KR960003866B1 - 제 2 고조파 발생장치(Second Harmonic Generator) - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 종래 제 2 고조파 발생장치(SHG)의 도식적 구조도.
제 2 도는 종래 다른 SHG의 도식적 구조도.
제 3 도는 본 발명에 따른 SHG의 제 1 실시예의 도식적 구성도.
제 4 도는 본 발명에 따른 SHG의 제 2 실시예의 도식적 구성도이며,
제 5 도는 그리고 본 발명의 한 사용례를 보여준다.
본 발명은 공진기(Resonator)의 비선형 단결정 물질(non-linear bifringent crystalline material)로부터 제 2 고조파(second harmonics)를 발생하는 장치에 관한 것으로서, 비선형 단결정물질의 양방향으로 나오는 고조파를 이용할 수 있는 제 2 고조파 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 제2고조파 발생장치(Second Harmonic Generator ; 이하 SHG라 약칭한다)의 최대의 효율을 얻기 위해서는 레이져 캐비티에 한쌍의 밀러를 설치하여 공진비임(Resonating Beam)을 이용한다.
미국 특허 5,093,832는 공진비임에 관해 기술한다. 여기에서는 제 1 도에 도시된 바와 같이 그 양단부에 밀러(22)(26)가 마련된 광학적 공진기(Optical Resonator : 20)내에서 밀러(26)에서 반사된 반사비임의 광경로를 레이져 다이오드(12)로부터의 입사비임의 진행경로와 달리하였고, 출력비임(Output Beam)의 일부를 비임 스프리터(Beam spilitter ; 54)를 통해 분리하여 광검출기(60)로 광검출(Photo-detecting)하여 온도 콘트롤러(Temp. Controller ; 70)로 펠티어 소자(Peltier element ; 80)에 귀환(Feed-back)시키는 구조에 관해 기술된다. 그러나 이러한 기술에서는 SHG 모듈의 소형화가 어렵다.
또한, 미국 특허 4,260,957에서는 제 2 도에 도시된 바와 같이, 비선형 단결정 물질인 KTP(lithium methaniobate potassium dihydrogen phosphate)의 양방향에서 발생하는 SHG 비임중 뒷방향으로 발진하는 비임을 SHG의 외부로 추출하는 방법에 관해 기술된다. 즉, 뒷방향으로 발진하는 비임을 100% 외부로 빼내기 위해 원래의 브루스터 플레이트 이외에 또 다른 브루스터 플레이트를 추가로 도입하고, 이 플레이트를 도입함으로써 기본주파수(Fund-amental Frequency)에 방해가 되는 것을 최소로 하기 위해 이 플레이트의 각을 기본주파수에 대한 소위 브루스터 각도로 설치하고 있다. 그러나 이것은 별도의 브루스터 플레이트가 추가되는 관계로 원가상승은 물론 모듈의 소형화가 역시 어렵다.
더욱이 전술된 상기 두 SHG는 모두 양방향으로 나오는 고조파중 앞방향으로 나오는 고조파만을 추출하여 사용하고 있어서, 그 광사용 효율면에서 손실이 많다.
본 발명은 모듈의 소형화가 용이한 SHG를 제공함에 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 광이용 효율이 증대된 SHG를 제공함에 그 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 두 개의 경로로 진행하는 두 개의 고조파를 얻음으로써 보다 그 적용대상이 확대되고, 또한 새로운 응용분야를 넓히는 SHG를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 SHG는, 레이져 공진영역을 제공하는 두 개의 밀러, 상기 공진영역에 여기광을 제공하는 여기광원, 상기 레이져 공진영역에서 상기 여기광에 의해 특정 기본 주파수 공진광을 발생하는 동적 레이져 로드, 상기 레이져 공진영역에서 상기 기본 주파수의 기본파로부터 제 2 고조파를 발생하는 주파수 변환소자, 상기 고조파의 일부를 분리하는 빔스프리터, 그리고 빔스프리터에 의해 분리된 고조파를 전류로서 검출하고, 이 전류를 열로 변환하여 상기 주파수 변환소자의 온도를 제어하는 제어장치를 갖춘 SHG에 있어서, 상기 주파수 변환소자를 향하는 동적 레이져 로드의 광경로상 일면에, 소정의 브루스터 각과 소정 주파수의 파장에 대한 소정 반사률을 가지는 반사막이 형성되고, 이 반사막으로부터 반사되는 고조파 광의 제 2 의 경로상에 진행중인 광을 안내하여 별도의 출력 고조파를 송출하도록 하는 안내장치가 마련된 점에 그 특징이 있다.
