KR950002067B1 - 제2고조파 발생장치 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

제2고조파 발생장치

제1도는 종래 제2고조파 발생장치(SHG)의 도시적 구조도.

제2도는 종래 다른 SHG의 도시적 구조도.

제3도는 발명에 따른 SHG의 한 실시예의 도시적 구성도.

제4도는 제3도에 도시된 부분에 본 발명 SGH의 실체 구조의 단면도.

제5도는 본 발명의 SHG에 비선형 결정소자의 온도에 따른 광출력 변화 특성선도이다.

본 발명은 공진기(Resonator)의 비선형 단결정 물질(non-linear bifringent crystalline material)로부터 제2고조파(second harmonics)를 발생하는 장치에 관한 것으로써, 비선형 단결정물질의 양방향으로 나오는 고조파를 이용할 수 있는 제2고조파 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 제2고조파 발생장치(Second Harmonic Generator; 이하 SHG라 약칭한다.)의 최대의 효율을 얻기 위해서는 레이저 캐비티에 한쌍의 밀러를 설치하여 공진비임(Resonating Beam)을 이용한다.

미국특허 5,093,832는 공진비임에 관해 기술하며, 특히, 비임 앵글 측정에 의한 피이드 백방식의 SHG를 개시한다. 여기에서는 제1도에 도시된 바와 같이 그 양단부에 밀러(22)(26)가 마련된 광학적 공진기(Optical Resonator; 20)내에서 밀러(26)에서 반사된 반사 비임의 광경로를 레이저 다이오드(12)로부터의 입사비임의 진행경로와 달리하였고, 출력비임(Output Beam)의 일부를 비임스프리터(Beam Silitter; 54)를 통해 분리하여 광검출기(60)로 광검출(Photo-detecting)하여 온도콘트롤러(Temp. Controller; 70)로 펠티어 소자(Peltier element; 80)에 귀환(Feed-back)시키는 구조에 관해 기술된다. 그러나 이러한 기술에서는 온도 변환에 따른 비선형 단결정 소자의 굴절률 변화가 빔 앵글(angle) 차이를 발생하므로 포토다이오드를 2분할하여 기준점에 대한 검지광의 편의(偏倚; deviation)에 따른 전류변화를 온도제어를 통해 했으나 이 방식에서는 빔 앵글 검지에 의한 온도 에러 신호가 빔의 복합모드에 의한 것이므로 정확한 비선형 단결정소자의 온도제어가 실제적으로 어렵다.

또한, 미국특허 3,858,056에서는, 제2도에 도시된 바와 같이, 밀러(12)(13), 동적 레이저 로드, 예를 들어 YAG(18), 그리고 비선형 단결정소자, 예를 들어 KTP(18)가 마련된 레이저 캐비티(10)로부터의 고조파(22)를 비임 스프리터(21)로 일부의 고조파를 분리하여 필터(24)를 거쳐 포토디텍터(23)에 의해 빔강도를 측정하되, 측정시간을 연속된 2분할 방식으로하여 멀티바이브레이터(MULTIVIBRATOR; 27)와 양방성 카운터(BIDIRECTIONAL COUNTER; 28)를 통해 2분할된 각 시간영역에서의 강도차로 비선형 단결정 소자의 온도제어가 이루어지도록 되어 있다. 그러나, 이러한 방식의 SHG에서는 전체 시스템의 구성이 복잡하고, 비임 강도 오류 신호 자체로는 비선형 단결정소자의 온도제어가 어려워 실용화에 문제가 있다.

본 발명은 비선형 단결정 소자의 정밀한 온도제어가 가능하여 안정된 고출력의 고조파를 발생할 수 있는 SHG를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 SHG는, 레이저 공진기내의 론지튜디널 모드(LM; Longitudinal Mode)의 발진이 인트라 캐비티(INTRA CAVITY) 방식에서 비선형 단결정소자의 온도조건에 따라 광출력이 변화하는 점을 이용하여 LM 셀렉트 방식을 채택하는 점에 그 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 SHG는, 레이저 공진 영역을 제공하는 두개의 밀러, 상기 공진영역에 여기광을 제공하는 여기광원, 상기 레이저 공진 영역에서 상기 여기광에 의해 특정 기본주파수 공진광을 발생하는 동적 레이저 로드, 상기 레이저 공진 영역에서 상기 기본 주파수의 기본파로부터 제2고조파를 발생하는 주파수 변환소자, 상기 고조파의 일부를 분리하는 빔스프리터, 그리고 빔스프리터에 의해 분리된 고조파를 전류로써 검출하는 포토디텍터, 상기 포토 디텍터로부터의 신호를 증폭하는 증폭기, 상기 증폭기로부터의 송출신호를 비교판단하는 비교기, 비교기로부터의 결과 신호를 입력받아 상기 펠티어 소자에 조정된 전류를 흘리는 피이드백 회로를 구비하며, 상기 피이드백회로는 레이저의 기본 빔의 LM과 관련되어 발생되는 온도 함수의 SHG 출력으로 최대 SHG 피이크 파워의 전후 경사영역을 이용하여 광출력의 증감을 할 수 있도록 상기 펠티어 소자를 구동하도록 된 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 SHG의 개략적 구성도이며, 제4도는 제3도에 도시된 본 발명 SHG의 실체구조의 단면도. 그리고 제5도는 본 발명의 SHG에서 비선형 결정소자의 온도에 따른 광출력 변화 특성선도이다. 위의 제3도와 제4도에 사용된 참조부호에 있어서, 같은 부호가 사용된 부분은 같은 요소임을 나타내며, 제1도와 제2도에 사용된 동일 부호와는 관계가 없다.

제3도와 제4도를 참조하면, 펌핑라이트 소스(1), 예를 들어 레이저 다이오드에 인접하는 레이저 공진영역(Laser Cavity)을 제공하는 두개의 밀러(3)(7)가 소정간격으로 대향되게 마련되고, 이들 밀러(3)(7)들의 사이에는 상기 레이저 공진 영역에서 상기 여기광에 의해 특정 기본 주파수 공진광을 발생하는 동적 레이저 로드(4), 예를들어 YAG, YLF 및 브루스터 플레이트(5), 공진영역에서 상기 기본 주파수의 기본파로부터 제2고조파를 발생하는 주파수 변환소자인 비선형 단결정 소자(6), 예를 들어 KTP이 하나의 광진행 선상에 위치된다. 그리고, 고조파 출사측의 밀러(7)의 후측에는 출력 고조파로부터 일부의 고조파를 분리하는 소정 반사률의 빔스프리터(8)가 마련되고, 빔스프리터로부터의 분리된 고조파의 진행경로 맞은 편에는 포토디텍터(9)가 마련되다. 이 포토디텍터(9)는 증폭기(13)에 접속되며, 증폭기(13)에 연속하여 상기 증폭기로부터의 송출신호를 비교판단하는 비교기(10), 비교기(10)로부터의 결과 신호를 입력받아 상기 펠티어소자에 조정된 전류를 흘리는 피이드백 회로(12)가 마련된다. 도면에서 미설명된 부호 ＂2＂는 펌핑 레이저 빔 집속소자이다.

이상과 같은 구조를 가지는 본 발명 SHG의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 레이저 다이오드(1)로부터의 펌핑 레이저는 집속소자(2)에 의해 레이저 공진영역에 진입된다. 먼저 밀러(3)를 통과한 후 YAG(4)를 통과하면서, 기본파의 레이저 빔을 발생된다. 이 기본파의 레이저 빔은 양 밀러(3,7)에 의해 증폭되면서, 동시에 KTP(6)를 통과하는 과정 중 SHG 비임을 발생한다. 이 SHG 비임은 밀러(7)를 투과하여 외부로 방출되며, 일부는 비임 스프리터(8)에 의해 반사되어 포토 디텍터(9)에 입사된다. 포토 디텍터에서 발생된 광전류는 증폭기(13)에서 증폭되고, 다시 비교기(10)에서는 최대 출력값을 낼 수 있는 여부가 판단된다. 판단결과는 피이드 백회로에 입력되고, 피이드백회로(12)를 펠티어 소자(11)에 적정전류를 흘려 KTP(6)의 온도를 조절한다. 이때에, 피이드백 방식은 SHG 출력이 비선형 단결정소자의 온도의 함수이므로 최대 SHG 광출력을 갖는 피이크점의 전후 경사영역을 이용하여 SHG의 출력 증감에 따라 펠티어 소자(11)의 인가 출력의 증감으로 이루어진다.

제4도는 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명 SHG의 동작특성을 잘 나타내 보인다. 이를 통해 알 수 있듯이, 일정한 고출력을 얻기 위한 온도조건은 무수히 많으므로 최대 SHG 광출력을 얻기 위해서는 최대 SHG출력값을 갖는 일정온도 조건을 설정하여야 하며, 최대 피이크 곡선의 경사 영역 중 피이크 값보다 약간 낮은 온도를 피이드 백회로의 동작 온도로 설정하는 것이 바람직하다.

일례로 제5도에 ＂A＂점을 동작온도로 설정한 경우 이 온도보다 비선형 단결정 온도가 감소하면, SHG광출력이 증가하게 되고, 반대로 온도가 증가하면 SHG 광출력이 감소하는 경향을 나타내므로 비교기(10)에 의해 A점의 온도여부를 결정하여 피이드 백회로를 통해 펠티어 소자의 구동을 상기 SHG 광출력 변화에 따라 시행하면 비선형 단결정 소자의 온도를 매우 일정하게 유지하는 것이 가능하다.

이러한 본 발명에 있어서, 상기 피이드 백회로의 구성이 간단하고, 외부의 온도환경이 변화되는 경우에 있어서도, 고정도의 안정된 최대 SHG 광출력을 얻을 수 있고, 별도의 온도 측정감지부에 의한 제어시간 지연 및 불안정성을 제거하고, 최종 광출력으로 직접제어할 수 있다.

Claims (2)

1. 레이저 공진영역을 제공하는 두개의 밀러, 상기 공진영역에 여기광을 제공하는 여기광원, 상기 레이저 공진영역에서 상기 여기광에 의해 특정 기본 주파수 공진광을 발생하는 동적 레이저 로드, 상기 레이저 공진영역에서 상기 기본 주파수의 기본파로부터 제2고조파를 발생하는 주파수 변환소자, 상기 고조파의 일부를 분리하는 빔스프리터, 그리고 빔스프리터에 의해 분리된 고조파를 전류로써 검출하는 포토디텍터, 상기 포토 디텍터로부터의 신호를 증폭하는 증폭기, 상기 증폭기로부터의 송출신호를 비교판단하는 비교기, 비교기로부터의 결과 신호를 입력받아 상기 펠티어 소자에 조정된 전류를 흘리는 피이드백 회로를 구비하며, 상기 피이드백회로는 비선형 단결정 소자의 온도 변화에 의한 기본파의 론지튜디널 모드 광출력 변화특성에 따라 나타나는 제2고조파의 광출력 변화특성에 따라 상기 펠티어소자를 구동하도록 하여 된 것을 특징으로 하는 제2고조파 발생장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비교기는 제2고조파의 광출력의 최대 피이크치의 전후 경사영역의 선형부분 한점에 해당하는 비교 기준값을 가지며, 상기 피이드 백회로는 상기 기준값에 대한 비교치, 광출력 특성에 따라서 상기 펠티어소자에 전류를 조절하도록 된것을 특징으로 하는 제2고조파 발생장치.