KR20150070333A - 공진으로 보강된 주파수 컨버터 - Google Patents

Abstract

기본 주파수의 단일모드 입력빔을 변환된 주파수의 출력빔으로 변환하는 주파수 컨버터는 공진 공동을 정의하는 복수의 이격된 광구성요소들로 구성된다. 광구성요소들은 공동에 적어도 하나의 빔웨이스트로 입력빔을 형성한다. 주파수 컨버터는 공동 내에 위치된, 결정의 중심이 빔경로를 따라 빔웨이스트로부터 이격되도록 공동의 왕복 길이보다 더 작은 레이리 범위에 따른 발산빔이거나 공동의 왕복길이보다 더 긴 레이리 범위에 따른 조준빔에 위치된 비선형 결정을 더 구비한다.

Description

공진으로 보강된 주파수 컨버터{RESONANTLY ENHANCED FREQUENCY CONVERTER}

본 출원은 적절한 비선형 결정을 이용한 레이저 복사의 비선형 상호작용에 의한 레이저 복사의 주파수 변환에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 결정의 수명을 실질적으로 높이기 위해 결정의 체적 내부 및 면들에서 광출력밀도가 감소되는 주파수 변환을 위한 외부공동의 향상된 설계에 관한 것이다. 더욱이, 본 출원은 광범위한 입력 출력에 사용될 수 있는 표준의 단일 광구성요소 세트로 만들어진 주파수 변환을 위한 외부공동의 향상된 제조능력에 관한 것이다.

공지된 바와 같이, 현대 레이저 기술로도 직접 접근할 수 없는 파장들이 있다. 비선형 주파수 변환 기술은 UV, 가시광 및 IR 스펙트럼 범위의 이들 파장들에서 레이저 복사를 발생하게 한다.

개념상, 주파수 변환이라는 용어는 2차, 3차, 및 고차 고조파의 생성, 주파수 합 생성 및 레이저 광에 주파수 변화를 초래하는 기타 비선형 프로세스를 포함한다. 일반적으로, 연속파("CW") 레이저 복사의 주파수 변환은 상대적으로 낮은 싱글패스 변환효율로 인해 공진기를 필요로 한다. 가장 광범위하게 사용되는 구성은 내부공동 및 외부공동 공진기를 포함한다. 본 출원은 외부공동 접근에 관한 것이다.

도 1을 참조로, 다용도와 상대적인 실행의 용이함으로 인해 매우 다양한 외부 링공동 구성을 대표하는 링형 4미러 보우타이 주파수 컨버터(10)가 자주 사용된다. 공진기(10)는 비선형("NL") 결정(12)이 2개의 오목미러(M3,M4) 사이의 빔웨이스트에 위치된 것으로 구성된다. 결정(12)이 빔웨이스트에 있는 배치는 높은 주파수 변환 효율을 제공한다. 그러나, 이 위치에 있는 결정은 결정의 출력 면에서 그리고 결정의 체적 내부에서 주파수 변환된 빔의 광출력밀도가 높아지게 된다. 그 결과, 변환 동안, 변환된 파장에서 고에너지 광자들이 결정(12)의 출력면에 입사되고 이 표면을 열화시킬 수 있는 한편, 빔웨이스트 주위로 고출력 밀도로 인해 결정(12)의 벌크가 손상될 수 있다.

물론, 웨이스트의 크기를 줄임으로써 출력면 상에 출력밀도를 줄여, 출력면에 대한 손상이 최소화될 수 있다. 웨이스트 크기를 줄이면, 빔 발산은 결정의 출력면에 광출력밀도의 감소를 크게 한다. 그러나, 빔웨이스트를 스케일링 다운시킴으로써 결정의 웨이스트 내에 기존의 고출력 밀도가 커지게 되어, 결정의 벌크내 에 위험을 일으킬 수 있다.

NL 결정의 유용한 수명을 향상시키는 몇몇 방안들이 제안되었다. 가장 통상적인 방안은 큰 횡단적을 갖는 결정을 이용해 한 영역이 손상될 경우 새 영역을 노출시키도록 기정의된 패턴의 결정을 옮기는 것이었다. 결정은 남은 사용가능한 영영역이 없어진 후에는 교체된다. 이 기술은 단결정의 실질적 수명을 늘리지만, 결정 손상의 기본적 측면들을 해소하지 못하고 부피가 크며, 복잡하고 고비용의 기계적 운동 메카니즘을 포함한다.

따라서, NL 결정이 긴 실질적 수명을 갖도록 주파수 컨버터 공진기에 대한 필요성이 있게 된다.

결정의 실질적 수명 이외에, 외부 컨버터 공진기의 주파수 변환 효율도 또 다른 관심이다. 변환 효율은 다른 요인들 중에서 정확히 공진기 임피던스를 매치시키는데 따른다. 임피던스 매칭은 공진 공동에 광의 결합을 극대화하기 위해 공동 파라미터(가장 통상적인 입력 미러의 투과)의 최적화를 포함한다. (주파수 변환을 포함한) 컨버터의 왕복 손실이 커플링 미러(M1)의 투과(T)와 같을 경우 최대 커플링이 얻어진다. 도 1을 다시 참조하면, 공진기는 다른 공동 손실이 무시될 수 있다면 미러(M1)의 투과(T) 계수가 결정(12)에서 실질적으로 싱글패스 주파수 변환 효율과 일치할 때 임피던스가 매치된다.

입력 조준기, 미러 및 결정과 같은 동일한 물리적 구성요소 세트를 이용해 다른 입력 출력들에 대한 컨버터 공진기의 임피던스 매칭을 달성하는 것이 중요하다. 입력 광출력이 변함에 따라, 공동 임퍼던스가 계속 매치되도록 NL 결정의 길이 및/또는 커플링 미러(M1)의 투과 및/또는 입력빔의 직경을 바꾸는 것이 필요하다. 이들 변경들 중 어느 하나는 동작이 간단하지 않고 시간과 노력이 들며, 이는 주파수 컨버터를 제조하는 비용을 높인다.

따라서, 공진기의 물리적 요소들 중 어느 하나를 교체하지 않고도 광범위한 입력 광출력에 응답해 공진기의 임피던스 매칭 조건을 만족하도록 쉽게 적용될 수 있는 요소 세트로 설계된 주파수 컨버터 공진기에 대한 필요성이 있게 된다.

본 발명은 결정의 수명과 제조능력이 향상된 주파수 컨버터를 개시하고 있다.

본원의 일태양에 따르면, 결정의 실질적 수명을 상당히 연장시키는 NL 결정의 입출력면과 체적이 모두 광학적으로 언로드된다. 구조적으로, 이 태양은 또한 본원의 공진기 구성에 의해 구현된다.

구성들 중 하나로, 결정이 입력빔이 결정 내부에 집속되는 공진기 내의 종래 위치로부터 NL 결정이 빔웨이스트 너머에 위치된 곳으로 옮겨진다. 그 결과, 종래의 기하학적 형태에 비해 체적 내부에 그리고 적어도 출력면에서 출력밀도가 상당히 감소된다.

제 1 태양의 다른 구성은 공진기 내부의 조준된 빔에 NL 결정을 배치하는 것을 포함한다. 앞서 상술한 실시예와 같이, 입사빔 및 변환빔의 출력 밀도가 줄어들며, 이는 결정의 실질적 수명을 증가시킨다.

다양한 공진기 구성의 모델링뿐만 아니라 초기 실험 데이터는 (결정이 빔웨이스트에 위치된 종래 공진기로부터 얻은 효율만큼 중요한) 발산빔 또는 조준빔에 위치된 결정으로 본원의 컨버터로부터 90%를 넘는 변환 효율이 얻어질 수 있음을 입증한다. 그러나, 결정의 출력면과 결정 내부에서 주파수 변환된 복사의 광출력밀도는 적어도 결정이 빔웨이스트에 위치된 유사한 구조의 공진기에서보다 더 낮은 크기의 차수이다. 따라서, 본원의 주파수 컨버터의 수명은 결정이 빔웨이스트에 위치된 주파수 컨버터 공진기에 비해 상당히 향상된다.

본원의 또 다른 태양에 따르면, NL 결정은 기본 주파수의 입력광의 각각의 출력에 따라 공진기가 임피던스 매치되고 이에 따라 최대변환효율로 동작되는 여러 위치의 발산빔에 선택적으로 배치된다.

결정의 배치는 수동으로 또는 자동으로 구현될 수 있다. 자동배치는 입력신호의 소정 출력에서 공진기의 임피던스 매칭 조건이 달성될 때까지 발산빔을 따라 NL 결정을 이동시키는 것을 포함한다. 결정은 소정의 변환된 주파수의 출력신호의 강도와 입력미러로부터 반사된 입력신호의 강도 중 하나 또는 모두를 모니터하는 폐루프 피드백에 의해 이루어진다. 대안으로, 임의의 소정의 입력출력에 대해, 결정은 제어회로를 이용하지 않고도 이 출력에 대해 최대변환효율을 따르는 별개의 기설정된 위치들 중 하나에 수동으로 위치될 수 있다. 어느 한 경우, 본원의 공진기는 미러 및/또는 NL 결정 중 어느 하나를 교체하지 않고도 광범위한 입력 광출력에 걸쳐 최적의 효츌로 동작하도록 형성된다. 다른 입력출력에 대해 공진기의 동일한 물리적 구성요소들을 이용할 확률은 공진기의 제조 및 이용을 용이하게 한다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은 도면에 첨부된 하기의 구체적 설명으로부터 더 쉽게 명백해진다.
도 1은 종래 외부공동 컨버터 공진기의 광학적 구성도이다.
도 2는 개시된 주파수 컨버터와 함께 예시적인 연속파, 단일 주파수, 단일모드 레이저 시스템의 등각도이다.
도 3은 도 2의 예시적인 시스템의 광학적 구성도이다.
도 4는 개시된 공진기의 일실시예의 광학적 구성도이다.
도 5는 개시된 공진기의 또 다른 실시예의 광학적 구성도이다.
도 6은 LBO 결정에서 제 2 고조파("SHG")를 통해 1064nm 입력복사를 532nm의 변환된 복사로 변환하도록 설계된 예시적인 주파수 컨버터에서 소정 입력출력에 대한 임피던스 매칭 조건을 달성하는데 필요한 결정 변위를 도시한 것이다.
도 7은 공지의 종래 기술의 구성에 비해 개시된 구성에서 입력출력의 범위에 대해 비선형 결정의 출구면 상에서 주파수 변환된 복사의 출력밀도를 도시한 것이다.

개시된 구성을 더 상세히 언급할 것이다. 도 2 및 도 3의 광섬유 레이저 시스템이 유일하게 임의의 연속파의 예로서 도시되어 있으며, 단일 주파수 단일모드 레이저 시스템은 개시된 공진기와 결부해 소정의 기본 파장으로 동작한다. 개시된 공진기의 보우타이형의 기하학적 형태도 또한 예이며 당업자에 알려진 임의의 링- 공동 구성으로 대체될 수 있다. 가능하게는 어디서나, 동일하거나 유사한 부분 또는 단계를 언급하기 위해 동일하거나 유사한 참조부호가 도면 및 설명에 사용된다. 도면은 간략화된 형태이며 반드시 비율에 따를 필요가 없다. 편의 및 명확성을 위해, "연결하다", "결합하다"라는 용어들 및 이들의 굴절 형태소를 갖는 유사한 용어들은 반드시 직간접적 연결을 의미할 필요는 없으나 중간 요소 또는 장치를 통한 연결을 포함한다.

개시된 구조 및 방법은 종래 외부공동 주파수 컨버터 공진기에 대한 변형을 나타낸다. 이 변형으로 인해 출력면과 비선형 결정의 부피에서 주파수 변환된 복사의 광출력밀도가 감소되며, 이는 결정 열화의 속도를 크게 둔화시키고 주파수 컨버터의 수명을 향상시킨다. 이는 기본 주파수의 빔웨이스트로부터 이 빔이 발산하는 위치로 공진기 내부의 비선형 결정을 변위시킴으로써 달성된다. 또 다른 실시예에서, 결정은 기본 주파수로 빔이 조준되는 공진기 내부의 위치로 변위된다.

도 2 및 도 3은 미국 가출원 No. 61/584,395에 개시되고 공동 양도로 본 출원인이 공동 소유한 예시적인 CW 단일 주파수, 단일모드 광섬유 레이저 시스템(14)을 도시한 것이다. 시스템(14)은 1㎛ 범위에 있는 소정의 기본 파장에서 단일모드("SM") 선형 편광을 출력하는 모듈(16) 및 레이저 헤드(19)를 포함한다. 모듈(16)은 다른 것들 중에 약 1064nm의 기본 파장에서 하나의 광을 출력하는 단일주파수 레이저 다이오드("SFLD")와 하나 또는 다수의 선형 편광 단일 주파수 이트리븀 광섬유 전치증폭기들로 구성된다. 레이저 헤드(19)는 부스터 증폭기, 조준기 및 약 532nm의 파장에서 녹색빔(20)을 출력하는 2차 고조파 발생 공진기를 포함한다. 광섬유 레이저가 바람직하나, 고체상태, 반도체, 디스크와 같은 다른 레이저 및 기타 레이저 구성들도 본 출원의 범위 내에 완전히 포함한다.

구체적으로 도 3 및 도 4를 참조하면, 예시적인 주파수 컨버터(18)는 기본 주파수로 조준된 광을 공진기에 결합시키는 입력 부분투과 플랫미러(22), 제 1 중간 플랫미러(24), 오목 미러(26) 및 오목 출력미러(28)를 포함하며, 모두가 폐쇄 빔경로를 정의한다. 오목 미러(26)는 입사 조준빔을 빔 직경이 가장 작은 빔웨이스트(30)에 집속시킨다. 당업자가 쉽게 아는 바와 같이, 광학요소들의 개수는 변할 수 있고, 변환된 빔은 미러(28)뿐만 아니라, 대안으로, 도 3에 대시선으로 도시된 미러(31)와 같이 임의의 다른 광소자에 의해 공진기(18)로부터 추출될 수 있다.

종래 기술에 따르면, 비선형 결정은 기본 빔웨이스트가 결정 내부에 위치되는 오목 미러(26 및 28) 사이 중앙지점에 배치된다. 결정(32)의 이 위치는 결정(32)의 출력면(34)에 그리고 결정의 체적 내부에 변환된 광의 광출력밀도가 높은 것을 특징으로 한다. 고출력 밀도는 결정 벌크 및/또는 면을 손상시킬 수 있어, 컨버터의 실질적 수명을 제한한다.

본 출원에 따르면, 결정(32)은 발산빔을 따라 빔웨이스트(30)로부터 출력미러(28)를 향해 직선으로 옮겨진다. 본 출원과 관련해, 발산빔은 주파수 컨버터(18)에서 공동 왕복보다 더 작은 레이리 범위를 갖는 빔이다. 그 결과, 비선형 결정(32)의 체적내 그리고 출력면(34)에서 주파수 변환된 복사의 광출력밀도가 상당히 감소될 수 있어, 비선형 결정(32)의 수명이 늘어난다. 결정(32)이 더 옮겨지면, 체적과 출력면은 강도가 감소된 상태 하에 있을 뿐만 아니라 결정(32)의 입력면도 언로드된다.

도 4에서 결정(32)의 변위는 임의적이지 않다. 광범위한 입력출력에 대해, 임의의 주어진 입력출력에 대해, 결정의 위치는 공진기(18)의 임피던스 매칭 조건에 따르도록 변위가 결정된다.

결정(32)의 소정 배치는 입력출력을 알고 있다면 주파수 컨버터(18)의 동작 이전에 결정될 수 있다. 이 경우, 결정의 배치는 수동으로 구현될 수 있다. 대안으로, 결정(32)의 배치는 광범위한 입력 출력에 대해 임피던스 매칭 조건, 즉, 최대 주파수 변환효율을 충족하도록 발산빔을 따라 임의의 적절한 액츄에이터(36)로 구현될 수 있다. 이 경우, 임의의 입력출력을 위한 임피던스 매칭 조건은 폐루프 회로에 의해 결정될 수 있다. 특히, 결정(32)을 변위시키는 한편, 센서(40)는 출력 주파수 변환 출력을 감지하고, 상기 출력의 최대는 소정 입력출력에 대한 최대 변환효율에 해당한다. 상기에 대한 대안으로 또는 추가로, 센서(40)는 또한 입력 미러(22)로부터 반사된 입력빔의 출력을 감시하고 이 출력을 최소화하기 위해 피드백 루프를 이용하는데 사용될 수 있다. 이는 또한 임피던스 매칭 조건에 해당한다.

도 5는 체적내에 그리고 결정(32)의 반대편에 출력 밀도를 감소시키도록 구성된 본원의 주파수 컨버터의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 특히, 결정(32)은 각각 입력 및 중간미러(22 및 24) 사이에 조준 빔에 배치된다. 본 출원과 관련해, 조준된 빔은 공진 공동(18)에서 공동 왕복보다 더 큰 레이리 범위를 갖는 빔이다. 따라서, 결정(32)은 빔웨이스트(30)를 포함한 공동(18)내 빔경로의 임의의 부분을 따라 배치될 수 있다. 도 4에서와 같이 이 도면에 도시된 실시예는 예이며 조준된 빔의 자연스런 발산을 보상하는 적어도 하나의 포커싱 광학요소가 있는 한 3개, 4개 이상의 광학요소들로 구성될 수 있다.

개시된 공진기로 얻어진 실험 데이터는 90%를 초과한 변환효율을 나타낸다. 더욱이, 개시된 공진기는 결정의 출력면에서 그리고 결정 내부에서 주파수 변환된 복사의 광출력밀도가 적어도 도 1의 종래 공진기(10)에 비해 더 낮은 크기의 차수이도록 구성된다. 이는 결정이 빔웨이스트에 위치된 주파수 컨버터에 비해 결정이 발산된 빔 또는 조준된 빔에 위치된 주파수 컨버터의 수명이 크게 향상되는 것을 의미한다.

상술한 전반적인 개념은 LBO 결정에서 제 2 고조파 생성(SHG")을 통해 1064nm 입력 복사를 532nm 복사로 변환하도록 설계된 주파수 컨버터의 특정 예를 기초로 나타내질 수 있다. 특히, 도 6은 소정의 입력출력에 대해 이 특정 컨버터에 대한 임피던스 매칭 조건을 달성하는데 필요한 결정 변위를 도시한 것이다.

상술한 동일한 예시적인 주파수 컨버터에 대해, 도 7은 공지의 종래 기술의 구성에 비해 본원 구성의 입력 출력범위에 대해 비선형 결정의 출구면 상에 주파수 변환된 복사의 전력밀도를 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, 개시된 구성 및 종래 기술의 구성은 모두 입력 출력의 도시된 범위 내에서 각 점에 대해 임피던스가 매치된 것을 아는 것이 중요하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 출구면에서 출력밀도는 본 출원의 구성에 대한 광범위한 입력출력에 걸쳐 크게 변하지 않는다. 입력 IR 출력은 12W에서 약 230W까지, 즉 약 20배 증가하는 반면, 결정은 빔웨이스트로부터 더 옮겨져 있다. 동시에, 출구 결정면에서 녹색 출력밀도는 약 2.8배만큼 증가한다. 대조적으로, 종래 기술의 구성에서 녹색출력은 입력전력이 증가함에 따라 약 20배 만큼 선형 증가한다.

하기의 표 1은 230W 입력 IR 전력에 대해 임피던스 매치된 2개의 구성들(도 7에서 최우측점)간의 비교를 제공한다. 2개의 구성들은 동일한 효율과 출력 전력을 특징으로 한다. 그러나, 알 수 있는 바와 같이, 출구면 상에 녹색전력밀도가 감소될 뿐만 아니라, 결정(32)의 체적 내부에 녹색전력밀도와 IR 모두가 실질적으로 본 출원의 구성에서 감소된다. 벌크 재료에서 감소된 출력밀도는 결정 순도에 대한 요건을 완화시킨다. 물론, 결정순도요건은 본 출원의 구성의 추가적 이점을 나타낸다.

	결정이 빔웨이스트에 있는 공지의 기술	결정이 변위된 본원의 공진기
LBO 내부에 최대 IR출력밀도, MW/㎠	22	3.1
LBO 내부에 최대 녹색출력밀도, MW/㎠	13	<0.3
LBO의 출구면에서 녹색출력밀도, MW/㎠	2.9	0.12

요약하면, 기본 주파수 및 변환된 주파수 모두에서 광의 출력밀도는 웨이스트로부터 더 멀리 이동함에 따라 결정 내부에서 감소된다. 마찬가지로, 결정의 출구면에서 변환된 주파수의 출력 밀도는 결정과 웨이스트 간의 거리에 따라 낮아진다.

상기 논의는 예로서 제 2 고조파 생성을 사용하나, 본원의 구성은 다른 주파수 변환 프로세스에 사용될 수 있음을 아는 것이 중요하다. 이들은 제 3, 4, 및 고차 고조파 생성, 합계 주파수 생성 및 레이저 광의 주파수 변화를 이끄는 기타 비선형 프로세스를 포함한다.

구조적으로, 본원의 주파수 컨버터는 제 3, 4, 또는 고차 고조파 생성, 또는 기타 비선형 주파수 변환을 위해 직렬로 연결된 본원의 다수의 공진기를 포함할 수 있다.

요약하면, 상술한 주파수 컨버터를 포함한 CW 단일모드 단일주파수 광섬유 레이저는 변환된 파장으로 수백 와트를 출력하고 25% 이상의 전기광학 효율로 동작하는 것을 설명하였다. 본원의 공동 최적화로, 변환된 주파수에서 출력 전력은 단지 기본 광섬유 레이저 출력에 의해서만 제한되며, 심지어 현재는 kW 수준으로 도달할 수 있다. 본원의 공진기에 대한 NL 결정의 유용한 수명은 종래 구성의 결정의 수명보다 상당히 더 길다. 물리적 구성요소들 중 어느 하나를 교체할 필요 없이 다른 출력으로 고주파수 변환 효율을 제공하도록 본원의 공진기를 조절하는 능력은 제조공정에 아주 이점적이다. 결정(32)은 소정의 요건에 응답해 선택될 수 있고 따라서, 임의의 비선형 결정(가령, 리튬 트리보레이트(LBO), 바륨 보레이트(BBO), 포타슘 타타닐 포스페이트(KTP), 포타슘 디*듀테륨 포스페이트(KD*P), 포타슘 디하이드로진 포스페이트(KDP) 및 기타)을 포함할 수 있다.

첨부도면을 참조로 본원의 바람직한 실시예들 중 적어도 하나를 설명을 하였으나, 본 발명은 이들 정확한 실시예들에 국한되지 않는다. 공진기의 구성은 상기 도시되고 거론된 구성에 국한되지 않는다. 예컨대, 공진기는 단일방향일 뿐만 아니라 양방향일 수 있다. 따라서, 상술한 본 발명의 기술사상과 범위로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 다양한 변경, 변형 및 적용들이 달성될 수 있다.

Claims (8)

1. 기본 주파수의 단일모드 입력빔을 변환된 주파수의 출력빔으로 변환하는 주파수 컨버터로서,
   공진 공동을 정의하고 적어도 하나의 빔웨이스트가 공동에 있는 입력빔을 형성하도록 구성된 복수의 이격된 광구성요소들; 및
   공동 내에서, 공동의 왕복 길이보다 더 작은 레이리 범위에 따라 형성된 빔의 발산빔부에 또는 왕복길이보다 더 긴 레이리 범위에 따른 조준빔부에 위치된 비선형 결정을 구비하고,
   형성된 빔은 적어도 하나의 발산부, 조준부, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 부분을 가지며,
   결정은 결정의 중심이 빔경로를 따라 빔웨이스트로부터 이격되도록 위치된 주파수 컨버터.
2. 제 1 항에 있어서,
   결정은 공동이 입력빔의 소정의 출력에 대해 결정의 각 위치에서 임피던스 매치고, 이에 따라 컨버터가 입력빔의 출력 범위에서 최대 변환효율로 작동할 수 있도록 빔경로를 따라 복수의 위치들에 선택적으로 위치지정되는 주파수 컨버터.
3. 기본 주파수에서 코히어런트한 단일 주파수 및 단일모드("SM")을 방출하는 연속파 소스;
   소스로부터 하류에 빔을 조준하도록 구성된 조준기; 및
   제 1 항에 따른 주파수 컨버터를 구비하는 광학 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   결정은 공동이 입력빔의 소정의 출력에 대해 결정의 각 위치에서 임피던스 매치고, 이에 따라 컨버터가 입력빔의 출력 범위에서 최대 변환효율로 작동할 수 있도록 빔경로를 따라 복수의 위치들에 선택적으로 위치지정되는 광학 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,
   소스는 광섬유 레이저 또는 반도체 레이저 또는 고체상태 레이저 또는 가스 레이저를 포함하는 광학 시스템.
6. 제 3 항에 있어서,
   소스로부터 이격된 레이저 헤드;
   기본 주파수로 빔을 증폭시키고 주파수 컨버터와 함께 레이저 헤드에 실장된 부스터 광섬유 증폭기; 및
   소스와 부스터를 연결시키는 광케이블을 더 구비하는 광학 시스템.
7. 주파수 컨버터 내에 위치된 비선형 결정의 체적 내에 그리고 비선형 결정의 출구면에 광출력밀도를 감소하는 방법으로서,
   기본 주파수에서 단일 주파수 및 단일모드 빔을 주파수 컨버터의 공진기 공동에 연속적으로 커플링하는 단계;
   공동 내에 적어도 하나의 빔웨이스트를 이루도록 빔을 형성하는 단계; 및
   공동 내에, 결정의 중심이 빔경로를 따라 빔웨이스트로부터 이격되도록 공동의 왕복 길이보다 더 작은 레이리 범위에 따른 발산빔 또는 공동 왕복길이보다 더 긴 레이리 범위에 따른 조준빔에 비선형 결정을 배치하는 단계를 포함하는 광출력밀도를 감소하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   결정은 공동이 입력빔의 소정의 출력에 대해 결정의 각 위치에서 임피던스 매치고, 이에 따라 주파수 컨버터가 입력빔의 출력 범위에서 최대 변환효율로 작동할 수 있도록 빔경로를 따라 복수의 위치들에 선택적으로 위치지정되는 광출력밀도를 감소하는 방법.

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