다른 유형에 있어서의 본 발명의 SHG는, 레이져 공진영역을 제공하는 두 개의 밀러, 상기 공징영역에 여기광을 제공하는 여기광원, 상기 레이져 공진영역에서 상기 여기광에 의해 특정 기본 주파수 공진광을 발생하는 동적 레이져 로드, 상기 레이져 공진영역에서 상기 기본 주파수의 기본파로부터 제 2 고조파를 발생하는 주파수 변환소자, 상기 고조파의 일부를 분리하는 빔스프리터, 그리고 빔스프리터에 의해 분리된 고조파를 전류로서 검출하고, 이 전류를 열로 변환하여 상기 주파수 변환소자의 온도를 제어하는 제어장치를 갖춘 SHG에 있어서, 상기 주파수 변환소자를 향하는 동적 레이져 로드의 광경로상 일면에, 소정의 브루스터 각과 소정 주파수의 파장에 대한 고정파에 대해 소정의 반사막을 가지는 반사막이 형성되고, 이 반사막으로부터 반사되는 고조파 광의 경로상에는 광의 진행경로를 적어도 두 개로 분할하는 빔스프리터가 마련되고, 이 빔스프리터에 의한 어느 하나의 광경로상에는 상기 제어장치가 마련되고, 그리고 다른 하나의 광경로상에는 진행중인 광을 안내하여 별도의 출력 고조파를 송출하도록 하는 안내장치가 마련된 점에 그 특징이 있다.
이상의 본 발명에 있어서, 상기 고조파 발생장치에서 발생된 고조파의 일부를 분리하여 얻은 광의 진행경로상 마련되어 분리된 광중 고조파 광을 전류로 변환 출력하는 광/전류 변환장치는, 고조파만을 통과시키는 필터와, 광검지 센서를 갖춘다. 또한 상기 콘트롤부로부터 입력된 전류를 열로 변환시키는 전류-열변환장치는 펠티어 소자가 바람직하다. 한편 상기 동적 레이져 로드의 고조파에 대한 반사막이 브루스터 앵글을 가지면서, 고조파에 대해 소정의 반사막을 가지는데, 그 반사률이 약 90%의 HR(High Reflective) 코팅으로 마련할 수 있다. 이 코팅은 통상의 것에 비추어 SiO2와 TiO2의 교번 적층 구조로 마련함이 여러면을 고려할 때 바람직하다. 이러한 본 발명에 있어서, 예를 들어 상기 여기 광원의 파장이 809nm로 하면, YAG(Nd : YAG ; Yetrium-Aluminium-Garmet)에서는 1064nm의 적외선 레이져가 발생되고, KTP로부터는 532nm의 고조파 비임을 얻게 된다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도면중 제 3 도는 본 발명에 따른 SHG의 제 1 실시예의 도식적 구성도이며, 제 4 도는 제 2 실시예의 도식적 구성도이며, 그리고 본 발명의 한 사용례를 보여준다.
[제 1 실시예]
제 3 도를 참조하면, 소정간격을 유지하는 양 밀러(100),(400) 사이에 액티브 레이져 로드(Active Laser Rod ; 200) 비선형 단결정 물질(KTP ; 300)이 그 순서대로 마련된다. 상기 액티브레이져 로드(200)는 본 발명의 특징적 형태를 가지는 것으로서, 상기 KTP를 향하는 면이 소정의 브루스터 각을 이루며 그 단면에 고조파에 대한 반사막이 형성된다. 상기 브루스터 각(θ)은 tan n으로서 "n"은 액티브 레이져 로드의 굴절률이다. 이 반사막은 소정의 반사률을 가지는데, 고조파에 대해 HR(High Reflective) 코팅으로 마련할 수 있다. 이 코팅은 통상의 것에 비추어 SiO2와 TiO2의 교번 적층 구조로 마련함이 여러면을 고려할 때 바람직하다. 그리고 상기 반사막에 의한 반사광 진행경로상에는 빔안내수단으로서의 반사률을 가지는 밀러(220)가 마련되어 제 2 의 고조파(Second Harmonic) 출력광(SHG2)를 얻도록 한다.
