KR20100011147A - Compact solid-state laser with nonlinear frequency conversion using periodically poled materials - Google Patents

Compact solid-state laser with nonlinear frequency conversion using periodically poled materials Download PDF

Info

Publication number
KR20100011147A
KR20100011147A KR1020080072236A KR20080072236A KR20100011147A KR 20100011147 A KR20100011147 A KR 20100011147A KR 1020080072236 A KR1020080072236 A KR 1020080072236A KR 20080072236 A KR20080072236 A KR 20080072236A KR 20100011147 A KR20100011147 A KR 20100011147A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
efficient
cavity
microchip
gain
Prior art date
Application number
KR1020080072236A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101156637B1 (en
Inventor
스테판 에싸이안
안드레이 쉬체그로브
Original Assignee
스펙트라러스 코퍼레이션
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 스펙트라러스 코퍼레이션 filed Critical 스펙트라러스 코퍼레이션
Priority to KR1020080072236A priority Critical patent/KR101156637B1/en
Publication of KR20100011147A publication Critical patent/KR20100011147A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101156637B1 publication Critical patent/KR101156637B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/101Lasers provided with means to change the location from which, or the direction in which, laser radiation is emitted
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/495Counter-measures or counter-counter-measures using electronic or electro-optical means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10069Memorized or pre-programmed characteristics, e.g. look-up table [LUT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106Controlling 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
    • H01S3/108Controlling 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
    • H01S3/109Frequency multiplication, e.g. harmonic generation

Abstract

PURPOSE: A compact solid state laser is provided to improve the reliability and effectiveness by providing low prices solid state laser. CONSTITUTION: A pump diode laser(1) emits a pump beam(2) of wavelength between 800nm and 900nm for efficient absorption through a gain material(8). An beam optical instrument(3) changes the pump beam to the beam in order to form a circular cross-section with a desirable diameter on the surface(7) of the gain medium. A transparent optical material(6) such as a sapphire, an undoped YVO4, and an undoped YAG has a high thermal conductance to maximize efficiency. The optical material is combined with the gain material. The optical material is operated as a heat sink. A nonlinear crystal(10) is combined with the gain material through the chemically activated direct coupling.

Description

주기적 분극 재료를 이용하여 비선형 주파수 변환을 하는 소형 고체상태 레이저{COMPACT SOLID­STATE LASER WITH NONLINEAR FREQUENCY CONVERSION USING PERIODICALLY POLED MATERIALS}Compact solid-state lasers with nonlinear frequency conversion using periodic polarization materials {COMPACT SOLID­STATE LASER WITH NONLINEAR FREQUENCY CONVERSION USING PERIODICALLY POLED MATERIALS}

본 발명은 레이저 소스의 제조 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 기존의 기술로 달성할 수 없는 레벨인, 적어도 수백 밀리와트, 및 그 이상의 출력 파워 레벨을 가진 소형의 효율적인 가시광선 또는 근자외선 레이저 소스의 제조 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a system and method for manufacturing a laser source, in particular a compact, efficient visible or near-ultraviolet laser source with an output power level of at least several hundred milliwatts and more, which is a level not attainable with conventional techniques. It relates to a manufacturing system and method thereof.

오랫동안 다양한 애플리케이션 에 대하여 가시광선, 및 자외선 스펙트럼 영역의 소형이고, 효율적인 저비용 레이저 소스가 요구되어 왔다. 이러한 애플리케이션은 레이저 기반 프로젝션 디스플레이, 광 저장기기, 생체-분석 기기, 반도체 검사 및 분광기를 포함한다. 저비용의, 소형이고, 효율적인 플랫폼을 제공하는 반도체 레이저는 근적외선 스펙트럼 영역에서 가장 효율적으로 레이징하는 InGa(Al)P와 같은 재료 시스템에 의존한다. ~650nm(적색) 아래에서 효율적인 동작은 중대한 기술적 문제없이 달성될 수 있고, 몇몇 반도체 레이저는 효율 및 신뢰도는 감소하지만 ~635nm 아래로 확장될 수 있다. 가시 영역의 더 짧은 파장측에서, GaN 시스 템이 최근에 개발되었고, 자외선 스펙트럼 영역(~400nm 내지~445nm)의 레이저가 상용화되었다. 그러나, 효율적이고 신뢰성있게 >470nm 파장을 달성하는 것은 매우 어려운 도전으로 남아 있다. 그러므로, 대부분의 가시 스펙트럼(즉, ~470nm 청색에서 ~635nm 적색까지)은 현재 효율적인 반도체 레이저 솔루션을 가지지 못한다.There has long been a need for small, efficient, low cost laser sources in the visible and ultraviolet spectral regions for a variety of applications. Such applications include laser-based projection displays, optical storage devices, bio-analytical devices, semiconductor inspection and spectroscopy. Semiconductor lasers, which provide a low cost, compact and efficient platform, rely on material systems such as InGa (Al) P, which most efficiently laser in the near infrared spectral region. Efficient operation below 650 nm (red) can be achieved without significant technical problems, and some semiconductor lasers can extend below 635 nm while reducing efficiency and reliability. On the shorter wavelength side of the visible region, GaN systems have been recently developed and lasers in the ultraviolet spectral region (˜400 nm to 445 nm) have been commercialized. However, achieving> 470 nm wavelength efficiently and reliably remains a very difficult challenge. Therefore, most visible spectra (ie, from 470 nm blue to 635 nm red) do not currently have efficient semiconductor laser solutions.

이러한 색상(파장) 중, 녹색의 부재는 이 색상이 사람 눈에 가장 민감하기 때문에 아마도 가장 중요하다. 실제로, 녹색 반도체 레이저에 대하여 현재 사용가능한 직접적인 솔루션은 존재하지 않는다. 1990년 이후 상용화된, 간접적인 솔루션은 Nd:YAG, 또는 Nd:YVO4와 같은, 네오디움(Nd) 기반의 고체 상태 레이저의 (2차-하모닉 생성, 또는 SHG로 알려진) 비선형 주파수 더블링을 기초로 하였다. 이러한 고체 상태 이득 재료는 적외선 반도체 레이저(예컨대, ~808nm)에 의해 펌핑되고, ~1064nm 파장의 레이저 방사선을 산출한다. 그 다음, 이 1064nm 방사선은 KTP(Potassium Titanyl Phosophate), 또는 LBO(Lithium Borate)와 같은 비선형 결정을 사용하여 녹색 532nm 파장으로 주파수 더블링될 수 있다. 유사한 기술이 946nm 고체-상태 레이저를 주파수 더블링함으로써 예를 들면 473nm의 청색을 얻는데에 사용될 수 있다. 이러한 접근법의 리뷰는 W. P. Risk, T. R. Gosnell, 및 A. V. Nurmikko의 책, "Compact Blue-Green Lasers", Cambridge University Press(2003)에서 찾을 수 있다. 또한, 저비용 플랫폼은 이득 칩과 비선형 결정이 모놀리식 레이저 캐비티를 형성하기 위해 결합된, 소위 마이크로칩 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 마이크로 칩 개념은 Mooradian(미국특허 제5,365,539호)에 의 해 처음 제안되었다. Of these colors (wavelengths), the absence of green is probably the most important because this color is the most sensitive to the human eye. Indeed, there is no direct solution currently available for green semiconductor lasers. Indirect solutions, commercially available since 1990, are based on nonlinear frequency doubling (known as second-harmonic generation, or SHG) of neodymium (Nd) based solid state lasers, such as Nd: YAG, or Nd: YVO 4 It was set as. This solid state gain material is pumped by an infrared semiconductor laser (eg ˜808 nm) and yields laser radiation at ˜1064 nm wavelength. This 1064 nm radiation can then be frequency doubled to a green 532 nm wavelength using a nonlinear crystal such as Potassis Titanyl Phosophate (KTP), or Lithium Borate (LBO). Similar techniques can be used to obtain a blue color of, for example, 473 nm by frequency doubling a 946 nm solid-state laser. A review of this approach can be found in WP Risk, TR Gosnell, and AV Nurmikko's book, "Compact Blue-Green Lasers", Cambridge University Press (2003). In addition, low cost platforms can be achieved using so-called microchip technology, in which gain chips and nonlinear crystals are combined to form a monolithic laser cavity. The microchip concept was first proposed by Mooradian (US Pat. No. 5,365,539).

그러나, 현재 사용가능한 마이크로칩 레이저는, 특히 예컨대, 수백 밀리와트에서 수 와트까지의 높은 파워 레벨에서, 많은 애플리케이션에서 요구되는 효율 및 유연성이 부족하다. 이것은 주로 KTP와 같은 종래의 비선형 재료의 주파수 변환의 비효율성으로 인한 것이다. KTP 기반의 마이크로 칩 레이저로부터 수백 밀리와트의 녹색광을 얻기 위해, 기본적인 적외선 레이저에 대하여 상당한 파워 마진을 제공해야 하고, 이는 전체 레이저 시스템 설계상에 온도, 크기, 및 비용 제한을 부과한다. 또한, KTP와 같은 전통적인 벌크 비선형 재료는 주파수 변환의 그들의 범위로 제한된다. 예를 들어, KTP는 녹색으로의 주파수 더블링을 위해 사용되지만, 실제로 청색광으로의 주파수 더블링을 위해 사용될 수 없고, 그러므로 효율성, 신뢰성, 및 비용적으로 그들 자신의 제한을 가진 다른 비선형 재료를 찾아야 한다.However, currently available microchip lasers lack the efficiency and flexibility required in many applications, especially at high power levels, for example from hundreds of milliwatts to several watts. This is mainly due to the inefficiency of the frequency conversion of conventional nonlinear materials such as KTP. To obtain hundreds of milliwatts of green light from KTP-based microchip lasers, a significant power margin must be provided for the basic infrared laser, which imposes temperature, size, and cost constraints on the overall laser system design. In addition, traditional bulk nonlinear materials such as KTP are limited to their range of frequency conversions. For example, KTP is used for frequency doubling to green, but cannot actually be used for frequency doubling to blue light, and therefore must find other nonlinear materials that have their own limitations in efficiency, reliability, and cost.

Laurell(미국특허 제6,259,711호)은 이러한 제한의 대부분이 주기적 분극된 비선형 결정의 사용에 의해 극복될 수 있다고 제안하였다. 이러한 결정은 원하는 변환 파장에 대하여 높은 비선형성을 제공하도록 엔지니어링될 수 있다. 그러므로, 마이크로칩 아키텍처로 구현된 이러한 레이저 설계는 종래의 벌크 비선형 재료와 연관된 수많은 제한을 처리할 수 있다.Laurell (US Pat. No. 6,259,711) suggested that most of these limitations can be overcome by the use of periodic polarized nonlinear crystals. Such crystals can be engineered to provide high nonlinearity for the desired conversion wavelength. Therefore, such laser designs implemented with microchip architectures can address numerous limitations associated with conventional bulk nonlinear materials.

