 차단 필터108, 109, 130, 131: mirror 118: infrared cut filter

120: 그레이팅 필터 121: 박막 필터120: grating filter 121: thin film filter

160: 레이저 결정 170: 비선형 광학결정160: laser crystal 170: nonlinear optical crystal

50: 적외선 55: 제2 고조파50: infrared ray 55: second harmonic

본 발명은 레이저 결정과 비선형 광학결정을 이용하는 파장변환 레이저 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 TEC(thermo-electric cooler) 등의 온도 조절 수단을 구비하지 않고도 넓은 동작 온도 범위에서 안정된 파장 특성을 갖는 DPSS(diode-pumped solid-state) 레이저 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength conversion laser device using a laser crystal and a nonlinear optical crystal, and more particularly, DPSS having stable wavelength characteristics over a wide operating temperature range without providing a temperature control means such as a thermo-electric cooler (TEC). (diode-pumped solid-state) laser device.

최근에, 다양한 디스플레이 및 광기록장치 분야에서 반도체 레이저의 수요가 늘어나고 있다. 특히, 디스플레이분야에서는 풀컬러의 구현을 위한 반도체 레이저의 응용범위가 확대되면서, 디스플레이 장치에 적, 녹, 청의 레이저 광원을 사용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 적색 레이저광은, GaAs 기판을 이용한 AlGaInP 또는 AlGaAs계 LD(laser diode: 레이저 다이오드)에 의해 얻어지고, 청색 레이저광은 사파이어나 GaN 기판을 이용한 GaN계 LD 또는 비선형 광학 소자를 이용한 고체 레이저 소자를 이용하여 얻어진다. 그러나, 녹색 레이저 광을 얻고자 하는 경우 반도체 LD에 의한 녹색광 출력은 기술적인 어려움으로 인해 용이하지 않기 때문에, 비선형 광학 소자를 이용하여 파장을 변환하는 방법이 주로 이용되고 있다. Recently, the demand for semiconductor lasers is increasing in various display and optical recording device fields. In particular, in the display field, as the application range of semiconductor lasers for realizing full colors is expanded, studies are being actively conducted to use red, green, and blue laser light sources for display devices. The red laser light is obtained by AlGaInP or AlGaAs LD (laser diode) using GaAs substrate, and the blue laser light is used by GaN based LD or non-linear optical device using sapphire or GaN substrate. It is obtained by. However, in order to obtain green laser light, the green light output by the semiconductor LD is not easy due to technical difficulties. Therefore, a method of converting a wavelength using a nonlinear optical element is mainly used.

이러한 비선형 특성을 이용하는 방법의 하나로 DPSS(diode-pumped solid-state) 레이저가 주목을 받고 있다. 예를 들어, Nd:YAG 등의 레이저 결정(이득 매체(gain medium) 결정이라고도 함)에 808㎚ 대역의 펌핑 레이저 다이오드의 광을 입사시켜 1060㎚ 근처의 파장을 얻은 후에, 비선형 광학결정을 이용하여 주파수를 2배로 높여 530㎚ 근처의 녹색광을 얻을 수 있다. 이러한 DPSS 레이저는 소형의 휴대용 프로젝터 또는 휴대폰 등에 유용하게 적용될 수 있다.As one of the methods using this nonlinear characteristic, a diode-pumped solid-state (DPSS) laser has attracted attention. For example, after injecting light of a pumping laser diode in the 808 nm band into a laser crystal (also called a gain medium crystal) of Nd: YAG or the like to obtain a wavelength near 1060 nm, a nonlinear optical crystal is used. The frequency can be doubled to obtain green light around 530 nm. The DPSS laser can be usefully applied to a small portable projector or a mobile phone.

안정된 출력을 얻기 위해서는, DPSS 레이저 장치는 넓은 동작 온도 범위를 가져야 한다. 그러나, DPSS 레이저의 에너지원으로 잘 알려진 고출력 808nm 패브리 페롯 펌핑 LD(Fabry-perot pumping LD)는 그 발진 파장이 온도에 따라 비교적 크게 변하는 특성을 가지고 있어서, 특정 온도 범위를 넘어가면 레이저 결정이 펌핑 LD의 레이저 빔을 흡수하지 못하게 된다. 이는 펌핑 LD의 발진 파장이 온도 변화에 의해 레이저 결정의 최대 흡수 파장으로부터 상당히 벗어나기 때문이다. 미국특허 제4,953,166호는 2개의 미러 사이에 배치된 이득 매체와 비선형 광학 물질을 구비 하는 DPSS 레이저 장치를 개시하고 있다. In order to achieve a stable output, the DPSS laser device must have a wide operating temperature range. However, the high power 808nm Fabry-Perot pumping LD, a well-known energy source for DPSS lasers, has a characteristic that its oscillation wavelength varies relatively with temperature, so that the laser crystal pumps beyond a certain temperature range. Will not absorb the laser beam. This is because the oscillation wavelength of the pumping LD deviates significantly from the maximum absorption wavelength of the laser crystal due to temperature change. U. S. Patent No. 4,953, 166 discloses a DPSS laser device having a gain medium and a nonlinear optical material disposed between two mirrors.

도 1은 종래의 DPSS 레이저 장치의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, DPSS 장치(10)는 펌핑 LD(38), 레이저 결정(72), 및 비선형 광학결정(74)를 포함한다. 레이저 결정(72)과 비선형 광학결정(74)은, 2개의 미러(34, 36) 사이에 배치된다. 펌핑 LD(38)의 출력광(5)(예컨대, 808nm 파장)은 렌즈(42)에 의해 집광되어(focused) 레이저 결정(72)으로 들어간다. 레이저 결정(72)은 펌핑 LD(38)의 출력광을 흡수하여 2개 미러(34, 36) 사이의 공진기에 의해 레이저 빔(예컨대, 1064nm 파장)을 출력하고 이 레이저 빔은 비선형 광학결정(74)에 의해서 고조파로 그 파장이 변환되고, 이와 같이 파장 변환된 빛(6)(예컨대, 532nm 파장의 제2 고조파)이 미러(36)를 통해 출력된다. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional DPSS laser device. Referring to FIG. 1, the DPSS apparatus 10 includes a pumping LD 38, a laser crystal 72, and a nonlinear optical crystal 74. The laser crystal 72 and the nonlinear optical crystal 74 are disposed between the two mirrors 34 and 36. The output light 5 (eg, 808 nm wavelength) of the pumping LD 38 is focused by the lens 42 and enters the laser crystal 72. The laser crystal 72 absorbs the output light of the pumping LD 38 and outputs a laser beam (eg, 1064 nm wavelength) by a resonator between the two mirrors 34, 36, which is a nonlinear optical crystal 74. The wavelength is converted into harmonics, and the wavelength-converted light 6 (for example, the second harmonic of 532 nm wavelength) is output through the mirror 36.

펌핑 LD(38)로는, 고출력 특성을 얻기 위해 수십 ㎛ 이상이 에미터 폭을 갖는 브로드 에어리어형 패브리 페롯 다중모드 LD(Fabry-perot mult-mode broad area LD)를 사용한다. 이러한 펌핑 LD(38)는, 패브리-페롯 간섭에 의해 생긴 수많은 축방향 모드 중에 (펌핑 LD(38)의 활성층에 의해 결정되는) 이득 피크에 가장 가까운 모드에서 발진하게 된다. 그러나 이러한 발진 모드는 주위 온도가 변하면 반도체의 밴드갭의 변화로 인해 이득 피크 파장의 변화가 생기고, 이득 피크 파장에 따라 출력광의 모드와 출력 파장이 달라지게 된다. As the pumping LD 38, a broad-area Fabry-Perot multit mode broad area LD (LD) having an emitter width of several tens of micrometers or more is used to obtain high output characteristics. This pumping LD 38 will oscillate in the mode closest to the gain peak (determined by the active layer of the pumping LD 38) during many of the axial modes caused by Fabry-Perot interference. However, in the oscillation mode, when the ambient temperature changes, the gain peak wavelength is changed due to the change of the band gap of the semiconductor, and the mode and the output wavelength of the output light are changed according to the gain peak wavelength.

온도에 따른 펌핑 LD(38) 출력 파장의 변화 정도는, 반도체 재료에 따라 다르나, 0.7~0.8㎛ 대역의 AlGaAs계 LD의 경우 약 0.2~0.3 nm/℃ 정도이고, 1㎛ 대역의 InGaAsP계 LD의 경우 약 0.4~0.7 nm/℃ 정도이다. 예컨대, 808 nm의 펌핑 LD를 사용할 경우 온도차 약 30℃의 동작 범위에서 약 10 nm 정도의 중심 파장 변동이 발생한다. Nd:YAG 등의 레이저 결정의 최대 흡수 파장으로부터의 파장 편차가 10 nm 정도이면, 레이저 결정의 흡수 효율은 크게 떨어지게 된다. 이와 같이 펌핑 LD의 동작 온도가 일정 범위를 넘게 되면(특히 펌핑 LD 동작시 발생하는 열로 인해 온도 상승시), 레이저 결정의 흡수 효율이 크게 저감되어 DPSS 레이저 장치의 출력이 저하되거나 레이징 자체가 멈추게 된다. The degree of change in the output wavelength of the pumping LD 38 with temperature varies depending on the semiconductor material, but about 0.2-0.3 nm / ° C for AlGaAs-based LD in the 0.7-0.8 μm band, and about InGaAsP-based LD in the 1 μm band. In the case of about 0.4 ~ 0.7 nm / ℃. For example, using a pumping LD of 808 nm causes a central wavelength variation of about 10 nm in the operating range of temperature difference of about 30 ° C. When the wavelength deviation from the maximum absorption wavelength of the laser crystal such as Nd: YAG is about 10 nm, the absorption efficiency of the laser crystal is greatly reduced. As such, when the operating temperature of the pumping LD exceeds a certain range (particularly when the temperature rises due to the heat generated during the pumping LD operation), the absorption efficiency of the laser crystal is greatly reduced and the output of the DPSS laser device is lowered or the laser itself stops. do.

도 2의 그래프에도 나타난 바와 같이, 온도가 25℃에서 55℃로 상승함에 따라(30℃의 온도변화), 펌핑 LD의 발진 파장에 큰 변화(Δλ1)가 발생한다. 이에 따라 펌핑 LD의 발진 파장과 최대 흡수 파장 간의 큰 편차로 인해, 레이저 결정의 흡수 효율이 매우 낮아진다. 이러한 현상을 방지하기 위해서, TEC(thermo-electric cooler) 등의 온도조절 수단을 사용하여 펌핑 LD의 온도를 강제로 유지시키는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 이는 시스템 전체의 전력 소모를 크게 할 뿐만 아니라 열을 외부로 방출시키기 위한 별도의 구조를 필요로 한다. As shown in the graph of FIG. 2, as the temperature rises from 25 ° C. to 55 ° C. (temperature change of 30 ° C.), a large change Δλ 1 occurs in the oscillation wavelength of the pumping LD. Accordingly, due to the large deviation between the oscillation wavelength and the maximum absorption wavelength of the pumping LD, the absorption efficiency of the laser crystal becomes very low. In order to prevent such a phenomenon, the method of forcibly maintaining the temperature of pumping LD is used using temperature control means, such as a thermo-electric cooler (TEC). However, this not only increases the power consumption of the whole system, but also requires a separate structure for dissipating heat to the outside.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 별도의 온도 제어 수단 없이도 넓은 주위 온도 범위에서 안정적인 출력으로 동작하는 DPSS 레이저 장치를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a DPSS laser device that operates at a stable output in a wide ambient temperature range without a separate temperature control means.

상기한 기술적 과제를 실현하기 위해서, 본 발명의 DPSS 레이저 장치는, In order to realize the above technical problem, the DPSS laser device of the present invention,

레이저 다이오드를 구비하되 강제적으로 고정된 축방향 모드로 발진하여 제1 파장의 레이저광을 출력하는 펌핑 레이저 광원과; 상기 제1 파장의 레이저를 흡수하여 고체 레이저 빔을 방출하는 레이저 결정과; 상기 고체 레이저 빔을 제2 파장의 레이저광으로 변환시켜 출력하는 비선형 광학 결정을 포함한다. A pumping laser light source including a laser diode and forcibly oscillating in a fixed axial mode to output laser light of a first wavelength; A laser crystal that absorbs the laser of the first wavelength and emits a solid laser beam; And a nonlinear optical crystal which converts the solid laser beam into laser light of a second wavelength and outputs the converted laser beam.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 펌핑 레이저 광원은, 상기 레이저 다이오드로부터 나온 빛 중 특정한 축방향 모드의 발진 파장만을 선택하는 그레이팅 필터와; 상기 그레이팅 필터로부터 나온 빛을 상기 그레이팅 필터로 재반사시키는 외부 미러를 포함한다. 상기 외부 미러로부터 상기 레이저 다이오드의 출력측 단면은, 상기 펌핑 레이저 광원의 발진을 위한 레이저 캐비티(laser cavity)를 형성한다. 상기 레이저 다이오드의 출력측 단면에는 고반사율의 반사막이 코팅되고, 상기 출력측 단면에 대향하는 단면에는 저반사율의 반사방지막이 코팅될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the pumping laser light source comprises: a grating filter for selecting only an oscillation wavelength of a specific axial mode among the light emitted from the laser diode; An external mirror for reflecting light back from the grating filter back to the grating filter. An output end face of the laser diode from the outer mirror forms a laser cavity for oscillation of the pumping laser light source. A high reflectivity reflective film may be coated on the output side end surface of the laser diode, and a low antireflection antireflection film may be coated on the end face opposite the output side end face.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 펌핑 레이저 광원은, 상기 레이저 다이오드로부터 나온 빛 중 특정한 축방향 모드의 발진 파장만을 선택하는 박막 필 터와; 상기 박막 필터로부터 나온 빛을 상기 박막 필터로 반사시키는 외부 미러를 포함한다. 상기 외부 미러로부터 상기 레이저 다이오드의 출력측 단면은, 상기 펌핑 레이저 광원의 발진을 위한 레이저 캐비티를 형성한다. 상기 레이저 다이오드의 출력측 단면에는 고반사율의 반사막이 코팅되고, 상기 출력측 단면에 대향하는 단면에는 저반사율의 반사방지막이 코팅될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the pumping laser light source comprises: a thin film filter for selecting only an oscillation wavelength of a specific axial mode among the light emitted from the laser diode; And an external mirror that reflects light from the thin film filter to the thin film filter. An output end face of the laser diode from the outer mirror forms a laser cavity for oscillation of the pumping laser light source. A high reflectivity reflective film may be coated on the output side end surface of the laser diode, and a low antireflection antireflection film may be coated on the end face opposite the output side end face.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 레이저 다이오드는, 표면 그레이팅(surface grating)을 갖는 DFB(distributed feedback) 반도체 레이저 다이오드이다. 바람직하게는, 상기 레이저 다이오드는 에미터 폭이 10㎛ 이상인 브로드 에어리어형(broad area) 레이저 다이오드이다.According to another embodiment of the invention, the laser diode is a distributed feedback semiconductor laser diode having a surface grating. Preferably, the laser diode is a broad area laser diode having an emitter width of 10 μm or more.

바람직한 실시형태에 따르면, 상기 레이저 결정과 비선형 광학 결정은 2개의 미러 사이에 배치된다. 다른 대안으로서, 상기 레이저 결정은 2개의 미러 사이에 배치되고 상기 비선형 광학결정은 상기 2개의 미러 외측에 배치될 수 있다. 상기 레이저 결정과 비선형 광학 결정은 서로 접하거나 본딩될 수 있다. 바람직하게는, 상기 비선형 광학 결정은 상기 고체 레이저 빔을 제2 고조파로 변환시킨다. 바람직하게는, 상기 DPSS 레이저 장치는, 상기 비선형 광학결정의 출력측에 배치되어 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터를 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment, the laser crystal and the nonlinear optical crystal are disposed between two mirrors. As another alternative, the laser crystal may be disposed between two mirrors and the nonlinear optical crystal may be disposed outside the two mirrors. The laser crystal and the nonlinear optical crystal may be in contact with or bonded to each other. Advantageously, said nonlinear optical crystal converts said solid laser beam into a second harmonic. Preferably, the DPSS laser device may further include an infrared cut filter disposed at the output side of the nonlinear optical crystal to block infrared rays.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 DPSS 레이저 장치의 개략적인 구성도이다. 도 3을 참조하면, DPSS 레이저 장치(100)는, 펌핑 레이저 광원(101), 레이저 결정(160), 및 비선형 광학결정(170)을 포함한다. 레이저 결정(160)과 비선형 광학결정(170)은, 레이저 결정(160)의 레이저 발진을 위한 2개의 미러(108, 109) 사이에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 레이저 결정(160)과 비선형 광학 결정(170)이 서로 접하여 본딩되어 있지만, 상기 2개 결정(160, 170)이 분리되어 배치될 수도 있다.3 is a schematic configuration diagram of a DPSS laser device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the DPSS laser device 100 includes a pumping laser light source 101, a laser crystal 160, and a nonlinear optical crystal 170. The laser crystal 160 and the nonlinear optical crystal 170 are disposed between two mirrors 108 and 109 for laser oscillation of the laser crystal 160. In this embodiment, the laser crystal 160 and the nonlinear optical crystal 170 are bonded to each other, but the two crystals 160 and 170 may be disposed separately.

펌핑 레이저 광원(101)은 레이저 다이오드를 구비하며, 레이저 결정(160)을 여기시키는 제1 파장의 레이저광을 출력한다. 특히, 펌핑 레이저 광원(101)은 강제적으로 고정된 축방향 모드(fixed longitudinal mode)로 발진하도록 구성된다. 예를 들어, 펌핑 레이저 광원(101)은 고정된 축방향 모드로 808nm의 적외선광을 출력할 수 있다. 이와 같이 축방향 모드가 고정된 펌핑 레이저 광원(101)을 사용할 경우, 온도에 따른 펌핑 레이저 광원(101)의 출력광 파장 변화를 크게 억제할 수 있다.The pumping laser light source 101 includes a laser diode and outputs a laser light of a first wavelength that excites the laser crystal 160. In particular, the pumping laser light source 101 is configured to forcibly oscillate in a fixed longitudinal mode. For example, the pumping laser light source 101 may output 808 nm infrared light in a fixed axial mode. When the pumping laser light source 101 fixed in the axial mode is used as described above, it is possible to greatly suppress the change in the output light wavelength of the pumping laser light source 101 according to the temperature.

즉, 펌핑 레이저 광원(101)의 축방향 모드가 강제적으로 고정되면, (온도 변화에 따른 레이저 다이오드의 활성층의 밴드갭 변화로 인한) 이득 피크 파장의 변화와 무관하게 축방향 발진 모드가 정해진다. 따라서, 축방향 모드가 고정된 펌핑 레이저 광원(101)는, 온도 변화에도 불구하고, 이득 피크 파장의 변화에 상관없이 비교적 일정한 파장의 레이저를 출력할 수 있다. 다만, 이득 피크 파장의 변화로 인한 파장 편차는 억제되더라도, 펌핑 레이저 광원(101)의 발진 파장은 온도 변화로 인한 굴절율 변화의 영향을 받는다. 따라서, 주위 온도 변화시 펌핑 레이저 광원(101)의 발진 파장은 굴절율 변화로 인해 미소하게 변한다. 그러나, 굴절율 변화를 인한 펌핑 레이저 광원(101)의 발진 파장 변화는 매우 작기때문에, 레이저 결정(160)의 흡수 효율에 미치는 영향이 현저히 작다. That is, when the axial mode of the pumping laser light source 101 is forcibly fixed, the axial oscillation mode is determined irrespective of the change in the gain peak wavelength (due to the change in the bandgap of the active layer of the laser diode with the temperature change). Therefore, the pumping laser light source 101 in which the axial mode is fixed can output a laser of a relatively constant wavelength regardless of the change in gain peak wavelength, despite the temperature change. However, even if the wavelength deviation due to the change in the gain peak wavelength is suppressed, the oscillation wavelength of the pumping laser light source 101 is affected by the change in refractive index due to the temperature change. Thus, the oscillation wavelength of the pumping laser light source 101 changes slightly due to the change in refractive index when the ambient temperature changes. However, since the change in the oscillation wavelength of the pumping laser light source 101 due to the change in refractive index is very small, the influence on the absorption efficiency of the laser crystal 160 is significantly small.

축방향 모드를 강제적으로 고정시킬 경우, 온도(T)에 따른 파장(λ)의 변화율(Δλ/ΔT)은, 예컨대 0.7 내지 0.8㎛ 대역의 AlGaAs LD에서 0.07~0.08 nm/℃ 정도이고, 1㎛ 대역의 InGaAs LD에서 0.1~0.12 nm/℃ 정도이다. 이러한 파장변화 정도는 종래의 페브리-패롯 LD에 비하여 1/3~1/4 정도로 감소된 값이다. 따라서 808 nm 적외선 펌핑 광원의 축방향 모드를 강제적으로 고정시킬 경우, 약 100℃의 온도차이에서도 펌핑 광원의 출력 파장은 10nm 이내의 변동을 나타내게 된다. In the case of forcibly fixing the axial mode, the rate of change (Δλ / ΔT) of the wavelength λ according to the temperature T is, for example, about 0.07 to 0.08 nm / ° C in AlGaAs LD in the 0.7 to 0.8 μm band, and 1 μm. It is about 0.1 ~ 0.12 nm / ℃ in InGaAs LD of band. This wavelength change is a value reduced by 1/3 to 1/4 compared to the conventional Fabry-Parrot LD. Therefore, when the axial mode of the 808 nm infrared pumping light source is forcibly fixed, the output wavelength of the pumping light source exhibits a variation within 10 nm even at a temperature difference of about 100 ° C.

결국, 흡수 대역이 10nm 정도인 레어저 결정을 사용한다면, TEC 등의 별도 온도 제어 수단을 구비하지 않고서도 100℃의 온도차에 이르는 매우 넓은 동작 온 도 범위에서 안정된 DPSS 레이저 출력을 얻을 수 있게 된다. 이로써, 레이저 시스템 전체의 전력 소모가 감소되고, TEC 사용시 필요한 열방출 구조물(heat sink)이 필요없게 된다. 뿐만 아니라, DPSS 레이저 시스템의 소형화에 유리하게 되어 휴대폰이나 휴대용 프로젝터 등의 응용에 사용될 초소형 가시광선 레이저 시스템을 용이하게 구현할 수 있게 된다.As a result, if a laser crystal having an absorption band of about 10 nm is used, a stable DPSS laser output can be obtained in a very wide operating temperature range up to a temperature difference of 100 ° C. without providing a separate temperature control means such as TEC. This reduces the power consumption of the laser system as a whole and eliminates the need for a heat sink for use of the TEC. In addition, it is advantageous to miniaturize the DPSS laser system, it is possible to easily implement a compact visible light laser system to be used in applications such as mobile phones and portable projectors.

강제적으로 축방향 모드가 고정된 펌핑 레이저 광원(101)의 구체적인 구현예들이 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다. 후술하는 바와 같이, 펌핑 레이저 광원(101)의 축방향 모드는, 그레이팅 필터나 박막 필터를 사용한 외부 공진기(external cavity) 구조, 또는 표면 그레이팅을 갖는 DFB LD의 구조를 통해 용이하게 구현될 수 있다.Specific embodiments of the pumping laser light source 101 in which the axial mode is forcibly fixed are shown in FIGS. 5 to 7. As described below, the axial mode of the pumping laser light source 101 may be easily implemented through an external cavity structure using a grating filter or a thin film filter, or a structure of a DFB LD having surface grating.

펌핑 레이저 광원(101)로부터 출력된 제1 파장의 레이저광(50)은, 레이저 결정(160)으로 들어간다. 레이저 결정(160)은 제1 파장의 레이저광(50)를 흡수하고, 2개의 미러(108, 109)로 된 공진기에 의해 레이저 발진이 일어나게 된다. 이에 따라, 레이저 결정(160)은 고체 레이저 빔을 출력하게 된다. 전술한 바와 같이, 펌핑 레이저 광원(101)은 고정된 축방향 모드로 발진하기 때문에, 주위 온도 변화에도 불구하고, 레이저 결정(160)은 제1 파장의 레이저광(50)에 의해 높은 흡수 효율로 펌핑될 수 있다. 예컨대, 펌핑 레이저 광원(101)은 고정된 축방향 모드로 약 808nm의 레이저광을 출력하고, Nd:YAG 레이저 결정(160)은 상기 808nm 레이저광을 높은 흡수 효율로 흡수하여 2개 미러(108, 109)사이에서의 레이저 발진에 의해 약 1064nm의 고체 레이저 빔을 생성할 수 있다. The laser light 50 of the first wavelength output from the pumping laser light source 101 enters the laser crystal 160. The laser crystal 160 absorbs the laser light 50 of the first wavelength, and laser oscillation is caused by a resonator of two mirrors 108 and 109. Accordingly, the laser crystal 160 outputs a solid laser beam. As described above, the pumping laser light source 101 oscillates in a fixed axial mode, so that despite the change in ambient temperature, the laser crystal 160 has a high absorption efficiency by the laser light 50 of the first wavelength. Can be pumped. For example, the pumping laser light source 101 outputs about 808 nm laser light in a fixed axial mode, and the Nd: YAG laser crystal 160 absorbs the 808 nm laser light with high absorption efficiency to provide two mirrors 108, Laser oscillation between 109 may produce a solid laser beam of about 1064 nm.

레이저 결정(160)으로부터 얻은 고체 레이저 빔은, 비선형 광학결정(170)에 의해 제2 파장의 빛으로 변환되고, 이 변환된 파장의 레이저광(55)이 미러(109)를 통해 빠져 나오게 된다. 여기서 미러(108)는 레어저광(55)에 대해 고반사성(highly reflective)이지만 미러(109)는 레이저광(55)에 대해 투과성(transmissive)이다. 상기 비선형 광학결정(170)은 입사광(즉, 고체 레이저빔)을 고조파(harmonics)중 어느 하나로 변환시킬 수 있으며, 특히 바람직하게는, 제2 고조파(second harmonic)로 변환시킨다. 비선형 광학결정으로는, 예를 들어 KTP(Potassium Tinanyl Phosphate) 또는 LBO(LiB3O5) 등이 있다. 이러한 제2고조파 발생(SHG; Second Harmonic Generation) 비선형 광학결정을 이용함으로써, Nd:YAG에서 나온 1064nm 고체 레이저빔을 532nm의 녹색 가시광으로 용이하게 변환할 수 있다. The solid laser beam obtained from the laser crystal 160 is converted into the light of the second wavelength by the nonlinear optical crystal 170, and the laser light 55 of the converted wavelength exits through the mirror 109. The mirror 108 is here highly reflective to the laser light 55 while the mirror 109 is transmissive to the laser light 55. The nonlinear optical crystal 170 may convert incident light (ie, a solid laser beam) into any one of harmonics, particularly preferably, second harmonic. Examples of nonlinear optical crystals include KTP (Potassium Tinanyl Phosphate), LBO (LiB 3 O 5 ), and the like. By using such a second harmonic generation (SHG) nonlinear optical crystal, a 1064 nm solid laser beam from Nd: YAG can be easily converted into 532 nm green visible light.

추가적으로, 비선형 광학결정(170)의 전방에는(즉, 비선형 광학결정의 출력측에는) 적외선 차단 필터(118: IR cut filter)가 배치될 수 있다. 이 적외선 차단 필터(18)는 펌펑 레이저 광원(101)으로부터 방출되어 비선형 광학결정을 투과한 잔여 적외선을 차단하는 역할을 한다. Additionally, an IR cut filter 118 may be disposed in front of the nonlinear optical crystal 170 (ie, at the output side of the nonlinear optical crystal). The infrared cut filter 18 serves to block residual infrared rays emitted from the pumping laser light source 101 and transmitted through the nonlinear optical crystal.

상기 실시형태에서는, 고체 레이저 빔을 얻기 위한 공진기를 구성하는 2개 미러(108, 109) 사이에 레이저 결정(160) 및 비선형 광학결정(170)의 조합이 배치되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 4의 DPSS 레이저 장치(100')에서와 같이, 레이저 결정(160)만이 2개 미러(108, 109') 사이에 배치되어 2개 미러(108, 109') 사이에서의 레이저 발진에 의해 고체 레이저빔이 발생될 수 있다. 이 경우 비선형 광학결정(170)은 2개 미러(108, 109') 외측에 위치하며, 출력측 미러(109')를 투과한 고체 레이저빔은 비선형 광학결정(170)에 입사되어 파장변환을 겪게 된다. 다른 구성요소들은 전술한 실시형태와 마찬가지이다. In the above embodiment, the combination of the laser crystal 160 and the nonlinear optical crystal 170 is disposed between the two mirrors 108 and 109 constituting the resonator for obtaining the solid laser beam, but the present invention is limited thereto. It is not. For example, as in the DPSS laser device 100 'of FIG. 4, only the laser crystal 160 is disposed between the two mirrors 108, 109 ′ to laser oscillation between the two mirrors 108, 109 ′. Solid laser beam can be generated. In this case, the nonlinear optical crystal 170 is located outside the two mirrors 108 and 109 ', and the solid laser beam transmitted through the output side mirror 109' is incident on the nonlinear optical crystal 170 to undergo wavelength conversion. . The other components are the same as in the above-described embodiment.

도 5는 본 발명의 DPSS 레이저 장치에 사용되는 '고정된 축방향 모드'의 펌핑 레이저 광원의 일례를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 이 펌핑 레이저 광원(101')은 도 3 또는 4의 DPSS 레이저 장치(100, 100')에 사용되어 레이저 결정(160)을 펌핑시킬 수 있다. FIG. 5 is a schematic view showing an example of a pumping laser light source of 'fixed axial mode' used in the DPSS laser device of the present invention. This pumping laser light source 101 ′ can be used in the DPSS laser apparatus 100, 100 ′ of FIG. 3 or 4 to pump the laser crystal 160.

도 5를 참조하면, 펌핑 레이저 광원(101')은 활성층(112)을 갖는 레이저 다이오드(110)와, 그레이팅 필터(120)와, 외부 미러(130)를 포함한다. 레이저 다이오드의 출력측 단면에는 고반사율의 반사막(high reflective film: 110a)이 코팅되고, 출력측 단면에 대향하는 단면에는 저반사율의 반사방지막(anti-reflective film: 110b)이 코팅될 수 있다. 외부 미러(130)와 반사막(110a)은 레이저 캐비티 양단의 미러를 구성한다. 따라서, 펌핑 레이저 광원의 발진을 위한 공진기, 즉 레 이저 캐비티(laser cavity)는 외부 미러에서 반사막 코팅면(또는 출력측 단면)까지이다. Referring to FIG. 5, the pumping laser light source 101 ′ includes a laser diode 110 having an active layer 112, a grating filter 120, and an external mirror 130. A high reflective film 110a may be coated on an output end face of the laser diode, and an anti-reflective film 110b may be coated on an end face opposite the output end face. The outer mirror 130 and the reflecting film 110a constitute mirrors at both ends of the laser cavity. Thus, the resonator, i.e. the laser cavity, for oscillation of the pumped laser light source is from the outer mirror to the reflective coating surface (or the output side cross section).

그레이팅 필터(120)는 입사광(50a)으로부터 특정 축방향 모드만을 선택할 수 있도록 표면에 주기적인 그레이팅 구조를 갖고 있다. 그레이팅 필터(120)는, 레이저 다이오드(110)의 후방으로부터 나온 빛을 파장에 따라 다른 각도로 굴절시키기 때문에 특정 파장의 빛을 외부 미러(130)로 빛을 보낸다. 외부 미러(130)는 그레이팅 필터(120)로부터 나온 빛을 그레이팅 필터(120)로 재반사시킨다. 그레이팅 필터(120)는 표면에 형성된 그레이팅 구조를 이용하여 입사광(50a)의 축방향 모드들중 특정 축방향 모드만을 선택하고, 그 선택된 특정 축방향 모드의 빛(50b)만을 레이저 다이오드(110)로 보낸다. The grating filter 120 has a periodic grating structure on the surface so that only a specific axial mode can be selected from the incident light 50a. Since the grating filter 120 refracts the light from the rear of the laser diode 110 at an angle different according to the wavelength, the grating filter 120 sends light of a specific wavelength to the external mirror 130. The outer mirror 130 reflects light from the grating filter 120 back into the grating filter 120. The grating filter 120 selects only a specific axial mode among the axial modes of the incident light 50a by using the grating structure formed on the surface, and only the light 50b of the selected specific axial mode to the laser diode 110. send.

이와 같이 레이저 다이오드(110)의 외부에 특정 축방향 모드를 선택하기 위한 그레이팅 필터와 외부 미러를 배치시킴으로써, 펌핑 레이저 광원(101')은 선택된 축방향 모드의 빛만을 피드백한다. 이에 따라 펌핑 레이저 광원(101')은 2개의 미러(130, 110a) 사이에서 고정된 축방향 모드로 발진하여, 상기 선택된 모드에 맞는 제1 파장의 레이저광(50c)을 출력하게 된다. 이와 같이 비교적 간단한 외부 공진기 구성을 이용함으로써 축방향 모드가 고정된 펌핑 레이저 광원을 용이하게 구현할 수 있다. As such, by placing the grating filter and the external mirror to select a specific axial mode outside the laser diode 110, the pumping laser light source 101 'feeds back only the light of the selected axial mode. Accordingly, the pumping laser light source 101 'oscillates in a fixed axial mode between the two mirrors 130 and 110a to output the laser light 50c having the first wavelength corresponding to the selected mode. By using a relatively simple external resonator configuration as described above, a pumping laser light source having a fixed axial mode can be easily implemented.

도 6은 본 발명의 DPSS 레이저 장치에 사용되는 펌핑 레이저 광원의 다른 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 6을 참조하면, 펌핑 레이저 광원(101'')은 특정 축방향 모드를 선택하기 위해 그레이팅 필터 대신에 박막 필터(121)를 사용한다. 레이저 다이오드(110)의 후방으로부터 나온 빛(51a)은 박막 필터(121)에 의해 선택적으로 투과되어 외부 미러(130)로 진행한다. 외부 미러(130)는 박막 필터(121)를 투과한 빛을 박막 필터(121)로 반사시킨다. 박막 필터(121)는, 통상 유전체로 되어 있으며 입사광(51a)으로부터 특정 축방향 모드의 주파수만을 투과시킨다. 박막 필터(121)에 의해 선택된 특정 축방향 모드의 빛(50b)만이 레이저 다이오드(110)로 보내어진다. 6 is a schematic view showing another example of the pumping laser light source used in the DPSS laser device of the present invention. Referring to FIG. 6, the pumping laser light source 101 ″ uses a thin film filter 121 instead of a grating filter to select a particular axial mode. Light 51a emitted from the rear of the laser diode 110 is selectively transmitted by the thin film filter 121 and proceeds to the outer mirror 130. The outer mirror 130 reflects the light transmitted through the thin film filter 121 to the thin film filter 121. The thin film filter 121 is usually made of a dielectric material and transmits only a frequency of a specific axial mode from the incident light 51a. Only light 50b of a particular axial mode selected by thin film filter 121 is directed to laser diode 110.

박막 필터(121)에 의해 선택된 특정 축방향 모드의 빛만이 레이저 공진기 내에서 피드백된다. 이에 따라 펌핑 레이저 광원(101'')은 2개의 미러(130, 110a) 사이에서 고정된 축방향 모드로 발진하여, 상기 선택된 모드에 맞는 제1 파장의 레이저광(51c)을 출력하게 된다 - 이 경우에도 펌핑 레이저 광원(101'')의 발진을 위한 레이저 캐비티는 외부 미러(131)에서 반사막(110a) 코팅면까지임 -. 이와 같이 비교적 간단한 외부 공진기 구성을 이용함으로써 축방향 모드가 고정된 펌핑 레이저 광원을 용이하게 구현할 수 있다. Only light of a particular axial mode selected by the thin film filter 121 is fed back in the laser resonator. Accordingly, the pumping laser light source 101 '' oscillates in a fixed axial mode between the two mirrors 130 and 110a to output the laser light 51c of the first wavelength corresponding to the selected mode. Even in this case, the laser cavity for oscillation of the pumping laser light source 101 '' is from the outer mirror 131 to the reflective film 110a coated surface. By using a relatively simple external resonator configuration as described above, a pumping laser light source having a fixed axial mode can be easily implemented.

도 7은 펌핑 레이저 광원의 또 다른 예로서, 표면 그레이팅을 갖는 DFB 구조의 레이저 다이오드(LD)를 나타내는 도면들이다. 도 7(a)는 표면 그레이팅 DFB LD 의 평면도이고, 도 7(b)는 도 7(a)의 BB' 라인을 따라 자른 단면도이고, 도 7(c)는 AA' 라인을 따라 자른 단면도이다. 도 7의 실시형태에서는, 외부 공진기 방식을 이용하는 대신에 표면 그레이팅을 갖는 DFB 구조를 이용하여, 레이저 다이오드 자체를 축방향 모드가 강제적으로 고정되도록 구성한다. 7 is a diagram illustrating a laser diode LD of a DFB structure having surface grating as another example of a pumping laser light source. FIG. 7A is a plan view of the surface grating DFB LD, FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 7A, and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line AA ′. In the embodiment of Fig. 7, instead of using an external resonator method, a DFB structure having surface grating is used to configure the laser diode itself such that the axial mode is forcibly fixed.

도 7을 참조하면, 표면 그레이팅(154)을 갖는 DFB 펌핑 LD(101''')는, 고정된 축방향 모드로 발진하는 펌핑 레이저 광원을 이룬다. 이러한 표면 그레이팅 DFB 펌핑 LD(101''')는, 기존의 브로드 에어리어형(broad area) 레이저 다이오드 - 통상적으로 에미터 폭이 10㎛ 이상 200㎛ 이하임 - 의 표면에 그레이팅을 형성함으로써 얻어질 수 있다. 활성층(152)에서 발생된 빛의 일부가 표면 그레이팅 DFB LD(101''')의 표면 그레이팅에 의해 부분 반사되어 특정한 파장의 고정된 축방향 모드로 레이저광(52a)을 출력한다.Referring to FIG. 7, DFB pumping LD 101 ′ ″ with surface grating 154 constitutes a pumping laser light source oscillating in a fixed axial mode. This surface grating DFB pumping LD 101 '' 'can be obtained by forming a grating on the surface of a conventional broad area laser diode, typically having an emitter width of 10 micrometers or more and 200 micrometers or less. have. A portion of the light generated in the active layer 152 is partially reflected by the surface grating of the surface grating DFB LD 101 ′ ″ to output the laser light 52a in a fixed axial mode of a particular wavelength.

표면 그레이팅 DFB 펌핑 LD(101''')에서는, 횡방향(lateral direction)으로는 여러개의 발진 모드가 존재할 수 있지만, 축방향(longitudinal direction)으로는, 주기적인 표면 그레이팅(154)에 의해 횡방향 모드당 단 1개의 축방향 모드의 파장만이 선택된다. 따라서, 표면 그레이팅 DFB 펌핑 LD(101''')는 여러개의 파장에서 발진할 수 있으나, 각 발진 파장은 표면 그레이팅(154)에 의해 그 축방향 모드가 고정 또는 제어되기 때문에 온도에 따른 발진 파장의 변화가 적다. 특히, 표면 그레이팅을 갖는 DFB 펌핑 LD(101''')는 재결정(regrowth) 과정을 필요로 하는 통상의 DFB LD에 비하여 제조 공정이 간단한 장점을 가진다. In the surface grating DFB pumping LD 101 '' ', there can be several oscillation modes in the lateral direction, but in the longitudinal direction, in the longitudinal direction, it is transversely by the periodic surface grating 154. Only one wavelength of one axial mode per mode is selected. Thus, the surface grating DFB pumping LD 101 ″ 'can oscillate at multiple wavelengths, but each oscillation wavelength may be oscillated with temperature because its axial mode is fixed or controlled by the surface grating 154. Little change. In particular, the DFB pumping LD 101 ′ ″ with surface grating has the advantage of a simpler manufacturing process compared to conventional DFB LDs that require a regrowth process.

도 8은 본 발명의 DPSS 레이저 장치를 사용할 경우 온도에 따른 레이저 결정의 흡수 스펙트럼과 펌핑 레이저 광원의 발진 파장의 관계를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 온도가 25℃에서 55℃로 상승하더라도, 펌핑 레이저 광원의 발진 파장에는 미소한 변화(Δλ2)만이 나타난다(도 2와 비교). 따라서, 레이저 결정의 최대 흡수 파장과 펌핑 레이저의 발진 파장간에는 작은 편차만이 발생하고, 레이저 결정의 흡수 효율은 고출력 레이저를 실현하기에 충분한 값을 유지하게 된다. 이로써, TEC 등의 온도 조절 수단을 없이도 넓은 동작 온도 범위를 얻게되고, 전력 소모의 감소 및 DPSS 레이저 시스템의 소형화에 유리하게 된다. 8 is a graph schematically showing a relationship between an absorption spectrum of a laser crystal and an oscillation wavelength of a pumping laser light source according to temperature when using the DPSS laser device of the present invention. As shown in Fig. 8, even when the temperature rises from 25 ° C to 55 ° C, only a slight change Δλ 2 appears in the oscillation wavelength of the pumping laser light source (compare with Fig. 2). Therefore, only a small deviation occurs between the maximum absorption wavelength of the laser crystal and the oscillation wavelength of the pumping laser, and the absorption efficiency of the laser crystal is maintained at a value sufficient to realize a high power laser. This results in a wide operating temperature range without the need for temperature control means such as TEC, which is advantageous for reducing power consumption and miniaturizing the DPSS laser system.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims, and various forms of substitution, modification, and within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be apparent to those skilled in the art that changes are possible.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 외부 공진기 구조나 표면 그레이팅 DFB LD 등을 이용하여 강제로 축방향 모드를 고정시킴으로써, 온도에 따른 파장의 변동을 현저히 감소시킨다. 이에 따라, 보다 넓은 동작 온도 범위에서 안정된 레이저 출력 특성을 얻게 되고, TEC 등 별도의 온도 제어 수단의 필요성을 없앨 수 있다. 이로써, 별도의 열방출 구조가 필요없게 되고, DPSS 레이저 장치의 전력 소모가 감소되며, 장치의 소형화에 유리하게 된다. 본 발명의 DPSS 장치를 이용하면, 휴대폰, 휴대용 프로젝터 등의 응용에 유용한 초소형 가시광선 레이저 시스템을 용이하게 구현할 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, by forcibly fixing the axial mode by using an external resonator structure, surface grating DFB LD, or the like, the variation of the wavelength with temperature is significantly reduced. Accordingly, stable laser output characteristics can be obtained over a wider operating temperature range, and the need for a separate temperature control means such as TEC can be eliminated. This eliminates the need for a separate heat dissipation structure, reduces the power consumption of the DPSS laser device, and is advantageous for miniaturization of the device. By using the DPSS device of the present invention, it is possible to easily implement a compact visible laser system useful for applications such as mobile phones, portable projectors.

Claims (14)

레이저 다이오드를 구비하되 강제적으로 고정된 축방향 모드로 발진하여 제1 파장의 레이저광을 출력하는 펌핑 레이저 광원; A pumping laser light source having a laser diode and forcibly oscillating in a fixed axial mode to output laser light of a first wavelength; 상기 제1 파장의 레이저를 흡수하여 고체 레이저 빔을 방출하는 레이저 결정; 및A laser crystal that absorbs the laser of the first wavelength and emits a solid laser beam; And 상기 고체 레이저 빔을 제2 파장의 레이저광으로 변환시켜 출력하는 비선형 광학 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.And a nonlinear optical crystal for converting the solid laser beam into a laser beam of a second wavelength and outputting the solid laser beam. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 펌핑 레이저 광원은, The pumping laser light source, 상기 레이저 다이오드로부터 나온 빛 중 특정한 축방향 모드의 발진 파장만을 선택하는 그레이팅 필터와; 상기 그레이팅 필터로부터 나온 빛을 상기 그레이팅 필터로 재반사시키는 외부 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.A grating filter for selecting only an oscillation wavelength of a specific axial mode among the light emitted from the laser diode; And an external mirror for reflecting light back from the grating filter back to the grating filter. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 외부 미러로부터 상기 레이저 다이오드의 출력측 단면은, 상기 펌핑 레이저 광원의 발진을 위한 레이저 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.An output end face of the laser diode from the outer mirror forms a laser cavity for oscillation of the pumping laser light source. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 레이저 다이오드의 출력측 단면에는 반사막이 코팅되고, 상기 출력측 단면에 대향하는 단면에는 반사방지막이 코팅된 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.A reflective film is coated on the output end surface of the laser diode, and an anti-reflection film is coated on the end surface opposite to the output side end surface. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 펌핑 레이저 광원은, The pumping laser light source, 상기 레이저 다이오드로부터 나온 빛 중 특정한 축방향 모드의 발진 파장만을 선택하는 박막 필터와; 상기 박막 필터로부터 나온 빛을 상기 박막 필터로 반사시키는 외부 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.A thin film filter for selecting only an oscillation wavelength of a specific axial mode among the light emitted from the laser diode; And an external mirror for reflecting light from the thin film filter to the thin film filter. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 외부 미러로부터 상기 레이저 다이오드의 출력측 단면은, 상기 펌핑 레이저 광원의 발진을 위한 레이저 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.An output end face of the laser diode from the outer mirror forms a laser cavity for oscillation of the pumping laser light source. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 레이저 다이오드의 출력측 단면에는 반사막이 코팅되고, 상기 출력측 단면에 대향하는 단면에는 반사방지막이 코팅된 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.A reflective film is coated on the output end surface of the laser diode, and an anti-reflection film is coated on the end surface opposite to the output side end surface. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 다이오드는, 표면 그레이팅을 갖는 DFB 반도체 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.And the laser diode is a DFB semiconductor laser diode having surface grating. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 레이저 다이오드는 브로드 에어리어형 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.And the laser diode is a broad area laser diode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 결정과 비선형 광학 결정은 2개의 미러 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.And the laser crystal and the nonlinear optical crystal are disposed between two mirrors. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 결정은 2개의 미러 사이에 배치되고, 상기 비선형 광학결정은 상기 2개의 미러 외측에 배치된 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.Wherein said laser crystal is disposed between two mirrors and said nonlinear optical crystal is disposed outside said two mirrors. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 결정과 비선형 광학 결정은 서로 접하거나 본딩된 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.And the laser crystal and the nonlinear optical crystal are in contact with or bonded to each other. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비선형 광학 결정은 상기 고체 레이저 빔을 제2 고조파로 변환시키는 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치.And the nonlinear optical crystal converts the solid laser beam into a second harmonic. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비선형 광학결정의 출력측에 배치되어 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치. And an infrared cut filter disposed at an output side of the non-linear optical crystal to block infrared rays.
KR1020060087621A 2006-09-11 2006-09-11 DPSS Laser Apparatus Using Pumping Laser Diode KR100818492B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060087621A KR100818492B1 (en) 2006-09-11 2006-09-11 DPSS Laser Apparatus Using Pumping Laser Diode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060087621A KR100818492B1 (en) 2006-09-11 2006-09-11 DPSS Laser Apparatus Using Pumping Laser Diode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080023579A true KR20080023579A (en) 2008-03-14
KR100818492B1 KR100818492B1 (en) 2008-04-01

Family

ID=39397093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060087621A KR100818492B1 (en) 2006-09-11 2006-09-11 DPSS Laser Apparatus Using Pumping Laser Diode

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100818492B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100945422B1 (en) * 2008-04-04 2010-03-04 (주)레이저옵텍 Tunable external cavity laser
KR100945167B1 (en) * 2009-04-28 2010-03-08 주식회사 루트로닉 Stabilization device for 2nd harmonic pulse in pulsed laser system
WO2021252813A1 (en) * 2020-06-10 2021-12-16 Gamdan Optics Inc. Non-linear optical crystal with nanostructured anti-reflective surface structure

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06283794A (en) * 1993-03-25 1994-10-07 Fuji Photo Film Co Ltd Laser-diode-pumped solid laser
JPH06283786A (en) * 1993-03-25 1994-10-07 Fuji Photo Film Co Ltd Laser diode pumped solid laser
KR100525423B1 (en) 2003-01-06 2005-11-02 엘지전자 주식회사 Diode-Pumped Solid-State laser

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100945422B1 (en) * 2008-04-04 2010-03-04 (주)레이저옵텍 Tunable external cavity laser
KR100945167B1 (en) * 2009-04-28 2010-03-08 주식회사 루트로닉 Stabilization device for 2nd harmonic pulse in pulsed laser system
WO2010126300A2 (en) * 2009-04-28 2010-11-04 (주)루트로닉 Apparatus for stabilizing second harmonic pulse output in a laser system operating by pulses
WO2010126300A3 (en) * 2009-04-28 2011-01-20 (주)루트로닉 Apparatus for stabilizing second harmonic pulse output in a laser system operating by pulses
US8761214B2 (en) 2009-04-28 2014-06-24 Lutronic Corporation Apparatus for stabilizing second harmonic pulse output in a laser system operating by pulses
WO2021252813A1 (en) * 2020-06-10 2021-12-16 Gamdan Optics Inc. Non-linear optical crystal with nanostructured anti-reflective surface structure

Also Published As

Publication number Publication date
KR100818492B1 (en) 2008-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1222720B1 (en) Intracavity frequency-converted optically-pumped semiconductor laser
US7177340B2 (en) Extended cavity laser device with bulk transmission grating
US9124064B2 (en) Ultrashort pulse microchip laser, semiconductor laser, and pump method for thin laser media
JPWO2007013608A1 (en) Laser light source and display device
US7526005B2 (en) Highly efficient second harmonic generation (SHG) vertical external cavity surface emitting laser (VECSEL) system
US20100027571A1 (en) Stabilized near-infrared laser
US7548569B2 (en) High-power optically end-pumped external-cavity semiconductor laser
Zhang et al. Dual-wavelength emission from a serially connected two-chip VECSEL
JPWO2007097177A1 (en) Wavelength conversion device and image display device
US5559824A (en) Optical frequency-converting medium pumped by unstable resonator semiconductor laser
KR100818492B1 (en) DPSS Laser Apparatus Using Pumping Laser Diode
JP2000133863A (en) Solid-state laser
US8611383B2 (en) Optically-pumped surface-emitting semiconductor laser with heat-spreading compound mirror-structure
JP2007189194A (en) Vertical external cavity surface emitting laser with second higher harmonic generating crystal having mirror surface
Hilbich et al. New wavelengths in the yellow-orange range between 545 nm and 580 nm generated by an intracavity frequency-doubled optically pumped semiconductor laser
US20190245319A1 (en) Solid-state laser system
Rosener et al. GaSb-based optically pumped semiconductor disk laser using multiple gain elements
JP4799911B2 (en) Semiconductor laser device and semiconductor amplification device
JP2670647B2 (en) Laser diode pumped solid state laser
WO2018108251A1 (en) Laser
KR100396676B1 (en) Apparatus cooling laser solid
Lutgen et al. 0.7 W green frequency doubled semiconductor disk laser
Hopkins et al. 5W mid-IR optically-pumped semiconductor disk laser
CN117578183A (en) High-performance single-frequency laser
JP4900309B2 (en) Semiconductor laser device

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: 20130228

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140228

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150302

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee