KR940010168B1 - 2부분 광다이오드의 간섭무늬 이동검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 방법과 장치 - Google Patents

2부분 광다이오드의 간섭무늬 이동검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 방법과 장치 Download PDF

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Description

2부분 광다이오드의 간섭무늬 이동검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 방법과 장치
제 1 도는 에탈론의 간섭무늬 이동 검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 오파신호 발생 원리도.
제 2 도는 레이저 출력요동 효과가 배제된 펄스형 레이저 주파수 안정화 장치의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 레이저 빔 2 : 빔스프리터(beam splitler)
3 : 선 편광기 혹은 뉴트랄 덴시티 휠터(neutral density filter)
4 : 온도 안정화된 에탈론(간섭계) 5 : 오목렌즈
6 : 에탈론 또는 간섭계 7 : 블록 렌즈
8 : 간섭무늬 9 : 2부분 광다이오드
10 : 광다이오드 11 : 오차신호 발생을 위한 전기회로
12 : 연산증폭기(operational amplifier)
13 : 피크 검지기(peak detector) 혹은 구간 적분기(gated integrator)
14 : 아날로그 연산기 15 : 적분 증폭기
16 : 적분 캐패시터 17 : 리세트 스위치(reset switch)
18 : 레이저 장치
19-A : 압전소자 구동을 위한 고전압 증폭기
19-B : 공진기 압력 조절을 위한 증폭기 및 압력 조절기
본 발명은 레이저의 출력요동을 보정하는 에탈론 혹은 간섭계의 간섭무늬 이동 검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 방법과 장치에 관한 것이다.
기준의 주파수 안정화 장치는 원자나 분자의 전이선에 주파수를 고정시키거나, 기준공지기(reference cavity)를 이용하여 안정화시키는 방법들이 주로 사용되었다. 그러나 원자(분자) 전이선을 이용하는 경우에 안정화 주파수 영역이 불연속적이고 파장영역에 따라 반응쎌을 바꾸어야 하는 번거로움이 있으며, 궤환신호의 기초가 되는 오차신호에서 주파수 요동성분과 레이저 출력요동 성분을 분리하기가 매우 어렵다는 단점이 지적되고 있다. 또한, 기준공진기를 이용하는 방법은 그 장치가 복잡하고 비용이 많이 들며 펄스형 레이저의 주파수 안정화에 적용하기가 곤란하다.
이하 발명의 요지를 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 도와 같이 Febry-Perot에탈론(간섭계) (4)과 간섭무늬(8) 이동검지용 2부분 광다이오드(9)를 사용하는 경우 레이저 주파수 변동에 의한 에탈론의 간섭무늬 이동을 2부분 광다이오드(9)를 통하여 주파수 변동방향과 변동폭을 동시에 측정할 수 있으며, 이를 주파수 안정화의 오차신호로 사용하면 임의의 레이저 발진파장에서 주파수를 안정화시킬 수 있다. 또한 이 방법은 레이저 출력과 주파수 변동을 동시에 측정할 수 있기 때문에 광다이오드를 입사광량에 선형적으로 반응하는 범위에서 사용하는 경우 2부분 광다이오드(9)의 각 출력 신호를 레이저의 출력신호로 규격화시킴으로써 오차신호에서 레이저 출력요동 성분을 제거시킬 수 있다. 따라서 주파수 요동 성분만의 오차신호를 궤환시킬 수 있어 안정화 정도를 더욱 높일 수 있다.
본 발명에 활용하는 장치를 설명하면 다음과 같다. 레이저장치(18)로 부터 나온 레이저 빔(1)를 빔스프리터(2)로 갈라 선편광기 혹은 뉴트랄 덴시티 휠터(3)를 거쳐 오목렌즈(5), 에탈론 또는 간섭계(6), 블록렌즈(7)로 구성된 온도 안정화된 에탈론 장치(4)에 입사시킨다. 그 뒤에 간섭무늬(8) 검지용 2부분 광다이오드(9)를 설치하고 이를 연산증폭기(12)와 피크 검지기 혹은 구간적분기(13)를 경유 아날로그 연산기(14)에 연결한다. 또한 또다른 빔스프리터(2')로 가름 빔앞에 설치된 광디이오드(10)에서 연산증폭기(12)와 피크 검지기 혹은 구간적분기(13)을 경유 아날로그 연산기(14)에 연결하고 이를 다시 적분증폭기(15), 적분 캐패시터(16) 및 리세트 스위치(17)에 연결시켜 압전소자 구동을 위한 고전압증폭기(19-A)와 공진기 압력 조절을 위한 증폭기 및 압력조절기(19-B)를 거쳐 레이저 장치(18)에 궤환시킨 일련의 장치이다. 미설명 부호 11은 오차신호 발생을 위한 전기회로부이다.
이와같이된 본 발명은 제 2 도와 같이 레이저 출력요동이 보정된 주파수 안정화 장치의 전체적인 개략도를 나타내는데 레이저빔(1)을 온도가 안정화된 에탈론(간섭계) (4)에 통과시켜 간섭무늬(8)를 만들어낸 후 이 간섭무늬들 중 하나를 택하여 이의 이동을 2부분 광다이오드(9)로 검지한다. 이 2부분 광다이오드(9)에 의해 검지된 펄스 신호는 피크 검지기 또는 구간 적분기(13)에 의해 펄스 신의 크기에 비례하는 DC신호로 전환된다. 이 두 신호를 각각 Sa,Sb라 하면, (Sa,Sb)의 부호는 주파수 변동 방향을 나타내고, 이의 크기는 주파수 변동폭이 된다.
따라서 2부분 광다이오드(9)의 두 신호는 주파수 변동 방향과 변동폭에 대한 정보를 갖게 된다. 한편 레이저 출력 변화를 감시하기 위해 또 하나의 단일 광다이오드(10)를 사용하는 경우, 이의 출력신호로 Sa와 Sb를 규격화시킴으로써 주파수 용동 성분만의 오차신호를 만들어낼 수 있다. 규격화된 오차신호는 적분 증폭기(15)에 의해 오차의 양이 지속적으로 더해져 이 야에 의해 궤환신호가 결정된다. 이 궤환신호는 고전압 증폭기(19-A)로 증폭하여 레이저 장치(18)에 부착된 압전소자를 조절하거나 공진기 내부의 압력을 조절함으로써 레이저의 주파수를 안정화시키게 된다.
본 발명에서 온도 안정화된 에탈론(간섭계) (4)에 대신하여 주파수 안정화된 기준 레이저를 에탈론과 함께 사용하는 것도 가능하다.
본 발명은 피크 검지기 또는 구간 적분기(13)를 사용함으로써 궤환신호를 발생시키는 전기회로에서 잡음의 발생을 최소화하였으며, 레이저 펄스 하나 하나에 대한 정보를 그 즉시 궤환시킬 수 있도록 하여, 장치의 반응속도를 극대화하였다. 이는 기존 펄스레이저 주파수 안정화 장치의 큰 단점을 극본한 것이다. 또한 본 장치는 적은 비용의 소규모 장치로 펄스형 레이저의 주파수를 안정화시킬 수 있으며, 피네스(finesse)가 크고 프리스펙트랄 레인지(FRS)가 작은 안정화된 에탈론(간섭계)를 사용하는 경우 주파수 안정화 정도를 향상시킬 수 있다. 또한 레이저 출력요동을 오차신호에서 제거시킴으로써 더욱 안정된 발진 주파수를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 온도 안정화된 에탈론을 사용하거나 주파수가 안정화된 기준 레이저와 에탈론을 동시에 사용하여 레이저의 주파수 변화를 2부분 광다이오드의 간섭부늬 이동 검지로 측정한후, 이를 펄스형 레이저의 주파수 안정화에 이용함을 특징으로 하는 2부분 광다이오드의 간섭무늬 이동 검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 2부분 광다이오드로 측정한 두 펄스신호를 피크 검지기 혹은 구간적분기를 사용하여 DC신호로 전환시킨후 이 신호를 아날로그 연산기로 규격화 및 차등 증폭하여 펄스형 레이저의 주파수 안정화에 이용함을 특징으로 하는 2부분 광다이오드의 간섭무늬 이동 검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 궤환신호에서 레이저 출력요동에 의한 영향을 제거하기 위하여 광다이오드 출력전압을 레이저 출력으로 규격화시켜 펄스형 레이저의 주파수 안정화에 이용함을 특징으로 하는 2부분 광디이오드의 간섭무늬 이동 검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 방법.
  4. 레이저빔(1)을 빔스프리터(2)와 에탈론(4)에 통과되게 설치하고 이때 만들어진 간섭무늬(8)의 이동을 2부분 광다이오드(9)로 검지되게 설치하되 이 신호를 연산증폭기(12)와 피크 검지기 혹은 구간적분기(13)를 통하여 아날로그 연산기(14)에 연결하고, 또다른 빔스프리터(2')로 갈라진 레이저빔 앞에 설치된 광다이오드(10)에서 연산증폭기(12)와 피크 검지기 혹은 구간적분기(13)을 경유 아날로그 연산기(14)에 연결하며 다시 아날로그 연산기(14)에서 적분증폭기(15), 적분캐패시터(16) 및 리세트 스위치(17)에 연결시켜 압전소자 구동을 위한 고전압증폭기(19-A) 또는 공진기 압력조절을 위한 증폭기 및 압력조절기(19-B)를 거쳐 레이저장치(18)에 궤환되게 설치한 것을 특징으로 하는 2부분 광다이오드의 간섭무늬 이동 검지에 의한 펄스형 레이저의 주파수 안정화 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1294402C (zh) * 2003-09-26 2007-01-10 富士能株式会社 光源输出的稳定化方法

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