그러나, 이 발명의 실시예는, 알다시피, 이러한 플랫폼의 상용화를 막아왔던, 중대한 제한을 겪고 있고, 오늘날까지, 가시 파장 마이크로칩 레이저가 KTP, 및 KNbO3와 같은 벌크 비선형 재료에 계속 의존하고, 후자의 재료는 청색 광을 산출 하기 위해 사용된다(예컨대, 국제특허출원 WO2005/036,703 참조). 이러한 제한의 원인은 Laurell의 발명에서 제안했던 주기적 분극된 비선형 결정, 즉 KTiOPO4(KTP), LiNbO3(LN), 및 LiTaO3(LT)의 선택으로 인한 것이다. 이러한 재료는 높은 비선형성을 가지고, 주파수 더블링을 위해 주기적 구조로 쉽게 분극될 수 있다. 그러나, 이러한 재료의 실제 사용은 매우 제한적이다. 벌크 KTP와 유사하게, 주기적 분극된 KTP는 낮은 파워 레벨(가시 영역의 수 밀리와트, 또는 가능하다면 수십 밀리와트)에서 잘 실행할 수 있으나, 높은 파워 레벨에서 패시브 및 유도 흡수("그레이 트래킹")를 겪게 된다. 또한, KTP 결정 생산은 소비자 전자 디스플레이와 같은 몇몇 애플리케이션에 의해 요구되는 바와 같은 저비용으로 대량생산하도록 쉽게 확장되지 않는다. LiNbO3, 및 LiTaO3는 대량생산하도록 확장가능하고, 주기적 분극이 용이할 수 있지만, 심한 열화 없이 수 밀리 와트의 가시 광을 산출하기 위해 이러한 결정을 사용하는 것을 불가능하게 만드는, 가시광 유도 열화("광 굴절 손상")을 겪는다. 광 굴절 손상은 가열된 온도(>150℃)에서 감소될 수 있다. 그러나, 이것은 비선형 결정을 높은 온도로 유지하기 위해 오븐의 사용을 요구한다. 이러한 오븐은 저비용, 효율적인 레이저 제조, 특히 마이크로칩 지오메트리와 모순된다. 그러므로, Laurell에 의해 설명된 레이저 설계는 고출력, 저비용, 소형이고, 및 효율적인 아키텍처로 구현될 수 없다. 이와 유사하게, Brown(미국 공개 특허출원 제2005/0,063,441)은 저비용 애플리케이션에 적합한 것으로 나타난 소형 레이저 패키지를 위한 설계를 제안하였다. 그러나, Brown의 교시는 여전히 KTP, 및 LBO와 같 은 종래의 비선형 재료를 중심으로 한다. PPLN 및 PPKTP의 사용이 가능한 것으로 언급되어 있으나, 이러한 결정의 제한, 특히 상술된 신뢰성 제한을 극복하는 방법을 교시하지 않았다.However, embodiments of this invention, as you know, are experiencing significant limitations that have prevented the commercialization of such platforms, and to this day, visible wavelength microchip lasers continue to rely on bulk nonlinear materials such as KTP, and KNbO 3 , The latter material is used to produce blue light (see, eg, international patent application WO2005 / 036,703). The cause of this limitation is due to the selection of the cyclically polarized nonlinear crystals proposed in Laurell's invention, namely KTiOPO 4 (KTP), LiNbO 3 (LN), and LiTaO 3 (LT). Such materials have high nonlinearity and can be easily polarized into periodic structures for frequency doubling. However, the practical use of such materials is very limited. Similar to bulk KTPs, cyclically polarized KTPs can perform well at low power levels (several milliwatts of visible area, or possibly even tens of milliwatts), but at the higher power levels passive and inductive absorption ("gray tracking") Will suffer. In addition, KTP crystal production is not easily scaled up to mass production at low cost as required by some applications such as consumer electronic displays. LiNbO 3 , and LiTaO 3 are scalable to mass production and may facilitate periodic polarization, but do not allow the use of such crystals to yield several milliwatts of visible light without severe degradation ("). Optical refraction damage)). Light refractive damage can be reduced at heated temperatures (> 150 ° C.). However, this requires the use of an oven to keep the nonlinear crystals at a high temperature. Such ovens are inconsistent with low cost, efficient laser fabrication, in particular microchip geometry. Therefore, the laser design described by Laurell cannot be implemented with a high power, low cost, compact, and efficient architecture. Similarly, Brown (US Published Patent Application 2005 / 0,063,441) proposed a design for a small laser package that appeared to be suitable for low cost applications. However, Brown's teachings still revolve around conventional nonlinear materials such as KTP, and LBO. Although the use of PPLN and PPKTP is mentioned as possible, it has not been taught how to overcome the limitations of this decision, in particular the reliability limitations described above.

합동의 LiNbO3, 및 LiTaO3는 가시 광으로 인한 광 굴절 손상을 겪고, 이러한 문제를 극복하기 위한 몇 가지 방법이 제안되었음이 알려져 있다. 상술된, 고온의 동작은 이 문제를 부분적으로 해결하지만, 대부분의 애플리케이션에 적합하지 않다. 제안된 다른 솔루션은 광 굴절 손상 메커니즘을 억제하기 위해 결정 성장 동안 합동 재료를 도핑하는 것이다(T. Volk, N. Rubinina, M. Wohlecke, "Optical-damage-resistant impurities in lithium niobate", Journal of the Optical Society of America B, vol. 11, p.1681(1994)). 높은 정도의 화학량으로 벌크 결정을 성장시키는 것은 광 굴절 손상을 억제하기 위한 또다른 방법으로서 제안되었다(Y. Furukawa, K. Kitamura, S. Takekawa, K.Niwa, H. Hatano, "Stoichiometric Mg:LiNbO3 as an effective material for nonlinear optics", Optics Letters, vol. 23, p. 1892(1998)).It is known that joint LiNbO 3 , and LiTaO 3 suffer photorefractive damage due to visible light, and several methods have been proposed to overcome this problem. The high temperature operation described above partially solves this problem, but is not suitable for most applications. Another proposed solution is to dope the joint material during crystal growth to suppress optical refractive damage mechanisms (T. Volk, N. Rubinina, M. Wohlecke, "Optical-damage-resistant impurities in lithium niobate", Journal of the Optical Society of America B, vol. 11, p. 1801 (1994). Growing bulk crystals at high levels of stoichiometry has been proposed as another method to suppress photorefractive damage (Y. Furukawa, K. Kitamura, S. Takekawa, K.Niwa, H. Hatano, “Stoichiometric Mg: LiNbO”). 3 as an effective material for nonlinear optics ", Optics Letters, vol. 23, p. 1892 (1998)).

그러나, 종래의 기술자들은 저비용, 대량생산 설계로, 녹색 및 청색 광을 산출하기 적합한 고출력, 안정한 상온 동작가능한 주파수 더블드 레이저를 달성하는 수단을 교시하지 못했다. 주기적 분극된 LiNbO3 또는 LiTaO3 결정이 화학량적으로 0.05% 이내이면, 그들은 500mW까지의 높은 출력에서 안정하기 위해 임의의 도펀트가 필요하지 않음을 알게 되었다. 화학량적으로 0.6% 이내의 결정에 대하여, 대략 0.1 내지 0.6 몰%의 ZnO 또는 MgO의 도핑은 주기적 분극된 LiNbO3 또는 LiTaO3 결정로 얻은 것과 실질적으로 동일한 유익한 결과를 달성한다. 본 발명은 도펀트 MgO 또는 ZnO를 포함하고, 및/또는 이러한 재료에 대하여 높은 신뢰성을 보장하는 특정 정도의 화학량을 가진, 주기적 분극된 재료를 기초로 하는 소형, 효율적인, 저비용 주파수 변환 레이저를 교시한다. ZnO 또는 MgO 도핑된 화학량적인 LiNbO3 및 LiTaO3는 그들의 합동 대응부와 매우 상이한 재료이고, 그들의 변경된 강유전체 특성은 이들 재료를 짧은 기간, 가시 스펙트럼 범위로의 주파수 변환을 위해 필요한 수 마이크로미터 길이의 도메인으로 분극시키기 매우 어렵게 한다. 주기적 분극된 ZnO 또는 MgO 도핑된 화학량적인 LiNbO3 및 LiTaO3를 생산하는 기술적 문제점은 최근에 극복되었고, 이러한 새로운 재료는 제조가능할 것으로 보여진다. 청색, 녹색, 및 더 긴 파장으로의 레이저 변환에 적합한 주기를 위솔링하는 결정은 생산되 어 왔고, 이러한 생산 프로세스를 위한 기술은 동시 계류중인, 공동 할당된 공개된 미국특허출원 제2005/0,133,477호에 서술되어 있다.However, those skilled in the art have not taught the means of achieving a high power, stable room temperature operable frequency doubled laser suitable for producing green and blue light with low cost, high volume design. If the periodic polarized LiNbO 3 or LiTaO 3 crystals were stoichiometrically within 0.05%, they found that no dopant was needed to stabilize at high powers up to 500 mW. For stoichiometrically within 0.6% of doping, doping of ZnO or MgO of approximately 0.1 to 0.6 mole percent achieves substantially the same beneficial results as obtained with periodically polarized LiNbO 3 or LiTaO 3 crystals. The present invention teaches small, efficient, low cost frequency conversion lasers based on periodic polarized materials that contain dopant MgO or ZnO and / or have a certain degree of stoichiometry that ensures high reliability for such materials. ZnO or MgO doped stoichiometric LiNbO 3 and LiTaO 3 are materials that are very different from their joint counterparts, and their altered ferroelectric properties are several micrometers long domains necessary for frequency conversion of these materials into the short spectral, visible spectral range This makes it very difficult to polarize. The technical problems of producing periodic polarized ZnO or MgO doped stoichiometric LiNbO 3 and LiTaO 3 have recently been overcome and such new materials are expected to be manufacturable. Crystals that whistle for periods suitable for laser conversion to blue, green, and longer wavelengths have been produced, and techniques for this production process are co-pending, co-assigned published US patent application Ser. No. 2005 / 0,133,477 It is described in

간단히 말하자면, 주지된 기술적 접근법은 신뢰성 있고, 비용 효율적이고, 소형 주파수 변환된 레이저를 제공하지 못한다.In short, well-known technical approaches do not provide reliable, cost effective, small frequency converted lasers.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고, MgO 또는 ZnO와 같은 도펀트를 포함하고, 및/또는 이러한 재료에 대하여 높은 신뢰성을 보장하는 특정된 정도의 화학량을 가진 주기적으로 분극된 LiNbO3 또는 LiTaO3를 기초로 하는 저비용의, 효율적이고 신뢰성 있는 고체 상태 레이저 아키텍처를 개시한다. 본 발명은 또한 직접적인 반도체 레이저를 통해 사용 불가능한 파장 영역으로, 즉, 청색, 녹색, 노란색, 오렌지 색, 및 근자외선 파장 영역으로, 즉, 대략 275nm 내지 635nm의 파장으로, 주파수 변환되는 소형이고, 효율적이고, 신뢰성 있는 저비용 고체 상태 레이저를 서술한다. 본 발명은 기존의 기술로 달성할 수 없는 레벨인, 적어도 수백 밀리와트, 및 그 이상의 출력 파워 레벨을 가진 소형이고 효율적인 가시광선 또는 근자외선 레이저 소스의 제조 방법을 교시한다.The present invention solves this problem and is based on periodically polarized LiNbO 3 or LiTaO 3 containing a dopant such as MgO or ZnO, and / or having a specified degree of stoichiometry that ensures high reliability for such materials. A low cost, efficient and reliable solid state laser architecture is disclosed. The invention is also compact, efficient and frequency-converted into wavelength ranges that are not available through direct semiconductor lasers, ie, in the blue, green, yellow, orange, and near-ultraviolet wavelength ranges, ie, wavelengths from approximately 275 nm to 635 nm. And a reliable low cost solid state laser. The present invention teaches a method of making a compact and efficient visible or near ultraviolet laser source having an output power level of at least several hundred milliwatts and more, which is a level not attainable with conventional techniques.