한편, 상기 SHG 출사측의 밀러(400)의 후방 제 1 고조파의 광진행경로상에는 빔스프리터(500)가 마련되어 제 1 고조파 출력광(SHG1)과 고조파 모니터 광(SHG3)을 얻는다. 모니터광의 진행경로상에는 고조파만 통과를 허용하는 필터(filter ; 610), 그리고 필터를 통과한 빛을 검지하여 이를 전류로 변환하는 포토다이오드(photo-diode ; 620)가 마련되고, 이 포토다이오드(620)에는 상기 비선형 결정소자에 설치되는 펠티어 소자(peltier element ; 640)에 신호를 피이드-백하는 온도 콘트롤부(Temp. controller ; 10)가 연결된다. 이러한 구조의 본 발명 SHG에 있어서, 상기 액티브 레이져 로드로서는, 예를 들어 Nd : YAG를 적용하고, 비선형 결정소자(4)로서는 KTP가, 여기광원(11)으로서는 레이져다이오드, 그리고, 상기 필터(6)로서는 532nm투과용이 적용된다.
이러한 본 발명 SHG의 동작에 있어서, 먼저, 레이져 다이오드(90)로부터 발진된 809nm의 광이 밀러(100)를 통과한 후 액티브 레이져 로드(200)인 YAG에 입사되면 1064nm의 레이져가 발진된다. 이 레이져광이 비선형 결정소자인 KTP(300)를 거치게 됨으로써 532nm의 제 2 고조파가 발생된다. 이와 같이 발생된 제 2 고조파는 밀러(400)를 통해 외부로 방사되고, 1064nm의 기본파는 밀러(500)에서 반사되어 KTP(300)에 재입사된다. 이때에도 532nm의 제 2 고조파가 발생된다. 이 고조파에 있어서 KTP의 후방을 향하는 고조파는 YAG의 반사막(210)에서 약 95%가량 반사되어 제 3 의 밀러(220)에 의해 제 2 의 고조파(SHG2)로서 출사된다. 한편 빔스프리터에 의해 제 1 고조파(SHG1)로부터 분리된 모니터 광은 532nm 광만이 통과되는 필터(6)를 통과한 후 포토다이오드(7)에 의해 광이 전류로 변환되어 온도 콘트롤부(10)에 SHG 모니터신호로서 전달된다. 이 온도 콘트롤부(10)에 전달된 SHG 출력 모니터 신호는 주파수 변환소자의 온도상황과 비교하여 조정된 전류를 펠티어 소자(9)에 소정의 전류를 가해 열로 전환시킨다. 한편, 역방향으로 입사된 1064nm의 기본파는 YAG(200)를 거쳐 밀러(100)에서 반사되어 다시 정방향의 제 2 고조파 발생에 기여하게 된다.
[제 2 실시예]
제 4 도를 참조하면, 소정간격을 유지하는 양 밀러(100),(400) 사이에 액티브 레이져로드(200), 비선형 단결정 물질(KTP ; 300)이 그 순서대로 마련된다. 상기 액티브 레이져 로드(200)는 본 발명의 특징적 형태를 가지는 것으로서, 상기 KTP를 향하는 면이 소정의 브루스터 각을 이루며 그 단면에 고조파에 대한 반사막(210)이 형성된다. 이 반사막은 브루스터 앵글을 가지면서, 소정의 반사률을 가지는데, 고조파에 대해 HR 코팅으로 마련할 수 있다. 이 코팅은 통상의 것에 비추어 SiO2와 TiO2의 교번 적층 구조로 마련함이 여러 면을 고려할 때 바람직하다. 그리고 상기 반사막에 의한 반사광 진행경로상에는 빔안내수단으로서 밀러(220)가 마련되어 약 90%의 제 2 고조파 출력광(SHG2)과 약 10%의 SHG 모니터광(SHG3)을 얻는다. 상기 모니터광(SHG3)의 진행경로 맞은 편에는 본 발명의 특징에 따라 고조파의 통과를 허용하는 필터(610), 그리고 필터를 통과한 빛을 검지하여 이를 전류로 변환하는 포토다이오드(620)가 마련되고, 이 포토다이오드(620)에는 상기 비선형 결정소자에 설치되는 펠티어 소자(640)에 신호를 피이드-백하는 온도 콘트롤부(630)가 마련된다. 이러한 구조의 본 발명 SHG에 있어서, 상기 액티브 레이져 로드로서, 예를 들어 YAG를 적용하고, 비선형 결정소자(300)로서 KTP가, 여기광원(90)으로서 레이져다이오드, 그리고 상기 필터(610)로서는 532nm 투과용이 적용된다.
이러한 본 발명 SHG의 동작에 있어서, 먼저, 레이져 다이오드(90)로부터 발진된 809nm의 광이 밀러(100)를 통과한 후 액티브 레이져 로드(200)인 YAG에 입사되면 1064nm의 레이져가 발진된다. 이 레이져광이 비선형 결정소자인 KTP(300)를 거치게 됨으로써 532nm의 제 2 고조파가 발생된다. 이와 같이 발생된 제 2 고조파는 밀러(400)를 통해 외부로 방사되고, 1064nm의 기본파는 밀러(500)에서 반사되어 KTP(300)에 재입사된다. 이때에도 532nm의 제 2 고조파가 발생된다. 이 고조파에 있어서 KTP의 후방을 향하는 고조파는 YAG의 반사막(210)에서 약 95%가량 반사되어 제 3 밀러(220)에 의해 제 2 고조파 출력(SHG2)으로서 출사된다. 그리고 제 3 밀러를 통과한 잔여 10%의 고조파, 즉 SHG 모니터광(SHG3)중 532nm 광만이 필터(6)를 통과한 후 포토다이오드(620)에 의해 전류로 변환되어 온도 콘트롤부(10)에 SHG 모니터신호로서 전달된다. 이 온도콘트롤부(10)에 전달된 SHG 출력 모니터신호는 온도콘트롤부(630)에서 판단되어 조정된 전류를 펠티어 소자(640)에 소정의 전류를 가해 열로 전환시킨다. 한편, 역방향으로 입사된 1064nm의 기본파는 YAG(200)를 거쳐 밀러(100)에서 반사되어 다시 정방향의 제 2 고조파 발생에 기여하게 된다.
이상에서 언급된 본 발명 SHG는 근본적으로 별도의 브루스터 플레이트가 제거된 대신에 액티브 레이져 로드의 한면을 브루스터면으로 하고, 이 브루스터 단면에 고조파에 대한 반사막을 두는 것에 그 특징이 있다. 이러한 본 발명은 KTP 양방향에서 나오는 고조파를 모두 이용함으로써 광이용 효율 증대는 물론 두 개의 고조파를 얻을 수 있음으로 인해 적용대상의 확대 및 새로운 응용분야의 확장을 이룬다. 새로운 응용분야로서는 예를 들어, 하나의 메커니즘 내에서 하나의 SHG로 두 개의 디스크를 구동할 수 있는, 제 5 도에 도시된 바와 같은 더블 디스크 시스템을 고려할 수 있다. 즉, SHG1은 디스크 1을, 그리고 SHG2는 디스크 2의 라이트 소오스(Light Source)로서 사용함으로써, 한쪽의 디스크에서 저장된 정보를 읽어내는 중에 다른 디스크에는 외부로부터 들어오는 정보 또는 자체 정보를 기록하는 방식의 구조를 구축할 수 있다. 이와 같은 경우 정보의 처리를 병렬화할 수 있게 되고, 그 기록용량 및 처리능력도 크게 향상시킬 수 있게 된다.
Claims (6)
- 레이져 공진영역을 제공하는 두 개의 밀러, 상기 공진영역에 여기광을 제공하는 여기광원, 상기 레이져 공진영역에서 상기 여기광에 의해 특정 기본 주파수 공진광을 발생하는 동적 레이져 로드, 상기 레이져 공진영역에서 상기 기본 주파수의 기본파로부터 제 2 고조파를 발생하는 주파수 변환소자, 상기 고조파의 일부를 분리하는 빔스프리터, 그리고 빔스프리터에 의해 분리된 고조파를 전류로서 검출하고, 이 전류를 열로 변환하여 상기 주파수 변환소자의 온도를 제어하는 제어장치를 갖춘 제 2 고조파 발생장치에 있어서, 상기 주파수 변환소자를 향하는 동적 레이져 로드의 광경로상 일면이, 소정의 브루스터 각을 갖도록 형성하고, 상기 브루스터 면상에 소정 주파수의 파장에 대한 소정 반사률을 가지는 반사막이 형성되고, 이 반사막으로부터 반사되는 고조파 광의 제 2 의 경로상에 진행중인 광을 안내하여 별도의 출력 고조파를 송출하도록 하는 안내장치가 마련된 것을 특징으로 하는 제 2 고조파 발생장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고조파 발생장치에서 발생된 고조파의 일부를 분리하여 얻은 광의 진행경로상 마련되어 분리된 광중 고조파 광을 전류로 변환 출력하는 광/전류 변환장치는, 고조파만을 통과시키는 필터와, 광검지 센서를 갖추며, 전류-열변환장치는 펠티어 소자인 것을 특징으로 하는 제 2 고조파 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 동적 레이져 로드의 브루스터면상에 형성되는 반사막은 고조파에 대해 고반사율을 가지며, 기본파는 모두 투과할 수 있도록 형성한 것을 특징으로 하는 제 2 고조파 발생장치.
- 레이져 공진영역을 제공하는 두 개의 밀러, 상기 공진영역에 여기광을 제공하는 여기광원, 상기 레이져 공진영역에서 상기 여기광에 의해 특정 기본 주파수 공진광을 발생하는 동적 레이져 로드, 상기 레이져 공진영역에서 상기 기본 주파수의 기본파로부터 제 2 고조파를 발생하는 주파수 변환소자, 상기 고조파의 일부를 분리하는 빔스프리터, 그리고 빔스프리터에 의해 분리된 고조파를 전류로서 검출하고, 이 전류를 열로 변환하여 상기 주파수 변환소자의 온도를 제어하는 제어장치를 갖춘 제 2 고조파 발생장치에 있어서, 상기 주파수 변환소자를 향하는 동적 레이져 로드의 광경로상 일면이 소정의 브루스터 각을 갖도록 형성하고, 상기 브루스터면상에 소정 주파수의 파장에 대한 소정 반사률을 가지는 반사막이 형성되고, 이 반사막으로부터 반사되는 고조파 광의 경로상에는 광의 진행경로를 적어도 두 개로 분할하는 빔스프리터가 마련되고, 이 빔스프리터에 의한 어느 하나의 광경로상에는 상기 제어장치가 마련되고, 그리고 다른 하나의 광경로상에는 진행중인 광을 안내하여 별도의 출력 고조파를 송출하도록 하는 안내장치가 마련된 것을 특징으로 하는 제 2 고조파 발생장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 고조파 발생장치에서 발생된 고조파의 일부를 분리하여 얻은 광의 진행경로상 마련되어 분리된 광중 고조파 광을 전류로 변환 출력하는 광/전류 변환장치는, 고조파만을 통과시키는 필터와, 광검지 센서를 갖추며, 전류-열변환장치는 펠티어 소자인 것을 특징으로 하는 제 2 고조파 발생장치.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 동적 레이져 로드의 브루스터면상에 형성되는 반사막은 고조파에 대해 고반사율을 가지며, 기본파는 모두 투과될 수 있도록 형성한 것을 특징으로 하는 제 2 고조파 발생장치.
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| KR1019920022938A KR960003866B1 (ko) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | 제 2 고조파 발생장치(Second Harmonic Generator) |
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| KR940012718A KR940012718A (ko) | 1994-06-24 |
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| KR20030087477A (ko) * | 2002-05-10 | 2003-11-14 | 엘지전자 주식회사 | 레이저 |
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| KR940012718A (ko) | 1994-06-24 |
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