KR100364348B1 - 파장가변형 오피오 레이저장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 광선의 조정을 용이하게 하고 펌핑광의 효율성을 향상시킬 수 있게한 파장가변형 오피오(Optical Parametric Oscillator ; OPO) 레이저장치에 관한 것으로,
즉, Nd:YAG 레이저로부터 발생된 레이저 광선을 기본파와 2차 조화파 및 3차 조화파로 만들어 주는 조화파 발생기와, 상기 조화파 발생기를 통과한 광선을 프리즘을 통과시켜 분산되게 하면서 다른 방향으로 전파되게 하되 상기 광선들중 기본파와 2차 조화파를 차단하는 반면 3차 조화파만 통과시키는 빔 조리개와, 상기 3차 조화파가 입사되어 펌핑광으로 사용하도록 고리 형태로 배열된 세 개의 공진기 거울의 사이에 설치된 오피오 레이저의 이득 물질인 BBO 크리스탈과, 상기 오피오 레이저 광선을 펌프 빔과 시그날 빔 및 아이들러 빔으로 각각 분리되도록 하는 펠린-브로카 프리즘과, 상기 오피오 레이저 광선을 조정하도록 설치된 헬륨-네온 레이저의 일부를 투과시키되 나머지 일부는 반사시키는 빔 스프리터와, 상기 빔 스프리터를 투과한 광선과 반사된 광선이 세 개의 공진기 거울과 BBO 크리스탈을 순차로 통과한 후 모니터링 스크린에 각각 점 형태로 나타나게 되어 오피오 레이저의 조정 여부를 감지하게 된 것이다.

Description

파장가변형 오피오 레이저장치
본 발명은 파장가변형 오피오 레이저장치, 보다 상세하게는 레이저 광선의 조정을 용이하게 하고 펌핑광의 효율성을 향상시킬 수 있게한 파장가변형 오피오(Optical Parametric Oscillator ; OPO) 레이저장치에 관한 것이다.
오피오 레이저는 가시광선뿐 아니라 적외선 영역까지 원하는 파장의 광선을 모두 발생시킬 수 있으므로 대기오염측정 광원 및 고온기체 온도측정용 광원 등의 레이저 분광학 분야에 널리 사용될 수 있다.
오피오 레이저를 작동시키기 위해서는 강력한 펌핑 광원이 필요하며 일반적으로 Nd:YAG 레이저의 기본파로부터 발생된 3차 조화파를 펌핑광으로 사용한다.
종래에는 Nd:YAG 레이저의 기본파로부터 발생된 광선중 3차 조화파만을 선정하기 위하여 3차 조화파에 대하여 반사율이 큰 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 사용하였다.
그러나 하나의 다이크로익 미러로는 기본파와 2차 조화파를 충분히 제거할 수 없었으므로, 어느 하나의 다이크로익 미러에서 반사된 광선을 다른 다이크로익 미러로 다시 반사시켜 3차 조화파를 추출하였다.
이러한 방법은 한 번 반사시키는 것보다는 기본파와 2차 조화파를 더 많이 제거할 수 있는 잇점은 있었으나 여러개의 반사경을 거쳐야 하므로 3차 조화파의 출력이 작아지면서 펌핑광의 효율을 저하시키는 요인이 되고 있다.
또한 펌핑광이 여러번의 반사를 거친 후에 이득 물질에 입사되므로 오피오 레이저의 조정이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래의 펌프광의 추출과 조정에 따른 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 Nd:YAG 레이저의 3차 조화파를 효율적으로 추출함과 아울러 오피오 레이저의 조정을 용이하게 하는 파장가변형 오피오 레이저장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Nd:YAG 레이저로부터 발생된 레이저 광선을 기본파와 2차 조화파 및 3차 조화파로 만들어 주는 조화파 발생기와, 상기 조화파 발생기를 통과한 광선을 프리즘을 통과시켜 분산되게 하면서 다른 방향으로 전파되게 하되 상기 광선들중 기본파와 2차 조화파를 차단하는 반면 3차 조화파만 통과시키는 빔 조리개와, 상기 3차 조화파가 입사되어 펌핑광으로 사용하도록 고리 형태로 배열된 세 개의 공진기 거울의 사이에 설치된 오피오 레이저의 이득 물질인 BBO 크리스탈과, 상기 오피오 레이저 광선을 펌프 빔과 시그날 빔 및 아이들러 빔으로 각각 분리되도록 하는 펠린-브로카 프리즘과, 상기 오피오 레이저 광선을 조정하도록 설치된 헬륨-네온 레이저의 일부를 투과시키되 나머지 일부는 반사시키는 빔 스프리터와, 상기 빔 스프리터를 투과한 광선과 반사된 광선이 세 개의 공진기 거울과 BBO 크리스탈을 순차로 통과한 후 모니터링 스크린에 각각 점 형태로 나타나게 되어 오피오 레이저의 조정 여부를 감지하게 됨을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 파장가변형 오피오 레이저장치를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 의한 출력광선을 나타낸 선도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : Nd:YAG 레이저 2 : 조화파 발생기
3 : 프리즘 4 : 빔 조리개
5, 5a, 5b : 거울 6 : BBO 크리스탈
7 : 펠린-브로카 프리즘
10 : 펌프 빔 11 : 시그날 빔
12 : 아이들러 빔 13 : 헬륨-네온 레이저
14 : 빔 스프리터 15 : 모니터링 스크린
이하, 본 발명의 파장가변형 오피오 레이저장치를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 파장가변형 오피오 레이저장치를 개략적으로 나타낸 구성도로서, Nd:YAG 레이저(1)로부터 발생된 레이저 광선이 지나는 통로에 레이저 광선이 통과할 때 기본파와 2차 조화파 및 3차 조화파로 만들어 주는 조화파 발생기(2)가 설치되어 있다.
상기 조화파 발생기(2)를 통과한 광선들은 프리즘(3)을 통과하는 과정에서 분산되면서 각각 다른 방향으로 전파시키되 상기 광선들중 기본파와 2차 조화파는 빔 조리개(4)에서 차단되는 반면 3차 조화파만 빔 조리개를 통과한다.
이 빔 조리개(4)를 통과한 3차 조화파는 고리 형태로 배열된 세 개의 공진기 거울(5, 5a, 5b)과 이들 거울 사이에 놓인 오피오 레이저의 이득 물질인 BBO 크리스탈(6)에 입사되어 펌핑광으로 사용된다.
이 과정에서 발생된 오피오 레이저 광선은 펠린-브로카 프리즘(7)에 입사되어 펌프 빔(10), 시그날 빔(11), 아이들러 빔(12)으로 분리된다.
펌핑용으로 사용되는 Nd:YAG 레이저와는 별도로 본 장치에서는 오피오 레이저의 조정용으로 헬륨-네온 레이저를 사용하고 있다.
헬륨-네온 레이저(13)는 빔 스프리터(14)에서 일부가 투과되는 반면 일부는 반사된다.
상기 빔 스프리터(14)를 투과한 광선은 오피오 레이저를 전혀 거치지 않고 모니터링 스크린(15)에 비치며, 스크린에 비친 점은 조정을 위한 기준점으로 사용된다.
한편, 빔 스프리터(14)에서 반사된 광선은 오피오 레이저를 구성하고 있는 세 개의 공진기 거울(5, 5a, 5b)과 BBO 크리스탈(6)을 순차로 통과한 후 모니터링 스크린(15)에 비친다.
따라서, 스크린 상에는 오피오 레이저를 통과한 광선과 통과하지 않은 광선이 함께 비치게 되고, 이 두 개의 점이 일치하면 오피오 레이저의 조정이 정확히 된 것이다.
또한 오피오 레이저의 사용중 조정이 어긋나는 일이 있으면 이들 두 점이 분리되므로 이를 쉽게 감지할 수 있을뿐 아니라 조정도 손쉽게 할 수 있다.
도 2a 및 2b는 본 발명에 의한 오피오 레이저 출력광선을 나타낸 선도로서, 도 2a의 실시예는 BBO 크리스탈(6)을 회전시켜 오피오 레이저의 출력파장을 가변시킨 결과이며, 여기에서 BBO 크리스탈(6)의 회전각 변화에 따라 424nm에서 695nm까지, 그리고 726nm에서 2181nm에 이르는 매우 넓은 영역에서 파장가변이 가능함을 알 수 있다.
도 2b의 실시예는 펌핑용으로 사용되는 Nd:YAG 레이저의 세기에 따른 오피오 레이저 출력의 변화를 관측한 것으로서 매우 높은 에너지 변환효율을 가지며 최대 변환효율은 약 23%에 이른다.
이와 같은 본 발명의 파장가변형 오피오 레이저장치는 프리즘과 빔조리개를 통해 추출된 광선을 BBO 크리스탈의 회전각도 조절에 의해 다양한 파장으로 펌핑할 수 있는 효과가 있으며, 투과광선과 반사광선을 모니터링 스크린에 점으로 각각 나타나게 하여 두점의 일치여부에 따라 레이저 조정의 정확도를 간편하게 감지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

  1. Nd:YAG 레이저(1)로부터 발생된 레이저 광선이 지나는 통로에 설치되어 레이저 광선을 기본파와 2차 조화파 및 3차 조화파로 만들어 주는 조화파 발생기(2)와, 상기 조화파 발생기(2)를 통과한 광선이 프리즘(3)을 통과하는 과정에서 분산되면서 각각 다른 방향으로 전파되고 상기 광선들중 기본파와 2차 조화파는 차단되는 반면 3차 조화파만 통과되게 하는 빔 조리개(4)와, 상기 3차 조화파가 입사되어 펌핑광으로 사용하도록 고리 형태로 배열된 세 개의 공진기 거울(5, 5a, 5b)의 사이에 설치된 오피오 레이저의 이득 물질인 BBO 크리스탈(6)과, 상기 오피오 레이저 광선이 입사되어 펌프 빔(10)과 시그날 빔(11) 및 아이들러 빔(12)으로 각각 분리되도록 하는 펠린-브로카 프리즘(7)과, 상기 오피오 레이저 광선을 조정하도록 설치된 헬륨-네온 레이저(13)의 일부를 투과시키되 나머지 일부는 반사시키는 빔 스프리터(14)와, 상기 빔 스프리터(14)를 투과한 광선과 반사된 광선이 세 개의 공진기 거울(5, 5a, 5b)과 BBO 크리스탈(6)을 순차로 통과한 후 각각 점 형태로 나타나게 설치되어 오피오 레이저의 조정 여부를 감지하게 되는 모니터링 스크린(15)을 포함한 구성을 특징으로 하는 파장가변형 오피오 레이저장치.
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