본 발명에 의하면, 공지된 기술적 접근방법의 신뢰성 있고, 비용 효율적이고, 소형인 주파수 변환된 레이저를 제공하지 못하는 문제점을 해결하고, MgO 또는 ZnO와 같은 도펀트를 포함하고, 및/또는 이러한 재료에 대하여 높은 신뢰성을 보장 하는 특정된 정도의 화학량을 가진 주기적으로 분극된 LiNbO3 또는 LiTaO3를 기초로 하는 저비용의, 효율적이고 신뢰성 있는 고체 상태 레이저 아키텍처를 제공한다. 또한 본 발명에 따르면, 직접적인 반도체 레이저를 통해 사용 불가능한 파장 영역으로, 즉, 청색, 녹색, 노란색, 오렌지 색, 및 근자외선 파장 영역으로, 즉, 대략 275nm 내지 635nm의 파장으로, 주파수 변환되는 소형의, 효율적이고, 신뢰성 있는 저비용 고체 상태 레이저를 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 기존의 기술로 달성할 수 없는 레벨인, 적어도 수백 밀리와트, 및 그 이상의 출력 파워 레벨을 가진 소형이고 효율적인 가시광선 또는 근자외선 레이저 소스의 제조 방법을 제공할 수 있다.The present invention solves the problem of not providing a reliable, cost-effective, compact frequency-converted laser of known technical approaches, includes dopants such as MgO or ZnO, and / or for such materials It provides a low cost, efficient and reliable solid state laser architecture based on periodically polarized LiNbO 3 or LiTaO 3 with a certain degree of stoichiometry to ensure high reliability. According to the present invention, there is also a small, frequency-converted wavelength band which is not usable via a direct semiconductor laser, i.e., in the blue, green, yellow, orange, and near-ultraviolet wavelength range, i.e., in the wavelength range of approximately 275 nm to 635 nm. It is possible to provide an efficient, reliable and low cost solid state laser. According to the present invention, it is also possible to provide a method for producing a compact and efficient visible or near-ultraviolet laser source having an output power level of at least several hundred milliwatts and more, which is a level not attainable with conventional techniques.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고 있다. 펌프 다이오드 레이저(1)는 이득 재료(엘리먼트)(8)에 의해 효율적 흡수를 위해 예를 들어, ~808nm 또는 885nm와 같은 800과 900nm 사이 파장에서 빔(2)을 방출한다. 빔(2)은 자주 비점수차이고 빔 형성 광학기기(3)는 빔(4)이 이득 매체(8)의 표면(7)상에 바람직한 직경의 원형 단면을 형성하도록 펌프 빔(2)을 빔(4)로 변환하도록 사용되는 것이 유리하다. 이러한 타입의 펌핑 배치는 당업계에 공지되어 있고 효율적인 비선형 주파수 더블링에 대한 단일 공간 모드(또는 TEM00)이어야 하는, 내부 공동 서클레이팅 빔과 함께 이득 엘리먼트내의 펌프 영역을 효율적으로 오버랩할 수 있다. 이득 엘리먼트(8)상의 펌프 스폿에 대한 적합한 직경은 100 내지 300 미크론의 범위내에 있다. 빔 형성 광학기기는 마이크로렌즈, 굴절률 분포형 렌즈(gradient index lens), 또는 그러한 광학 엘리먼트의 조합일 수 있다. 효율이 단순성 및 소형화를 위해 희생될 수 있을 때 빔 형성 광학기기(3)는 제거될 수 있다. 어셈블리(3)의 다른 파트는 다이오드 레이저(1)의 스펙트럼 방출을 협대화하는데에 사용된 볼륨 브래그 격자일 수 있다. 펌프 레이저의 스펙트럼 출력의 협대화는 레이저 시스템의 효율을 위해 유익할 있다. 이러한 스펙트럼 협대화를 달성하는 방법은 예를 들어, L. Glebov.의 페이퍼, "Optimizing and Stabilizing Diode Laser Spectral Parameters." Photonics Spectra, 2005년 1월에 기술되어 있다. 1 illustrates a preferred embodiment of the present invention. The pump diode laser 1 emits a beam 2 at a wavelength between 800 and 900 nm, for example ˜808 nm or 885 nm, for efficient absorption by the gain material (element) 8. The beam 2 is often astigmatism and the beam shaping optics 3 beam the pump beam 2 such that the beam 4 forms a circular cross section of the desired diameter on the surface 7 of the gain medium 8. It is advantageous to be used to convert to 4). This type of pumping arrangement is known in the art and can effectively overlap the pump area within the gain element with an internal cavity circularizing beam, which must be a single spatial mode (or TEM 00 ) for efficient nonlinear frequency doubling. Suitable diameters for the pump spots on the gain element 8 are in the range of 100 to 300 microns. The beamforming optics can be a microlens, a gradient index lens, or a combination of such optical elements. The beam shaping optics 3 can be eliminated when efficiency can be sacrificed for simplicity and miniaturization. Another part of the assembly 3 may be a volume Bragg grating used to narrow the spectral emission of the diode laser 1. The narrowing of the spectral output of the pump laser may be beneficial for the efficiency of the laser system. Methods of achieving such spectral narrowing are described, for example, in paper by L. Glebov., "Optimizing and Stabilizing Diode Laser Spectral Parameters." Photonics Spectra, described in January 2005.

그러나, 높은 레이저 소스 효율을 생성하는 것은 본 발명의 핵심 장점이다. 효율을 최대화하기 위해, 사파이어, 언도핑된 YVO4 또는 언도핑된 YAG와 같은 높은 열전도성을 갖는 투명한 광재료(6)가 사용된다. 따라서, 엘리먼트(6)는 이득 엘리먼트(8)에 결합되고 히트 싱크로서 동작한다. 표면(5, 7)은 펌프 레이저 파장, 예를 들어, 808nm에서 높은 전도성을 위해 코팅된다. 표면(7)의 코팅은 또한 1064nm와 같은 기본적인 레이저 파장에서 높은 반사도를 제공하고, 고체 상태 레이저 캐비티의 제1 거울로서 동작한다. 이러한 코팅은 고체 상태 재료(8)에 의해 지지된 바람직한 파장, 예를 들어, 1342nm에서 레이징을 위해 선택될 수 있다. 이러한 예에서, 주요한 레이저 트랜지션 파장(Nd:YVO4 펌프 레이저의 경우에는 1064nm)에서 제 1 거울(70) 또는 제2 캐비티 거울(12)의 반사도를 감소시키도록 주의해야 한다. 엘리먼트(6)로서 사용되기에 적합한 광투과 히트 싱크 재료의 일부 예는 사파이어, 언도핑된 YVO4 또는 언도핑된 YAG를 포함한다. 이러한 엘리먼트중에서, 사파이어는 그 높은 열전도성 및 Nd:YVO4 에 대한 양호한 열 팽창 매치로 인해 히트 싱킹에 가장 효율적이다. 이러한 레이저 설계의 저전력 버전 (1W의 흡수된 펌프 전력 보다 적음)에서, 구리 또는 다른 높은 열전도성 금속 마운트상에 이득 엘리먼트를 장착하는 것과 같은 전통적인 히트 싱킹 방법이 수용가능하고 또한 본 발명의 범위내에 포함되어 있다. However, creating high laser source efficiency is a key advantage of the present invention. To maximize the efficiency, a transparent mineral material 6 having high thermal conductivity such as sapphire, undoped YVO 4 or undoped YAG is used. Thus, element 6 is coupled to gain element 8 and acts as a heat sink. Surfaces 5 and 7 are coated for high conductivity at pump laser wavelengths, for example 808 nm. The coating of surface 7 also provides high reflectivity at the fundamental laser wavelength, such as 1064 nm, and acts as the first mirror of the solid state laser cavity. This coating may be selected for lasing at the desired wavelength supported by the solid state material 8, for example 1342 nm. In this example, care must be taken to reduce the reflectivity of the first mirror 70 or the second cavity mirror 12 at the main laser transition wavelength (1064 nm in the case of Nd: YVO 4 pump laser). Some examples of light transmissive heat sink materials suitable for use as element 6 include sapphire, undoped YVO 4 or undoped YAG. Among these elements, sapphire is most efficient for heat sinking due to its high thermal conductivity and good thermal expansion match for Nd: YVO 4 . In the low power version of this laser design (less than the absorbed pump power of 1 W), traditional heat sinking methods such as mounting gain elements on copper or other high thermally conductive metal mounts are acceptable and within the scope of the present invention. It is.

이득 매체(8)는 엘리먼트(8)가 레이저 캐비티에 대한 이득 및 편광 제어 모두를 제공하도록 NdYVO4 또는 NdGdVO4와 같이 일축에서 보다 높은 이득을 갖는 Nd 도핑된 엘리먼트인 것이 바람직하다. 본 발명에서 레이저 효율을 최대화하기 위한 Nd 도핑의 레벨은 보통 0.5% 내지 3% atm(원자퍼센트)의 범위에 있을 것이다. 엘리먼트(8)는 또한 열 렌징 효과 및 이득 가이딩을 통한 플랫-플랫 레이저 캐비티내의 트랜스버스 모드 제어를 제공한다. The gain medium 8 is preferably an Nd doped element with a higher gain in one axis, such as NdYVO 4 or NdGdVO 4 such that the element 8 provides both gain and polarization control for the laser cavity. In the present invention, the level of Nd doping to maximize the laser efficiency will usually be in the range of 0.5% to 3% atm (atomic percent). Element 8 also provides transverse mode control in a flat-flat laser cavity via thermal lensing effect and gain guiding.

비선형 결정(10)은 2차 하모닉 파장(보통, 가시적이다)에서 그리고 1차 파장(즉, 근적외선) 모두에서 신뢰할만한 결정 동작을 보장하는 도핑되거나 화학량적인 비선형 재료의 패밀리에 속하는 주기적 분극 비선형 결정이다. 구체적으로, 이러한 재료는 PPMgOLN(주기적 분극 MgO 도핑된 LiNbO3), PPMgOLT(주기적 분극 MgO 도핑된 LiTaO3), PPZnOLN(주기적 분극 ZnO 도핑된 LiNdO3), PPZnOLT(주기적 분극 ZnO 도핑된 LiTaO3), PPSLN(주기적 분극 화학량적인 리튬 니오베이트) 또는 PPSLT(주기 적 분극 화학량적인 리튬 탄탈레이트)를 포함한다. 도핑 및 화학량의 레벨은 광굴절 손상 및 가시광선 유도 적외선 흡수(또한 각각 녹색광 및 청색광에 대한 GRIIRA 및 BLIIRA로서 알려져 있다)와 같은 광 열화효과를 억제하도록 선택된다. 이러한 주제에 대한 최근 논의는 Y. Furukawa, K. Kitamura, A. Alexandrovski, R.K. Route, M.M. Fejer, G. Foulon의 "Green-induced infrared absorption in MgO doped LiNbO3" Applied Physics Letters, vol. 78, p. 1970 (2001) 페이퍼에서 볼 수 있다. 이러한 주기적 분극 결정을 대략 제조하기 위한 방법은 본 출원과 동일한 양수인에 양도된 미국 특허 출원 2005/0,133,477호에 본 발명의 공동 발명자중 하나인 S. Essaian에 의해 기술되어 있다. Nonlinear crystal 10 is a periodic polarized nonlinear crystal belonging to a family of doped or stoichiometric nonlinear materials that ensure reliable crystal behavior both at the secondary harmonic wavelength (usually visible) and at the primary wavelength (ie near infrared). . Specifically, these materials include PPMgOLN (periodic polarization MgO doped LiNbO 3 ), PPMgOLT (periodic polarization MgO doped LiTaO 3 ), PPZnOLN (periodic polarization ZnO doped LiNdO 3 ), PPZnOLT (periodic polarization ZnO doped LiTaO 3 ) PPSLN (cyclic polarization stoichiometric lithium niobate) or PPSLT (cyclic polarization stoichiometric lithium tantalate). The level of doping and stoichiometry is chosen to suppress light degradation effects such as photorefractive damage and visible light induced infrared absorption (also known as GRIIRA and BLIIRA for green and blue light, respectively). Recent discussion on this topic is described in Y. Furukawa, K. Kitamura, A. Alexandrovski, RK Route, MM Fejer, G. Foulon, "Green-induced infrared absorption in MgO doped LiNbO 3 " Applied Physics Letters, vol. 78, p. Seen in 1970 (2001) paper. A method for making such periodic polarized crystals is described by S. Essaian, one of the co-inventors of the present invention, in US Patent Application 2005 / 0,133,477, assigned to the same assignee as the present application.

비선형 결정(10)의 폴링 주기는 기본 빔의 2차 하모닉 생성의 효율을 최대화하기 위해 선택된다. 예를 들어, 532nm로의 1064nm의 주파수 더블링에 대한 PPMgOLN의 폴링 주기는 대략 7 미크론이다. 이러한 재료에 대한 효과적인 비선형 계수는 대략 16pm/V이고 완벽한 격자 구조 및 재료 화학량적인 균일성이 달성될 때 20pm/V로 높을 수 있다. 비선형 결정의 높은 비선형성 및 높은 신뢰도는 본 발명의 레이저 시스템의 핵심 장점이다. 비선형 변환의 효율이 비선형 계수의 제곱과 비례하기 때문에 KTP(녹색 파장으로의 변환에 대해 ~3.5pm/V) 또는 LBO(~1pm/V)와 같은 전통적인 재료 대신에 PPMgOLN과 같은 재료를 사용하면 전통적인 벌크 재료보다도 소형화하고, 보다 저전력이고 보다 높은 파워 출력 시스템을 구성하는 것이 가능하다. 예를 들어, KTP에 비해 주기적 분극 재료를 사용하는 추가적인 이점은 오직 기본 빔의 단일 편광만이 2차 하모닉 생성 프로세스를 위해 필요하다는 것이다. KTP(녹색 파장 범위로의 SHG에 대해 가장 널리 사용되는 결정)에서, 기본파장에서의 2개의 직교 편광은 결정에서 여기되어야 하고(이것은 소위 타입-II 위상 매칭된 SHG를 구성한다), 이것은 내부 공동 레이저 빔의 편광소멸에 대한 가능성을 생성하고, 따라서, 파워 및 효율 모두의 손실에 대한 가능성을 생성한다. The polling period of the nonlinear crystal 10 is chosen to maximize the efficiency of the second harmonic generation of the base beam. For example, the polling period of PPMgOLN for frequency doubling of 1064 nm to 532 nm is approximately 7 microns. The effective nonlinear coefficient for this material is approximately 16 pm / V and can be as high as 20 pm / V when perfect lattice structure and material stoichiometric uniformity are achieved. High nonlinearity and high reliability of nonlinear crystals are key advantages of the laser system of the present invention. Because the efficiency of nonlinear conversion is proportional to the square of the nonlinear coefficient, using a material such as PPMgOLN instead of traditional materials such as KTP (~ 3.5 pm / V for conversion to green wavelength) or LBO (~ 1 pm / V) It is possible to make a smaller size than the bulk material, and to configure a lower power and higher power output system. For example, an additional advantage of using cyclic polarization materials over KTP is that only a single polarization of the primary beam is needed for the second harmonic generation process. In KTP (the most widely used crystal for SHG in the green wavelength range), the two orthogonal polarizations at the fundamental wavelength must be excited in the crystal (this constitutes a so-called type-II phase matched SHG), which is an internal cavity It creates a possibility for the polarization extinction of the laser beam, and thus a possibility for the loss of both power and efficiency.

높은 신뢰도를 위해 최적의 도핑 및 화학량을 사용하면 비선형 결정의 열화를 억제하도록 비선형 결정을 가열하기 위한 고비용이고 공간 소비적인 오븐을 사용할 필요없이 신뢰할만한 레이저 제품을 제조하는 것이 가능하다. 결국, 본 발명의 실시예에서 사용되는 PPMgOLN 및 다른 결정의 대량 제조에 의해 대량 가전 시장에 대한 소형의 가시 레이저의 대량 생산이 가능하다. 직접 반도체 다이오드 레이저로부터 가용하지 않은 색상이 달성될 수 있다는 것을 지적하는 것은 중요하다. Using optimal doping and stoichiometry for high reliability, it is possible to produce reliable laser products without the need to use expensive and space-consuming ovens for heating nonlinear crystals to suppress deterioration of the nonlinear crystals. As a result, the mass production of PPMgOLN and other crystals used in the embodiments of the present invention enables the mass production of small visible lasers for the mass consumer market. It is important to point out that colors not available directly from semiconductor diode lasers can be achieved.

논-주기(처핑됨) 또는 논-패럴렐 (팬아웃) 폴링 패턴을 가진 비선형 결정을 사용하는 것은 본 발명의 범위내에 있다. PPMgOLN과 같은 본 발명의 고효율의 재료에 의해 제공된 또 다른 장점은 이들이 설계 헤드룸을 제공한다는 것이다. 이것은 효과적인 비선형성이, 생성된 2차 하모닉 파워내의 상당한 패널티 없이 2차 하모닉 생성에 대한 각도 수용 대역폭 또는 온도와 같은 다른 파라미터에 대해 상충될 수 있다는 것을 의미한다. 그 이유는 상기 레이저가 1차 파장에서 방출할 수 있는 최대량의 파워에 의해 내부 공동 2차 하모닉 생성이 제한될 수 있기 때문이다. 이것은 Smith에 의해, (R. Smith, "Theory of intracavity optical second-harmonic generation", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 6, p. 215, (1970)에 기술되어 있다. 레이저 한계에 도달된 후에, 결정 비선형, 길이, 또는 빔 포커싱을 증가시키는 것에 의해서는 2차 하모닉 파워에서의 아무런 추가 증가도 달성할 수 없다. 종래의 벌크 비선형 결정이 보통 지속파 레이저 동작에서 이러한 상황에 결코 도달하지 않지만, 본 발명의 높은 비선형성 주기적 분극 결정은 그것에 도달한다. 결과적으로, 이로 인해 비선형 결정 길이를 감소시킴으로써, 폴링 패턴을 수정함으로써, 그리고 특히 전체 어셈블리가 전체적으로 제어될 때에도 그 고유의 열 경화로 인해 일부 효율 한계를 제공하는 저비용의, 모놀리식 마이크로칩 레이저 캐비티 어셈블리를 사용함으로써 레이저 비용 및 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 비선형 결정(10)은 예를 들어, 화학적으로 활성화된 직접 결합에 의해 레이저 이득 엘리먼트(8)에 결합된다. 비선형 결정의 입력 표면(9)은 1차 파장에서 높은 전도성 및 2차 하모닉 파장에서 높은 반사율을 보장하기 위한 코팅을 가진다. 이러한 배열은 또한 생성된 가시광선이 이득 엘리먼트에 입사되는 것을 방지하고, 이러한 입사는 레이저 동작에 해로울 수 있다. 본 발명에 바람직한, 에폭시가 없는 결합은 최근에 상당한 진보를 보이고 있고 따라서 여기에 개시된 모놀리식 어셈블리가 용이하게 제조가능하다는 것에 주목해야 한다. 직접 결합 기술의 리뷰는 여기에 통합되어 개시된 C. Myatt, N. Traggis 및 K. Dessau 페이퍼인 "Optical contacting grows more robust", Laser Focus World, January 2005, p. 95에서 발견될 수 있다. It is within the scope of the present invention to use nonlinear crystals with non-periodic (chirped) or non-parallel (fanout) polling patterns. Another advantage provided by the high efficiency materials of the present invention, such as PPMgOLN, is that they provide design headroom. This means that effective nonlinearity can be compromised for other parameters such as angular acceptance bandwidth or temperature for secondary harmonic generation without significant penalty in the generated secondary harmonic power. This is because the internal cavity secondary harmonic generation can be limited by the maximum amount of power the laser can emit at the primary wavelength. This is described by Smith (R. Smith, "Theory of intracavity optical second-harmonic generation", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 6, p. 215, (1970). After the laser limit is reached, No further increase in secondary harmonic power can be achieved by increasing the crystal nonlinearity, the length, or the beam focusing .. Conventional bulk nonlinear crystals never reach this situation in normal wave laser operation, but The high nonlinear cyclic polarization crystal of the invention reaches it, as a result of which there are some efficiency limitations by reducing the nonlinear crystal length, by modifying the polling pattern, and especially because of its inherent thermal curing even when the entire assembly is controlled as a whole. Low cost, monolithic microchip laser cavity assemblies provide improved laser cost and performance Thus, in a preferred embodiment, the nonlinear crystal 10 is bonded to the laser gain element 8 by, for example, chemically activated direct coupling, the input surface 9 of the nonlinear crystal is first order. It has a coating to ensure high conductivity at wavelength and high reflectance at the second harmonic wavelength This arrangement also prevents the generated visible light from entering the gain element, which can be detrimental to laser operation. It should be noted that the epoxy-free bonds, which are preferred for, have made significant advances in recent years and thus the monolithic assemblies disclosed herein can be readily manufactured.A review of the direct bond technology is incorporated herein by reference C. Myatt, N Traggis and K. Dessau paper "Optical contacting grows more robust", Laser Focus World, January 2005, p. 95.

비선형 결정의 출력 표면(12)은 상기 캐비티의 제2 거울로서 기능한다. 따라서, 1차 레이저 파장에서 높은 반사도를 위해 그리고 2차 하모닉 파장에서의 높은 전도성을 위해 코팅되는 것이 바람직하다. 설명된 배열의 길이방향이고 측방향인 치수는 레이저 설계의 분야에서 알려진 바와 같이 고효율을 위해 최적화된다. 비선형 결정 길이는 532nm (녹색) 파장에서 수백 밀리와트의 전력을 얻기 위해 5mm를 초과할 필요가 없다는 것이 발견되었다. 광선(11)은 1차 파장에서 내부 공동 레이저 빔을 나타낸다. 이러한 광선은 이득 엘리먼트(8)로부터 멀어지는 방향으로 전파되는 캐비티 모드를 설명한다. 후방 전파 캐비티 모드는 이러한 전방 전파 빔을 오버랩하고 따라서 도시되지 않았다. 유사하게, 2차하모닉 빔은 전방 및 후방 모두에서 생성된다. 후방 생성된 2차 하모닉 빔은 광표면(9)에 의해 반사되고 전방 생성된 2차 하모닉 빔과 재조합되어 단일 빔(13)이 레이저 캐비티를 나온다. The output surface 12 of the nonlinear crystal serves as the second mirror of the cavity. Therefore, it is desirable to coat for high reflectivity at the primary laser wavelength and for high conductivity at the secondary harmonic wavelength. The longitudinal and lateral dimensions of the described arrangement are optimized for high efficiency as is known in the art of laser design. It has been found that the nonlinear crystal length need not exceed 5 mm to obtain hundreds of milliwatts of power at 532 nm (green) wavelength. Ray 11 represents an internal cavity laser beam at the primary wavelength. These rays describe the cavity mode propagating away from the gain element 8. The rear propagation cavity mode overlaps this front propagation beam and thus is not shown. Similarly, secondary harmonic beams are produced both in the front and in the rear. The rear generated secondary harmonic beam is reflected by the light surface 9 and recombined with the secondary harmonic beam generated forward so that a single beam 13 exits the laser cavity.

전방 및 후방 생성 2차 하모닉 빔이 모두 서로 코히어런트하기 때문에 (즉, 한정된 위상 관계를 갖고 있기 때문에, 이들은 서로 광학적으로 간섭할 수도 있어, 다소 비선형 변환의 효율을 감소시킨다. 이러한 문제를 극복하는 몇가지 방법은 본 발명에서 사용되는 것이다. 한 방법은 결정 온도(가능한 한 보강 간섭에 가깝게 하도록 간섭을 최대화하는 것과 비선형 변환 효율을 최대화하는 것 사이의 최적포인트)를 제어하는 것이다. 적합한 온도는 약 20℃로부터 약 80℃의 범위에 있고 비선형 결정 아래에 위치된 저비용 저항성 히터 엘리먼트의 도움으로 용이하게 달성될 수 있다. 레이저 캐비티가 복수의 길이방향 모드에서 동작할 정도로 충분히 길 때, 또 다른 방법은 (부분적으로) 상쇄 간섭에서 자체를 구별하는 일부 길이방향의 모드에 의존하는 것이며, 반면, 다른 모드는 보강 간섭을 통해 전체 2차 하모닉 출력을 강화한다. 다수의 길이방향의 모드 레이저에서, 이것은 보강 간섭에서 유리 한 모드가 가장 효율적으로 아웃커플링될 것이므로 자동적으로 달성된다. Because both the front and rear generated secondary harmonic beams are coherent with each other (ie because they have a finite phase relationship, they may optically interfere with each other, thus somewhat reducing the efficiency of nonlinear conversion. Several methods are used in the present invention: One method is to control the crystal temperature (the optimum point between maximizing interference and maximizing nonlinear conversion efficiency to be as close as possible to constructive interference). It can be easily achieved with the aid of a low cost resistive heater element in the range from 0 ° C. to about 80 ° C. and positioned under a nonlinear crystal When the laser cavity is long enough to operate in a plurality of longitudinal modes, another method is ( Relying in part on some longitudinal mode which distinguishes itself in destructive interference It said, on the other hand, another mode is to strengthen the whole second harmonic output from the constructive interference. In mode laser having a plurality of longitudinal direction, which is because it will be a mode ring most efficiently out coupling advantageous in the constructive interference is automatically achieved.

그러나, 본 발명의 마이크로칩 어셈블리에 대한 또다른 이점은 쉽게 핸들링되고 다른 결정에 결합되기에 충분히 두꺼운 주기적 분극 결정을 이용할 수 있다는 것이다. 최근까지, 공통적으로 수용된 의견은 이 PPMgOLN과 같은 재료는 기껏해야 청-녹색으로 변환을 위해 박막 웨이퍼(0.5mm 이하의 두께)에서만 분극될 수 있고, 실제로 연구실환경이 아닌, 생산시에는 전혀 분극될 수 없다는 것이었다. 지금, 공개 미국특허출원 2005/0,133,477에서 S. Essaian에 의해 기술된 방법을 사용하여, 고수율로 1mm의 두께로 결정을 제조하는 것이 가능하다. 이것은 마이크로칩 레이저를 구축하는 데에 현저한 이점이다. 따라서, 결정 기술에서의 이러한 최근의 성취를 이용하여, 그의 성능: 즉, 파워, 효율, 신뢰성, 및 비용에서의 기존의 플랫폼을 능가하는 새로운 레이저 플랫폼을 얻을 수 있다.However, another advantage of the microchip assembly of the present invention is that it can utilize periodic polarized crystals that are thick enough to be easily handled and bonded to other crystals. Until recently, a common accepted comment was that this PPMgOLN-like material could be polarized only on thin-film wafers (less than 0.5 mm thick) to convert to blue-green at best, and not at all in production, not in the lab environment. It could not be. Now, using the method described by S. Essaian in published US patent application 2005 / 0,133,477, it is possible to produce crystals with a thickness of 1 mm in high yield. This is a significant advantage in building microchip lasers. Thus, using this recent achievement in crystal technology, it is possible to obtain new laser platforms that outperform existing platforms in their performance: power, efficiency, reliability, and cost.

도 2 및 후속하는 도면에 예시된 본 발명의 실시예에 관해, 다수의 엘리먼트와 그의 기능들은 도 1에 예시된 실시예에서의 것과 기본적으로 유사하다. 따라서, 유사점이 도 1의 설명으로부터 이해될 수 있지만, 상기의 차이점은 상기 실시예들의 후속하는 기술에서 강조될 것이다.With respect to the embodiment of the invention illustrated in FIG. 2 and the subsequent figures, many elements and their functions are basically similar to those in the embodiment illustrated in FIG. Thus, although similarity can be understood from the description of FIG. 1, the above differences will be emphasized in the following description of the embodiments.

도 2의 실시예는 이득 매체(도 2의 엘리먼트 15)가 더 높은 이득을 가능하게 하기 위해 편광을 위한 바람직한 방향을 가지지 못할 때 특히 유용하다. 이러한 이득 매체의 공지된 예로는 Nd:YAG가 있다. Nd:YAG를 이용하는 하나의 이점은 Nd:YVO4 또는 Nd:GdVO4로는 가용하지 않은 946nm와 같은, 레이저 파장을 제공할 수 있다는 것이다. 이것은 예를 들면 473nm 파장에서 청색과 같은 비선형 주파수 변환에 의해 다른 색상을 얻는 데에 바람직하다. 이득 재료는 또한 Yb:유리 또는 Nd:유리, Yb:YAG 유리와 같은 유리기반 재료, 결정 및 유리 기반의 기타 재료가 될 수 있다.The embodiment of FIG. 2 is particularly useful when the gain medium (element 15 of FIG. 2) does not have the preferred direction for polarization to enable higher gain. A known example of such a gain medium is Nd: YAG. One advantage of using Nd: YAG is that it can provide a laser wavelength, such as 946 nm, which is not available with Nd: YVO 4 or Nd: GdVO 4 . This is desirable for obtaining different colors by nonlinear frequency conversion, such as blue, for example, at 473 nm wavelength. The gain material may also be a glass based material such as Yb: glass or Nd: glass, Yb: YAG glass, crystals and other materials based on glass.

도 1의 실시예에서 기술된 다수의 엘리먼트와 기술방법이 도 2에 적용할 수 있지만, 도 2의 설계는 이득 매체와는 상이한 수단을 통해 편광 제어를 제공한다. 편광 제어는 2차-하모닉 생성 프로세스가 편광에 민감하기 때문에 레이저 설계의 필수적인 부분이다. 본 발명의 저비용, 소형 설계 개념을 유지하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예는 추가적인 복굴절 엘리먼트(16)를 활용한다. 엘리먼트(16)는 내부 공동 레이저 설계에 적합한 복굴절 결정이고, 상기 결정에 의해 지지되는 2 개의 편광 사이의 커다란 워크오프를 제공하기위한 각도에서 커팅된다. 엘리먼트(16)에 사용하기에 적절한 재료의 예로는 도핑되지 않은 이트륨 바나듐산염(YV04)이 있다. 결정(16)에서의 워크오프는 예를 들면 애퍼처(18)를 이용함으로써 2개의 편광 사이를 구별하는 데에 사용될 수 있으며, 이는 원하지 않는 편광에 대해 더 높은 손실을 가져온다. 도 2에서의 예시가 개별 엘리먼트(15: 이득 결정), (16: 워크오프 생성을 위한 편광 제어 결정), (18: 애퍼처), 및 (19: 비선형 결정)를 도시하였지만, 그것들은 또한 모놀리식 어셈블리로 결합될 수 있다. 이 경우, 현저한 워크오프가 상기 애퍼쳐가 수동으로, 즉 레이저가 켜지기 전에 정렬될 수 있도록 설계될 수 있다.Although a number of elements and techniques described in the embodiment of FIG. 1 can be applied to FIG. 2, the design of FIG. 2 provides polarization control through different means than the gain medium. Polarization control is an essential part of laser design because the second-harmonic generation process is sensitive to polarization. In order to maintain the low cost, compact design concept of the present invention, one preferred embodiment of the present invention utilizes an additional birefringent element 16. Element 16 is a birefringent crystal suitable for internal cavity laser design and is cut at an angle to provide a large walkoff between the two polarizations supported by the crystal. An example of a material suitable for use with element 16 is undoped yttrium vanadate (YV0 4 ). The walkoff in crystal 16 can be used to distinguish between two polarizations, for example by using aperture 18, which results in a higher loss for unwanted polarizations. Although the example in FIG. 2 shows individual elements 15 (gain determination), (16: polarization control determination for walkoff generation), (18: aperture), and (19: nonlinear crystal) It can be combined into a noisy assembly. In this case, a significant walkoff can be designed such that the aperture can be aligned manually, ie before the laser is turned on.

2개의 편광 사이를 구별하기 위한 또다른 방식은 비선형 결정(도면에 도시되지 않음)의 우측상에 구형 거울 또는 렌즈를 사용하여, 상기 편광 중 하나가 한 면 상의 렌즈 또는 거울에 의해 정의되고, 다른 면 상에서는 이득 애퍼처에 의해 정의된 광학축에 대해 정렬로부터 벗어나도록 한다. 상기 개념은 기본적으로 원하지 않는 편광에 대해 더 높은 손실을 제공하는 면에서 애퍼처를 가진 실시예와 유사하다. 도 2에 도시된 다른 엘리먼트 및 코팅은 도 1의 것들과 유사하다.Another way to distinguish between two polarizations is to use a spherical mirror or lens on the right side of a nonlinear crystal (not shown in the figure), where one of the polarizations is defined by a lens or mirror on one side and the other On the plane it deviates from alignment with respect to the optical axis defined by the gain aperture. The concept is basically similar to the embodiment with apertures in that it provides a higher loss for unwanted polarization. The other elements and coatings shown in FIG. 2 are similar to those of FIG. 1.

도 3의 설계는 특히 상기 이득 매체(도 2의 엘리먼트(15))가 더 높은 이득으로 편광을 위한 바람직한 방향을 가지지 못할 때 특히 유용하다는 면에서 도 2의 설계와 유사하다. 효율적인 비선형 주파수 더블링을 위한 레이저 편광을 제어하기 위해, 상기 설계는 내부공동 브루스터 표면(52)에 기초하며, 이는 코팅되지 않은 상태로 남겨질 수 있다. 추가적인 엘리먼트를 부가하지 않고서 캐비티에 브루스터 표면을 얻기위한 한가지 방법은 브루스터 각도에서 이득 결정(51)을 커팅하는 것이다. 브루스터 표면은 p-편광 광에 대해서는 고 전도성을 s-편광 광에 대해서는 저 전도성을 가진다. 이러한 사실은 레이저 캐비티를 형성하기 위해 적절한 각도로 상기 이득 결정을 틸팅하는 데에 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 결정은 다른 도면보다 더 얇아 보인다. 이것은, 브루스터 표면이 나타날때, 주기적 분극 결정의 더 얇은 단면(웨이퍼)이 일반적으로 도면의 수평면에 있다는 사실을 나타내기 위한 것이다. 도 3에 예시된 것과 유사한 설계가 과거에 사용되었지만(예를 들면 국제특허출원 WO2005/036,703)을 참조), 본 발명에서 교시된 고신뢰성, 주기적 분극 결정의 이점을 가지지 못한다.The design of FIG. 3 is similar to the design of FIG. 2, in particular useful when the gain medium (element 15 of FIG. 2) does not have the desired orientation for polarization with higher gain. In order to control the laser polarization for efficient nonlinear frequency doubling, the design is based on the hollow cavity Brewster surface 52, which can be left uncoated. One way to obtain the Brewster surface in the cavity without adding additional elements is to cut the gain determination 51 at the Brewster angle. The Brewster surface has high conductivity for p-polarized light and low conductivity for s-polarized light. This fact can be used to tilt the gain determination at an appropriate angle to form a laser cavity. The crystal shown in FIG. 3 looks thinner than the other figures. This is to indicate that when the Brewster surface appears, the thinner cross section (wafer) of the periodic polarization crystal is generally in the horizontal plane of the figure. Designs similar to those illustrated in FIG. 3 have been used in the past (see, eg, international patent application WO2005 / 036,703), but do not have the advantages of the high reliability, periodic polarization crystals taught in the present invention.

도 3은 내부 공동 브루스터 표면을 가진 컴포넌트 배치의 하나의 가능성 있는 시나리오를 도시할 뿐임을 이해해야 한다. 도 1에서와 같이, 상기 설계는 예를 들면, 일정한 각도에서 비선형 결정(10)의 표면(54)을 커팅하고, 상기 이득 엘리먼트와 비선형 결정을 결합함으로써 모놀리식으로 구축될 수 있다. 이 경우, 상기 브루스터 각 커팅이 광학소자(51, 10) 사이에서의 인터페이스를 위해 설계될 수 있고, 이는 상기 소자들 중 어느 하나와 공기 사이의 인터페이스를 위한 것은 아니다.It is to be understood that FIG. 3 only illustrates one possible scenario of component placement with an internal cavity Brewster surface. As in FIG. 1, the design can be built monolithically, for example, by cutting the surface 54 of the nonlinear crystal 10 at a constant angle and combining the gain element with the nonlinear crystal. In this case, the Brewster angular cut may be designed for an interface between the optical elements 51, 10, which is not for the interface between any of the elements and air.

도 4에 도시된 실시예는 2차 하모닉 파워 추출의 최적화를 도시하고 다루기 위한 것이다. 도 1에 대한 기술에서 논의된 것과 같이, 2차 하모닉 광은 2 개의 대향하는 전파 방향에서 생성된다. 다수의 경우에, 후방 생성 빔은 상기 후방 생성 빔에 대해 고반사 거울 코팅을 통해 전방 생성 빔과 재결합될 수 있고, 상기 2 개의 빔 사이의 가능한 상쇄간섭이 다중-길이 방향 모드의 동작을 이용함으로써 열조정에 의해 방지될 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 도 4에 도시된 설계를 사용하는 것이 보다 효율적이다.The embodiment shown in FIG. 4 is for illustrating and dealing with the optimization of the second harmonic power extraction. As discussed in the description of FIG. 1, secondary harmonic light is generated in two opposing propagation directions. In many cases, the rear generation beam can be recombined with the front generation beam via a high reflection mirror coating for the rear generation beam, and possible cancellation of interference between the two beams by using an operation in a multi-length direction mode. Can be prevented by thermal adjustment. In some cases, however, it is more efficient to use the design shown in FIG.

엘리먼트(23)는 1차 및 2차 하모닉 빔 모두의 편광을 회전시키는 파장판(예를 들면 석영으로 만들어진)이다. 상기 설계에서, 상기 파장판은 상기 1차 빔의 편광이 단일 통과후에 90도까지 회전되고, 단일 통과후에 2차 하모닉 빔의 편광이 45도까지 회전되도록 선택된다. 이러한 유형의 파장판을 듀얼 파장판이라고 하며, 상업적으로 가용하다. 표면(23)은 1차 및 2차 하모닉 빔 모두에 대해 무반사 코팅된다. 표면(22)은 1차 빔에 대해 무반사 코팅되고, 2차 하모닉 빔에 대해 고반사 코팅된다. 상기 1차 광이 하나의 캐비티 라운드 트립시 파장판을 2번 횡단하기 때문에, 자신의 편광은 변하지 않고, 따라서 파장판은 1차 레이저의 동작을 교란하지 못한다. 그러나, 또한 파장판을 2번 횡단하는 2차 하모닉 광은 전방 생성 2차 하모닉 빔과 간섭하지 않고 자신의 편광을 직교하는 비선형 결정에 대해 변화시키고, 상기 비선형 결정(10)을 통해 다시 리턴한다(표면(24)은 현재 1차 및 2차 하모닉 빔 모두에 대해 무반사 코팅된다). 상기 설계는 특히 출력 2차 하모닉 빔의 편광이 중요하지 않은 애플리케이션에 유용하다. 이러한 애플리케이션으로는 프로젝션 디스플레이에 본 발명의 레이저를 이용하는 것이 있고, 이는 디지털 광처리 기술에 기반을 둔 것이다.Element 23 is a wave plate (for example made of quartz) that rotates the polarization of both the primary and secondary harmonic beams. In the design, the waveplate is selected such that the polarization of the primary beam is rotated by 90 degrees after a single pass, and the polarization of the secondary harmonic beam is rotated by 45 degrees after a single pass. This type of wave plate is called a dual wave plate and is commercially available. Surface 23 is antireflective coated for both primary and secondary harmonic beams. Surface 22 is antireflective coated for the primary beam and highly reflective coated for the secondary harmonic beam. Since the primary light traverses the waveplate twice in one cavity round trip, its polarization does not change, so the waveplate does not disturb the operation of the primary laser. However, the secondary harmonic light that also traverses the waveplate twice changes for nonlinear crystals that orthogonally polarize their polarization without interfering with the forward generated secondary harmonic beams and returns back through the nonlinear crystals 10 ( Surface 24 is now antireflective coated for both primary and secondary harmonic beams). This design is particularly useful for applications where polarization of the output secondary harmonic beam is not critical. One such application is the use of the laser of the present invention in projection displays, which is based on digital light processing technology.

도 5의 실시예는 바람직하지 않은 파장판의 사용시 후방 생성 2차 하모닉 빔을 추출하기 위한 또다른 방법을 도시한다. 상기 추출은 지금 코팅된 튜닝 거울(28)을 통해 수행되며, 이것은 2차 하모닉 광에 대해 고반사성과 1차 광에 대한 고 전도성을 가진다. 도 5의 터닝 거울 설계가 도 4의 파장판 설계에 비해 바람직한 경우의 한가지 예로는 상기 레이저 편광이 상기 이득 엘리먼트(6)에 의해 고정되지 않을때, 예를 들면 Nd:YAG가 사용될 때이다. 이 경우, 효율적인 2차 하모닉 변환을 제공한다면, 또한 레이저가 원하는 편광에서만 동작하도록 엘리먼트(28)의 코팅시 편광 구별을 설계할 수 있다. 방향 재설정, 후방생성 2차 하모닉 빔(30)은 또다른 거울에 의해 다시 방향이 재설정되어, 그것은 전방 생성 2차 하모닉 빔과 동일한 방향으로 진행한다. 도 4의 설계와는 달리, 상기 설계는 선형적으로 편광된 2차 하모닉 빔을 산출한다. 이것은 LCD 또는 LCOS와 같은 액정 공간 광 변조기 에 기초한, 프로젝션 디스플레이에 대해 레이저를 사용하는 것과 같은 애플리케이션에 바람직하다.The embodiment of FIG. 5 illustrates another method for extracting back-generated secondary harmonic beams in the use of undesirable waveplates. The extraction is carried out through a tuning mirror 28 which is now coated, which has high reflectivity for secondary harmonic light and high conductivity for primary light. One example where the turning mirror design of FIG. 5 is preferred over the waveplate design of FIG. 4 is when the laser polarization is not fixed by the gain element 6, for example when Nd: YAG is used. In this case, provided efficient secondary harmonic conversion, one can also design polarization discrimination in the coating of element 28 so that the laser operates only at the desired polarization. The reorientation, post-generated secondary harmonic beam 30 is redirected again by another mirror, which travels in the same direction as the forward-generated secondary harmonic beam. Unlike the design of FIG. 4, the design yields a linearly polarized secondary harmonic beam. This is desirable for applications such as using lasers for projection displays, based on liquid crystal spatial light modulators such as LCDs or LCOS.

도 6의 실시예는 비선형 결정(36)의 표면(37)으로부터 전방 생성 빔을 반사함으로써 전방 및 후방 생성 2차 하모닉 빔을 조합한다. 상기 코팅된 유리 플레이트(35)는 바람직하게는 상기 이득 결정 표면에 대해 45도의 각도로 지향되고, 1차 레이저 파장에서의 고 반사성과 2차 하모닉 파장에서의 고전도성을 위해 코팅된다. 단일, 선형 편광된 2차 하모닉 빔(39)은 표면(35)으로부터 아웃커플링된다. 상술한 바와 같이, 캐비티에서 기울어진 표면을 가지는 것은 편광 선택 코팅을 설계함으로써 편광을 구별하는 것을 보다 용이하게 한다. 이것은 Nd:YAG 이득 결정과 같은, 레이저 편광 방향을 정의하지 못하는 이득 결정에 이점이 있다. 본 발명의 다른 실시예와 유사하게, 본 설계는 모듈러이고, 예를 들면 2차 하모닉 빔의 편광을 회전시키도록 설정된 도 4의 "파장판 설계"와 같은, 다른 실시예에서 예시된 개념과 조합될 수 있다. 일 실시예는 표면(36) 아래 캐비티를 채우기 위해 파장판을 사용하고, 이것은 본 경우에 적절하게 듀얼 밴드로 무반사 코팅된다.The embodiment of FIG. 6 combines the front and rear generating secondary harmonic beams by reflecting the front generating beams from the surface 37 of the nonlinear crystal 36. The coated glass plate 35 is preferably directed at an angle of 45 degrees to the gain crystal surface and coated for high reflectivity at the primary laser wavelength and high conductivity at the secondary harmonic wavelength. The single, linearly polarized secondary harmonic beam 39 is outcoupled from the surface 35. As mentioned above, having a slanted surface in the cavity makes it easier to distinguish polarization by designing a polarization selective coating. This is advantageous for gain determinations that do not define the laser polarization direction, such as Nd: YAG gain determinations. Similar to other embodiments of the present invention, the design is modular and is combined with the concepts illustrated in other embodiments, such as the "wavelength plate design" of FIG. 4 set to rotate the polarization of the secondary harmonic beam. Can be. One embodiment uses a waveplate to fill the cavity below the surface 36, which in this case is suitably dual anti-reflective coated.

도 7에 도시된 구성은 도 1의 설계와 유사하고, 도 2-6의 설계와 조합될 수 있다. 본 실시예에서의 상이한 엘리먼트는 곡면 거울(13)이고, 이는 1차 레이저 파장에서는 고 반사성을, 2차 하모닉 파장에서는 고 전도성을 가진다. 상기 설계는 예시된 다른 설계보다 다소 고비용이지만, 상기 캐비티 횡단 모드의 열적 렌즈의 안정성이 그것이 더 낮은 파워 레벨이 되는 것보다 덜 효율적일 때 고 파워 애플리케이션에 사용될 수 있다. 상기 곡면 거울은 모놀리식이 아닌 배치 뿐만 아니 라 캐비티의 또다른 면에서 사용될 수 있음을 유의하라.The configuration shown in FIG. 7 is similar to the design of FIG. 1 and can be combined with the designs of FIGS. 2-6. The different element in this embodiment is the curved mirror 13, which has high reflectivity at the primary laser wavelength and high conductivity at the secondary harmonic wavelength. The design is somewhat more expensive than the other designs illustrated, but can be used in high power applications when the stability of the thermal lens in the cavity crossing mode is less efficient than it would be at a lower power level. Note that the curved mirror can be used in another aspect of the cavity as well as in a non-monolithic arrangement.

도 1-7에서의 본 발명의 실시예는 지속파(cw) 동작을 위한 저비용 및 소형 레이저 설계를 도시한다. 도 8로부터 명확하게 되는 것과 같이, 펄싱된(수동적으로 Q-스위칭된 또는 수동적으로 락이 걸린 모드) 동작에 대한 소형 및 저비용 설계는 본 발명에 기술된 비선형 결정의 모든 이점을 향유하면서 얻어질 수 있다. 도 8은 포화성 흡수체(71)로의 동작에 대해 변조된 도 5의 설계를 예시한다. 엘리먼트(71)는 적절한 솔리드-상태 또는 반도체 포화성 흡수체이다. 솔리드-상태 포화성 흡수체의 예로는 Cr4 +:YAG(크롬 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛), 및 이것과 기타 포화성 흡수체 결정(V3+:YAG, Co2+:MgAl2O4)가 있다. 반도체 기반 포화성 흡수체의 예로는 에피택셜 성장 단일 양자 우물 또는 복수의 양자 우물(예를 들면 InGaAs 재료 구조에 기반한)이 있다. 양자 우물 흡수체는 또한 분산 브래그 반사소자 또는 DBR로 알려진 에픽택셜 거울 스택과 함께 성장된다. 유사하게, 상기 고체-상태 포화성 흡수체 결정은 2차 캐비티 거울을 정의하기 위해 거울 코팅으로 코팅될 수 있다. 수동 Q-스위칭 및 락이 걸린 모드의 방법은 레이저 설계 기술에서 공지된 것이고, 예를 들면 하기의 참고문헌, R. Paschotta 및 U. Keller, "Ever higher power from mode-locked lasers." Optics and Photonics News, p. 50, 2003년 5월; D-H Lee 외, "Intracavity-doubled self-Q-switched Nd,Cr:YAG 946/473 nm microchip laser,", Chinese Physics Letters, vol. 19, p.504(2002); J. J. Zayhowski, "Passively Q-switched microchip lasers and applications," Rev. Laser Eng., vol 26, p.841(1998)에 기술되어 있다. 또한, 포화성 흡수체 및 이득 엘리먼트는 예를 들면, YAG 결정과 Nd 및 Cr을 함께 도핑함으로써 단일 엘리먼트(26)로 조합될 수 있다. 상기 펄싱된 실시예는 cw 동작이 필요하지 않은 애플리케이션에 이점을 가진다. 상기 펄싱된 레이저 구성의 추가적인 이점은 1차 파장에서의 평균 파워에 비해 펄스에서 훨씬 더 높은 피크 파워가 있다는 것이다. 이것은 2차 하모닉 생성의 효율을 더 증가시키도록 하고, 주기적 분극 비선형 결정에 대한 온도 내구성을 완화시킨다.The embodiment of the present invention in FIGS. 1-7 shows a low cost and compact laser design for continuous wave (cw) operation. As will be apparent from FIG. 8, a compact and low cost design for pulsed (passive Q-switched or manually locked mode) operation can be obtained while enjoying all the advantages of the non-linear crystals described in the present invention. . 8 illustrates the design of FIG. 5 modulated for operation with a saturable absorber 71. Element 71 is a suitable solid-state or semiconductor saturable absorber. Solid-state example of a saturable absorber is Cr + 4: there is a (MgAl 2 O 4 V 3+: : YAG, Co 2+) YAG ( chromium doped yttrium aluminum garnet), and determine this and other saturable absorber. Examples of semiconductor based saturable absorbers are epitaxially grown single quantum wells or a plurality of quantum wells (eg based on InGaAs material structure). Quantum well absorbers are also grown with an epitaxial mirror stack, also known as a distributed Bragg reflector or DBR. Similarly, the solid-state saturable absorber crystals can be coated with a mirror coating to define a secondary cavity mirror. Methods of passive Q-switching and locked mode are known in the art of laser design and are described, for example, in R. Paschotta and U. Keller, "Ever higher power from mode-locked lasers." Optics and Photonics News, p. 50, May 2003; DH Lee et al., “Intracavity-doubled self-Q-switched Nd, Cr: YAG 946/473 nm microchip laser,” Chinese Physics Letters, vol. 19, p. 504 (2002); JJ Zayhowski, "Passively Q-switched microchip lasers and applications," Rev. Laser Eng., Vol 26, p. 841 (1998). In addition, the saturable absorber and gain elements can be combined into a single element 26, for example, by doping the YAG crystal with Nd and Cr together. The pulsed embodiment is advantageous for applications that do not require cw operation. An additional advantage of the pulsed laser configuration is that there is a much higher peak power in the pulse compared to the average power at the primary wavelength. This further increases the efficiency of secondary harmonic generation and mitigates temperature endurance for periodic polarized nonlinear crystals.

또한, 액티브 Q-스위칭을 가진 설계는 캐비티 비용과 복잡도에서의 현저한 증가를 야기하지 않으면서 실현될 수 있다. 주기적 분극 리튬나이오베이트(PPLN)과 리튬 탄탈륨산(PPLT) 모두는 전기-광 Q-스위칭 엘리먼트로서 사용될 수 있다는 것이 공지되어 있다. 상기 문제에 대한 최근의 논의는 Y. H. Chen, Y. C. Huang, Y. Y. Ling, 및 Y. F. Chen에 의한 논문, "Intracavity PPLN crystals for ultra-low-voltage laser Q-switching and high-efficiency wavelength conversion," Applied Physics B: Lasers and Optics, vol. 80, p. 889(2005)에서 발견할 수 있다. 다시, 본 발명의 바람직하고 이점이 있는 실시예는 신뢰성있고 효율적인 상업용 레이저 제품이 의존하는 최적화된 도핑 또는 화학량으로 주기적 분극 비선형 재료를 이용하는 것이다. 도 8에 제공된 예시는 소형이고, 효율적이며, 신뢰할 수 있는 능동적 Q-스위칭 레이저를 제공하고, 여기서 상기 엘리먼트(71)는 현재 전기-광학 포켈스 셀 엘리먼트, 즉, 전기-광학 Q-스위치로서 이용된 또다른 주기적 분극 비선형 결정이다. 하기의 참고문헌의 교시는 참조에 의해 본문에 통합된다.In addition, designs with active Q-switching can be realized without causing a significant increase in cavity cost and complexity. It is known that both periodic polarized lithium niobate (PPLN) and lithium tantalum acid (PPLT) can be used as electro-optic Q-switching elements. A recent discussion of this problem is described in papers by YH Chen, YC Huang, YY Ling, and YF Chen, "Intracavity PPLN crystals for ultra-low-voltage laser Q-switching and high-efficiency wavelength conversion," Applied Physics B: Lasers and Optics, vol. 80, p. 889 (2005). Again, a preferred and advantageous embodiment of the present invention is the use of periodic polarized nonlinear materials with optimized doping or stoichiometry on which reliable and efficient commercial laser products depend. The example provided in FIG. 8 provides a compact, efficient and reliable active Q-switching laser, wherein the element 71 is currently used as an electro-optical Pockels cell element, ie an electro-optic Q-switch. Is another periodic polarized nonlinear crystal. The teachings of the following references are incorporated into the text by reference.

1. W. P. Risk, T. R. Gosnell 및 A.V. Nurmikko, "Compact Blue-Green Lasers", Cambridge University Press(2003).1.W. P. Risk, T. R. Gosnell and A.V. Nurmikko, "Compact Blue-Green Lasers", Cambridge University Press (2003).

2. A. Mooradian, "Microchip laser", 미국 특허 5,365,539.2. A. Mooradian, "Microchip laser", US Patent 5,365,539.

3. F. Laurell, "Laser", 미국 특허 6,259,711.3. F. Laurell, "Laser", US Patent 6,259,711.

4. T. Georges, "Laser diode-pumped monolithic solid-state laser device and method of application of said device", 국제특허출원 WO2005/036,703.4. T. Georges, "Laser diode-pumped monolithic solid-state laser device and method of application of said device", International Patent Application WO2005 / 036,703.

5. T. Volk, N. Rubinina, M. Wohlecke, "Optical-damage-resistant impurities in lithium niobate", Journal of the Optical Society of America B, vol. 11, p. 1681(1994).5. T. Volk, N. Rubinina, M. Wohlecke, "Optical-damage-resistant impurities in lithium niobate", Journal of the Optical Society of America B, vol. 11, p. 1681 (1994).

6. Y. Furukawa, K. Kitamura, S. Takekawa, K.Niwa, H. Hatano, "Stoichiometric Mg:LiNbO3 as an effective material for nonlinear optics", Optics Letters, vol. 23, p. 1892(1998).6. Y. Furukawa, K. Kitamura, S. Takekawa, K. Niwa, H. Hatano, "Stoichiometric Mg: LiNbO 3 as an effective material for nonlinear optics", Optics Letters, vol. 23, p. 1892 (1998).

7. D. C. Brown, "High-density methods for producing diode-pumped microlasers", 미국특허출원 2005/0,063,441.7. D. C. Brown, "High-density methods for producing diode-pumped microlasers", US patent application 2005 / 0,063,441.

8. Spectralus Corporation Web Site: http://www.spectralus.com.8. Spectralus Corporation Web Site: http://www.spectralus.com.

9. S. Essaian, "Method for the fabrication of periodically poled lithium niobate and lithium tantalate nonlinear optical components", 미국특허출원 2005/0,133,477.9. S. Essaian, "Method for the fabrication of periodically poled lithium niobate and lithium tantalate nonlinear optical components", US patent application 2005 / 0,133,477.

10. Y. Furukawa, K. Kitamura, A. Alexandrovski, R. K. Route, M. M. Fejer, G. Foulon, "Green-induced infrared absorption in MgO doped LiNbO3", Applied Physics Letters, vol. 78, p. 1970(2001).10. Y. Furukawa, K. Kitamura, A. Alexandrovski, RK Route, MM Fejer, G. Foulon, "Green-induced infrared absorption in MgO doped LiNbO 3 ", Applied Physics Letters, vol. 78, p. 1970 (2001).

11. R. Smith, "Theory of intracavity optical second-harmonic generation", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 6, p. 215(1970).11. R. Smith, "Theory of intracavity optical second-harmonic generation", IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 6, p. 215 (1970).

12. C. Myatt, N. Traggis, and K. Dessau, "Optical contacting grows more robust", Laser Focus World, 2005년 1월, p. 95.12. C. Myatt, N. Traggis, and K. Dessau, "Optical contacting grows more robust", Laser Focus World, January 2005, p. 95.

13. L. Glebov. "Optimizing and Stabilizing Diode Laser Spectral Parameters." Photonics Spectra, 2005년 1월.13. L. Glebov. "Optimizing and Stabilizing Diode Laser Spectral Parameters." Photonics Spectra, January 2005.

14. R. Paschotta 및 U. Keller, "Ever higher power from mode-locked lasers." Optics and Photonics News, p. 50, 2003년 5월14. R. Paschotta and U. Keller, "Ever higher power from mode-locked lasers." Optics and Photonics News, p. 50, May 2003

15. D-H Lee 외, "Intracavity-doubled self-Q-switched Nd,Cr:YAG 946/473 nm microchip laser,", Chinese Physics Letters, vol. 19, p.504(2002)15. D-H Lee et al., “Intracavity-doubled self-Q-switched Nd, Cr: YAG 946/473 nm microchip laser,” Chinese Physics Letters, vol. 19, p. 504 (2002)

16. J. J. Zayhowski, "Passively Q-swirched microchip lasers and applications," Rev. Laser Eng., vol 26, p.841(1998)16. J. J. Zayhowski, "Passively Q-swirched microchip lasers and applications," Rev. Laser Eng., Vol 26, p. 841 (1998)

17. Y. H. Chen, Y. C. Huang, Y. Y. Ling, 및 Y. F. Chen, "Intracavity PPLN crystals for ultra-low-voltage laser Q-switching and high-efficiency wavelength conversion," Applied Physics B: Lasers and Optics, vol. 80, p. 889(2005)17. Y. H. Chen, Y. C. Huang, Y. Y. Ling, and Y. F. Chen, "Intracavity PPLN crystals for ultra-low-voltage laser Q-switching and high-efficiency wavelength conversion," Applied Physics B: Lasers and Optics, vol. 80, p. 889 (2005)

본 발명에 의하면, MgO 또는 ZnO와 같은 도펀트를 포함하고, 및/또는 이러한 재료에 대하여 높은 신뢰성을 보장하는 특정된 정도의 화학량을 가진 주기적으로 분극된 LiNbO3 또는 LiTaO3를 기초로 하는 저비용의, 효율적이고 신뢰성 있는 고체 상태 레이저 아키텍처를 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 직접적인 반도체 레이저를 통해 사용 불가능한 파장 영역으로, 즉, 청색, 녹색, 노란색, 오렌지 색, 및 근자외선 파장 영역으로, 즉, 대략 275nm 내지 635nm의 파장으로, 주파수 변환되는 소형이고, 효율적이고, 신뢰성 있는 저비용 고체 상태 레이저를 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 기존의 기술로 달성할 수 없는 레벨인, 적어도 수백 밀리와트, 및 그 이상의 출력 파워 레벨을 가진 소형의 효율적인 가시광선 또는 근자외선 레이저 소스의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, a low cost, based on periodically polarized LiNbO 3 or LiTaO 3 , comprising dopants such as MgO or ZnO, and / or having a specified degree of stoichiometry that ensures high reliability for such materials It can provide an efficient and reliable solid-state laser architecture. Furthermore, according to the invention, it is compact and frequency-converted into wavelength ranges that are not usable through direct semiconductor lasers, ie, in the blue, green, yellow, orange, and near-ultraviolet wavelength ranges, ie wavelengths of approximately 275 nm to 635 nm. It is possible to provide an efficient, reliable and low cost solid state laser. According to the present invention, it is also possible to provide a method for producing a compact and efficient visible or near-ultraviolet laser source having an output power level of at least several hundred milliwatts and more, which is a level not attainable with conventional techniques.

도 1은 본 발명의 한 마이크로칩 실시예을 도시한다.1 illustrates one microchip embodiment of the present invention.

도 2는 바람직하지 않은 편광을 가진 이득 매체, 및 복굴절 워크-오프를 가진 결정을 갖춘 본 발명의 한 실시예를 도시한다.2 shows one embodiment of the invention with a gain medium with undesirable polarization and a crystal with birefringent walk-off.

도 3은 바람직하지 않은 편광을 가진 이득 매체, 및 내부 공동 브루스터 면을 갖춘 본 발명의 한 실시예를 도시한다.3 illustrates one embodiment of the invention with a gain medium with undesirable polarization, and an internal cavity Brewster face.

도 4는 바람직한 편광을 가진 이득 매체, 및 후방 진행 2차 하모닉 빔의 편광 회전을 위한 편광판를 갖춘 본 발명의 한 실시예를 도시한다.4 shows one embodiment of the invention with a gain medium with preferred polarization, and a polarizing plate for polarization rotation of the backward traveling secondary harmonic beam.

도 5는 터닝 거울을 통해 후방 진행하는 2차 하모닉 빔의 복구를 하는 본 발명의 한 실시예를 도시한다.Figure 5 shows one embodiment of the present invention for the recovery of a secondary harmonic beam running backwards through a turning mirror.

도 6은 접혀진 캐비티를 갖춘 본 발명의 한 실시예를 도시한다.6 shows one embodiment of the invention with a folded cavity.

도 7은 캐비티의 어느 한 측에 곡면 거울을 갖춘 본 발명의 한 실시예를 도시한다.7 shows one embodiment of the invention with a curved mirror on either side of the cavity.

도 8은 포화성 흡수체를 갖춘 본 발명의 한 실시예를 도시한다.8 shows one embodiment of the invention with a saturable absorber.

Claims (29)

선택된 파장에서의 펌프빔과 레이저 캐비티 형성시 레이저 마이크로칩을 제공하는 펌프 레이저를 구비하는, 주파수 더블링된 가시광선 또는 근자외선 출력을 제공하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저로서,A compact and efficient microchip laser providing frequency doubled visible or near ultraviolet output, comprising a pump beam at a selected wavelength and a pump laser providing a laser microchip in forming the laser cavity. a) 코팅된 표면에 의해 형성되는 2개의 거울;a) two mirrors formed by the coated surface; b) 반도체 다이오드 레이저에 의해 펌핑되고, 상기 2개의 거울 사이에 배치되는 고체-상태 이득 엘리먼트; 및b) a solid-state gain element pumped by a semiconductor diode laser and disposed between the two mirrors; And c) 상기 2개의 거울 사이에 또한 배치되고, PPMgOLN, PPMgOLT, PPZnOLN, PPZnOLT, 화학량론적인 PPSLN, 또는 화학량론적인 PPSLT를 구비하는, 벌크의, 주기적 분극된 비선형 주파수 더블링 결정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.c) further comprising a bulk, periodic polarized nonlinear frequency doubling crystal, also disposed between the two mirrors and having PPMgOLN, PPMgOLT, PPZnOLN, PPZnOLT, stoichiometric PPSLN, or stoichiometric PPSLT. Compact, efficient microchip lasers. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이득 엘리먼트는 자신의 결정축 중 어느 하나를 따라 더 큰 이득을 가지는 결정인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.And the gain element is a crystal having a larger gain along any one of its crystal axes. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이득 엘리먼트는 Nd:YVO4, Nd:GdVO4, 또는 Nd:YGdVO4, Nd:YAG, Nd:YLF, Yb:유리, Yb:YAG, 또는 Nd:유리인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.The gain element is Nd: YVO 4 , Nd: GdVO 4 , or Nd: YGdVO 4 , Nd: YAG, Nd: YLF, Yb: glass, Yb: YAG, or Nd: glass laser. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 펌프 빔은 마이크로렌즈 또는 굴절률 분포형 렌즈를 통해 이득 엘리먼트로 전달되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.The pump beam is transmitted to the gain element via a microlens or refractive index distributed lens. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 펌프 빔은 빔형성 광학기기를 사용하지 않고서, 직접적으로 이득 엘리먼트로 전달되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.And the pump beam is delivered directly to the gain element without using beamforming optics. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 펌프 레이저는 볼룸 브래그 격자에 의해 스펙트럼으로 협대화되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Wherein the pump laser is spectrally narrowed by a ballroom Bragg grating. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비선형 결정은 PPMgOLN, PPMgOLT, PPMgOSLN, PPMgOSLT, PPZnOLN, PPZnOSLN, 또는 PPZnOLT, PPZnOSLT이고, 여기서 상기 MgO 또는 ZnO 도펀트는 0.1 내지 7 몰%의 양으로 나타나고, 상기 LN과 LT는 합동이거나 또는 0.6% 이내의 화학량인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.The non-linear crystal is PPMgOLN, PPMgOLT, PPMgOSLN, PPMgOSLT, PPZnOLN, PPZnOSLN, or PPZnOLT, PPZnOSLT, wherein the MgO or ZnO dopant is present in an amount of 0.1 to 7 mole percent, and the LN and LT are combined or within 0.6% Small and efficient microchip laser, characterized in that the stoichiometry of. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주기적 분극 비선형 결정은 화학량론적인 LT(PPSLT) 또는 LN(PPSLN)인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Wherein said periodic polarized nonlinear crystal is stoichiometric LT (PPSLT) or LN (PPSLN). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 캐비티 컴포넌트는 접착제를 사용하지 않고, 개별 엘리먼트들을 화학적으로 활성화된 직접 결합함으로써 달성된 모놀리식 어셈블리의 형태인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Wherein said laser cavity component is in the form of a monolithic assembly achieved by chemically activated direct bonding of the individual elements without the use of adhesives. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 단일 주파수 532nm 또는 473nm 방사선의 생성을 위한 짧은 캐비티를 생성하기 위해, 상기 주기적 분극 비선형 결정은 상기 레이저 마이크로칩이 1.3mm 미만의 길이를 가지는 1mm이하의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.In order to create short cavities for the generation of single frequency 532 nm or 473 nm radiation, the periodic polarized nonlinear crystals are small and efficient microchips characterized in that the laser microchip has a length of less than 1 mm with a length of less than 1.3 mm. laser. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 캐비티 컴포넌트는 공간적으로 분리되고, 공통 플랫폼에 장착되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.And the laser cavity component is spatially separated and mounted on a common platform. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비선형 결정의 출력면은 상기 레이저 캐비티의 끝단의 거울을 형성하고, 그의 1차 파장에서는 고반사이고 2차 하모닉 파장에서는 고전도성이 되도록 코팅되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.And the output face of the nonlinear crystal forms a mirror at the end of the laser cavity and is coated such that it is highly reflective at its primary wavelength and highly conductive at its secondary harmonic wavelength. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비선형 결정의 입력면 및/또는 상기 이득 엘리먼트의 입력면은 후방 생성 2차 하모닉 빔을 수집하기 위해 2차 하모닉 파장에서 고 반사도를 위해 코팅되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.The input face of the nonlinear crystal and / or the input face of the gain element is coated for high reflectivity at the second harmonic wavelength to collect a back-generated secondary harmonic beam. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이득 엘리먼트는 고 열전도성을 가지는 광학적으로 투명한 재료 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.The gain element is mounted on an optically transparent material having high thermal conductivity. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 광학적으로 투명한 재료는 사파이어, 언도핑된 YV04, 또는 YAG인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Wherein said optically transparent material is sapphire, undoped YV0 4 , or YAG. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 원하는 편광축에서의 편광 제어는 Nd:YVO4, Nd:GdVO4, 또는 Nd:YGdVO4를 구비하는 이득 매체를 사용함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Compact and efficient microchip laser, characterized in that the polarization control at the desired polarization axis is achieved by using a gain medium comprising Nd: YVO 4 , Nd: GdVO 4 , or Nd: YGdVO 4 . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, ⅰ) 2개의 지원되는 편광 중 하나 사이에 더 큰 공간 워크오프를 가지는 복굴절 엘리먼트; 및Iii) a birefringent element having a larger spatial walkoff between one of the two supported polarizations; And ⅱ) 원하지 않는 편광에 대해서는 더 큰 손실을 부과하는 애퍼처, 곡면 거울 또는 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Ii) A compact and efficient microchip laser further comprising an aperture, curved mirror or lens that imposes greater losses on unwanted polarization. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 편광제어는 이득 엘리먼트 또는 주기적 분극 비선형 결정 중 어느 하나 또는 그 모두의 일부로서 내부 공동 브루스터 표면을 이용하여 달성되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Small sized and efficient microchip laser, wherein polarization control is achieved using an internal cavity Brewster surface as part of either or both gain elements or periodic polarized nonlinear crystals. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 캐비티 라운드 트립에서 상기 1차 빔 편광을 변화시키지 않고, 상기 후방 생성 2차 하모닉 빔의 편광을 90도까지 회전시키고, 상기 2차 하모닉 빔을 반사시켜 그것을 전방 생성 2차 하모닉 빔과 조합하는 듀얼 파장판이 제공되는 것을 특징으 로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Dual wavelengths that do not change the primary beam polarization at the cavity round trip, rotate the polarization of the rear-generated secondary harmonic beam by 90 degrees, reflect the secondary harmonic beam and combine it with the forward-generated secondary harmonic beam Compact and efficient microchip laser, characterized in that the plate is provided. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 내부 공동의 기울어지고 코팅된 플레이트가 후방 생성 2차 하모닉 빔을 추출하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Compact and efficient microchip laser, characterized in that an inclined, coated plate of the inner cavity is provided for extracting a back-generated secondary harmonic beam. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 내부 공동의 기울어지고 코팅된 플레이트가 1차 파장에서 상기 펌프 레이저의 편광을 락을 걸기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.A small and efficient microchip laser, wherein an inclined and coated plate of an internal cavity is provided to lock the polarization of the pump laser at the primary wavelength. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 캐비티 배치는 터닝 거울을 통한 편광 제어와 2차 하모닉 빔의 추출을 위해 접혀지는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.And the cavity arrangement is folded for polarization control through the turning mirror and extraction of the second harmonic beam. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 2차 하모닉 광은 상기 주기적 분극 비선형 결정의 기울어진 표면으로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.And said secondary harmonic light is extracted from an inclined surface of said periodic polarized nonlinear crystal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 캐비티의 거울 중 적어도 하나는 곡면인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.At least one of the mirrors of the cavity is a curved surface. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 펌프 레이저는 지속파 또는 펄싱된 레이저인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Wherein said pump laser is a continuous wave or pulsed laser. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 캐비티는 펄싱된 상황에서 동작되고, 수동 Q-스위칭 또는 수동 락이 걸린 모드를 통해 얻어지고, 상기 캐비티에 포화성 흡수체 엘리먼트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Wherein said laser cavity is operated in a pulsed situation, is obtained through a manual Q-switching or manual locked mode, and further comprises a saturable absorber element in said cavity. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 포화성 흡수체 엘리먼트는 Cr4 +:YAG, V3 +:YAG 또는 Co2 +MgAl2O4인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.The saturable absorber element is Cr 4 + : YAG, V 3 + : YAG or Co 2 + MgAl 2 O 4 Small, efficient microchip laser. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 포화성 흡수체 엘리먼트는 에피택셜 성장 반도체 구조인 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.And the saturable absorber element is an epitaxially grown semiconductor structure. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 캐비티는 전기-광학 포켈스 셀을 통해 능동 Q-스위칭된 상황에서 동작되는 것을 특징으로 하는 소형의 효율적인 마이크로칩 레이저.Wherein said laser cavity is operated in an active Q-switched situation via an electro-optical Pockels cell.
KR1020080072236A 2008-07-24 2008-07-24 Compact solid-state laser with nonlinear frequency conversion using periodically poled materials KR101156637B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080072236A KR101156637B1 (en) 2008-07-24 2008-07-24 Compact solid-state laser with nonlinear frequency conversion using periodically poled materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080072236A KR101156637B1 (en) 2008-07-24 2008-07-24 Compact solid-state laser with nonlinear frequency conversion using periodically poled materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100011147A true KR20100011147A (en) 2010-02-03
KR101156637B1 KR101156637B1 (en) 2012-06-14

Family

ID=42085655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080072236A KR101156637B1 (en) 2008-07-24 2008-07-24 Compact solid-state laser with nonlinear frequency conversion using periodically poled materials

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101156637B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016068679A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-06 한양대학교 에리카산학협력단 Laser system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5321718A (en) 1993-01-28 1994-06-14 Sdl, Inc. Frequency converted laser diode and lens system therefor
DE19745785C2 (en) 1997-10-16 2002-12-05 Eads Deutschland Gmbh Laser radiation source for a DIRCM weapon system
CA2547450A1 (en) 2005-05-23 2006-11-23 Raman Kashyap Light source
KR100728278B1 (en) * 2005-07-05 2007-06-13 삼성전자주식회사 Optically pumped semiconductor laser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016068679A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-06 한양대학교 에리카산학협력단 Laser system

Also Published As

Publication number Publication date
KR101156637B1 (en) 2012-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7742510B2 (en) Compact solid-state laser with nonlinear frequency conversion using periodically poled materials
US7724797B2 (en) Solid-state laser arrays using nonlinear frequency conversion in periodically poled materials
US7570676B2 (en) Compact efficient and robust ultraviolet solid-state laser sources based on nonlinear frequency conversion in periodically poled materials
US6901084B2 (en) Stable solid state raman laser and a method of operating same
JP2657525B2 (en) Method and apparatus for generating coherent light radiation in a cavity by light mixing
US5638388A (en) Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser
US6259711B1 (en) Laser
EP0943167B1 (en) Frequency conversion laser
US6697391B2 (en) Intracavity resonantly enhanced fourth-harmonic generation using uncoated brewster surfaces
Risk et al. Noncritically phase‐matched frequency doubling using 994 nm dye and diode laser radiation in KTiOPO4
US6931037B2 (en) Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser
US9019999B2 (en) Efficient and compact visible microchip laser source with periodically poled nonlinear materials
US6287298B1 (en) Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser
EP2020060A1 (en) Optical parametric oscillator
US20090161703A1 (en) SUM-FREQUENCY-MIXING Pr:YLF LASER APPARATUS WITH DEEP-UV OUTPUT
US5610934A (en) Miniaturized intracavity frequency-doubled blue laser
US8649404B2 (en) Compact and efficient visible laser source with high speed modulation
JP2010027971A (en) Compact and highly efficient microchip laser
KR101156637B1 (en) Compact solid-state laser with nonlinear frequency conversion using periodically poled materials
Rico et al. Continuous-wave yellow laser based on Nd-doped periodically poled lithium niobate
US20120087383A1 (en) Bonded periodically poled optical nonlinear crystals
AU2001276159B2 (en) A stable solid state raman laser and a method of operating same
WO2005031926A2 (en) Diode-pumped microlasers including resonator microchips and methods for producing same
CN104767110A (en) Multi-wavelength diode pumped solid state frequency-mixing laser
AU2006200826A1 (en) A stable solid state raman laser and a method of operating same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160330

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee