KR100374805B1 - Acousto-optic modulating system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An acousto-optic modulating system is provided to improve acousto-optical modulation efficiency of the modulating system and reduce switching time of the system by improving the structure of an optical system. CONSTITUTION: An acousto-optical modulating system includes the second harmonic generator(100) for generating the second harmonic, a collimating lens(210) located on a traveling path of the second harmonic, and a focusing lens(220) that reflects a part of the second harmonic that has passed through the collimating lens to another path and condenses the second harmonic. The system further includes a filter(230) for removing a fundamental wave included in the second harmonic, and an acousto-optic modulator(300) for controlling the second harmonic that has passed through the focusing lens according to diffraction.

Description

광변조 시스템{Acousto-optic Modulating system}Optical Modulation System

본 발명은 광변조 시스템(Acousto-optic Modulating system)에 관한 것으로서, 특히 제2고조파 발생과 음향-광 변조를 적용한 광변조 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical modulation system, and more particularly, to an optical modulation system using second harmonic generation and acoustic-light modulation.

청록색 영역의 빛을 발하는 레이저 다이오드로 펌핑되는 제2고조파 발진장치는 고밀도 광자기 기록용으로서 매우 유용한 광원이다. 연속파(continuous wave)인 청록색 레이저가 오디오/비디오(A/V)의 정보 기록/재생용 장치에 사용되기 위해서 입력 신호에 맞게 변조되어야 할 필요가 있다. 이러한 변조를 위하여 광변조장치가 사용되는데 이 광변조장치는 음향-광 효과(Acousto-optic effect)를 이용한 광학소자로서 고속 광스위치로 널리 사용되고 있다. 현재 주로 사용되고 있는 광변조시스템은 청록색 영역의 연속파인 제2고조파 발생을 적용한 광원, 음향-광 효과를 적용한 광변조 소자 및 이들 사이에서 레이저를 제어하는 적절한 광학계로 크게 구분되는 요소를 가진다. 상기 광학계는 음향-광 효과에 의해 광변조가 일어날때 최대의 광효율과 짧은 스위칭 타임을 얻기 위해서 광변조소자를 통과하는 빔의 직경이 작고 평행광인 것이 필요하고, 이러한 필요조건을 위해서 적절한 렌즈의 선택과 배열이 필요한다.A second harmonic oscillator pumped by a laser diode emitting light in the cyan area is a very useful light source for high density magneto-optical recording. A continuous wave cyan laser needs to be modulated to fit an input signal in order to be used in an information recording / reproducing device of audio / video (A / V). An optical modulator is used for such modulation, and the optical modulator is widely used as a high speed optical switch as an optical device using an acoustic-optic effect. Currently used optical modulation system has a largely divided into a light source applied to the second harmonic generation, a continuous wave in the blue green region, an optical modulation device applied to the acoustic-light effect, and an appropriate optical system for controlling the laser therebetween. The optical system needs to have a small diameter and parallel light of a beam passing through the optical modulation element in order to obtain the maximum light efficiency and short switching time when the optical modulation occurs by the acoustic-light effect, and the selection of a suitable lens for this requirement Requires an array.

종래의 광변조 시스템에서 사용되는 광원 즉, 제2고조파 발생장치는 구조 상 작은 직경의 빔을 얻기 어렵다. 제1도는 종래 광변조 시스템의 개략적 구조를 보인다. 이 광변조 시스템은 광원인 제2고조파 발생부(10)와 광변조부(30) 및 이들 사이의 렌즈계(20)를 구비한다.The light source used in the conventional optical modulation system, that is, the second harmonic generator, is difficult to obtain a small diameter beam in structure. 1 shows a schematic structure of a conventional light modulation system. The optical modulation system includes a second harmonic generation unit 10, a light modulation unit 30, and a lens system 20 therebetween as a light source.

먼저 제2고조파 발생부(10)를 살펴보면, 공진공간을 마련하는 입력 미러(11)와 출력미러(15)가 소정 광학 거리를 두고 배치되고, 이들 사이에는 입력미러를 통해 입사된 외부 펌핑 레이저로 부터 기본파(Fundamental wave)를 발생하는 Nd;YAG 등의 이득매체(12), 기본파를 특정방향의 선형편광으로 만드는 1/4 파장판 또는 블루스터 플레이트와 같은 편광소자(13), 그리고 선형 편광화된 기본파로 부터 제2고조파를 발생하는 KTP 등과 같은 비선형 단결정 소자(14)가 동일 광축상에 마련되고, 그리고 출력미러(15) 후방의 제2고조파 진행 축상에는 제2고조파 중에 일부 포함되어 있는 기본파를 제거하는 필터와, 제2고조파의 일부를 반사하여 반사광(23)을 만듦으로써 이를 피이드 백 장치에 사용하도록 하는 빔 스프리터가 그 순서대로마련되어 있다.First, referring to the second harmonic generator 10, an input mirror 11 and an output mirror 15 for providing a resonance space are disposed at a predetermined optical distance, and an external pumping laser incident through the input mirror is disposed therebetween. A gain medium 12 such as Nd; YAG, which generates a fundamental wave, a polarizing element 13 such as a quarter wave plate or a bluester plate that makes the fundamental wave linearly polarized, and linear A nonlinear single crystal element 14 such as KTP, which generates a second harmonic from the polarized fundamental wave, is provided on the same optical axis, and part of the second harmonic is included on the second harmonic propagation axis behind the output mirror 15. A filter for removing the fundamental waves present therein and a beam splitter for reflecting a part of the second harmonic to form the reflected light 23 for use in the feedback device are provided in that order.

광변조부(30)는 음향광학 매질(Acousto-optic media, 31)의 일측에 전극(33)이 마련되어 있어서 전극(33)에 인가되는 전압에 의해 초음파가 발생되고 이에 의해 음향광학 매질을 통과하는 광이 회절됨으로서 0차 빔(34)와 1차빔(32)을 얻게 된다.The optical modulator 30 is provided with an electrode 33 on one side of an acoustic-optic media 31 so that ultrasonic waves are generated by a voltage applied to the electrode 33 and thereby pass through the acoustic optical medium. The light is diffracted to obtain a zero order beam 34 and a primary beam 32.

한편, 상기 제2고조파 발생부(10)와 광변조부(30)의 사이에 마련되는 렌즈계는 빔스프리터(17)를 투과한 빛을 평행광화시키는 콜리메이팅 렌즈(Collimating Lens, 21)와 콜리메이팅 렌즈(21)를 투과한 레이저를 상기 광변조 소자의 중심부에 집속(Focusing)시키는 포커싱 렌즈(22)를 구비한다.On the other hand, the lens system provided between the second harmonic generator 10 and the optical modulator 30 is collimating lens (Collimating Lens, 21) for collimating the light transmitted through the beam splitter 17 and collimating Focusing lens 22 for focusing the laser beam transmitted through the lens 21 to the center of the optical modulation device.

이상과 같은 구조의 종래 광변조 시스템은, 위에서 설명된 바와 같이 제2고조파 발생부(10)와 렌즈계(20) 사이의 거리가 제2고조파 발생부(10)의 필터(16)와 빔스프리터(17)에 의해 더 이상 좁힐 수 없는 문제가 있는데, 이에 의하면, 광변조효율을 높이고 그리고 스위칭 시간을 단축시키기 어렵고, 또한 전체 규모를 소형화하는데에 어려움이 있다.In the conventional optical modulation system having the above structure, as described above, the distance between the second harmonic generator 10 and the lens system 20 is such that the filter 16 and the beam splitter of the second harmonic generator 10 17), there is a problem that can no longer be narrowed, and accordingly, it is difficult to increase the light modulation efficiency and shorten the switching time, and also to reduce the overall size.

본 발명은 광학계의 구조 개선으로 높은 광변조 효율과 짧은 스위치 시간을 가지는 광변조시스템을 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an optical modulation system having a high optical modulation efficiency and a short switch time by improving the structure of an optical system.

또한 본 발명은 보다 소형화가 가능하고 또는 팩케이지화가 용이한 광변조시스템을 제공함에 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a light modulation system that can be more compact or easy to package.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광변조 시스템은,In order to achieve the above object, the optical modulation system according to the present invention,

제2고조파를 발생하는 제2고조파 발생부;A second harmonic generator for generating a second harmonic;

상기 제2고조파 발생부의 제2고조파 출력의 진행 경로 상에 마련되는 콜리메이팅 렌즈;A collimating lens provided on a traveling path of the second harmonic output of the second harmonic generator;

상기 콜리 메이팅 렌즈를 통과한 제2고조파의 일부를 다른 경로로 반사하며 투과하는 제2고조파를 접속하는 것으로, 입사면이 평탕하고 출사면은 볼록한 구면 형상인 포커싱 렌즈;A focusing lens having a spherical shape in which the incident surface is smooth and the exit surface is convex, connecting second harmonics that reflect and transmit a portion of the second harmonics passing through the collimating lens to another path;

상기 포커싱 렌즈의 광입사면에 형성되어 제2고조파에 일부 포함된 기본파를 제거하는 것으로 MgF2와 TiO2의의 단위층을 1조로하는 다중의 적층구조를 가지는 필터막;A filter membrane having a multi-layer structure in which a unit layer of MgF 2 and TiO 2 is formed by removing a fundamental wave formed on a light incident surface of the focusing lens and partially included in a second harmonic;

상기 포커싱 렌즈를 투과한 제2고조파를 회절에 의해 제어하는 광변조부;를 구비하는 점에 특징이 있다.And an optical modulator for controlling second harmonics transmitted through the focusing lens by diffraction.

상기 포커싱 렌즈는 제2고조파의 진행 경로에 대해 45°경사지게 배치되어 있는 것이 바람직하다.The focusing lens is preferably arranged at an inclination of 45 ° with respect to the traveling path of the second harmonic.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 광 변조 시스템의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of an optical modulation system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 발명에 따른 광변조 시스템의 개략적 구조를 보인다.2 shows a schematic structure of a light modulation system according to the present invention.

이를 참조하면, 본 발명의 광변조 시스템은 광원인 제2고조파 발생부(100)와 광 변조부(300)를 구비함으로써 제2고조파 발생부(100)와 광 변조부(300)의 사이에 렌즈계(200)가 마련되는 종래 광변조 시스템과 구조적으로 구별된다.Referring to this, the optical modulation system of the present invention includes a second harmonic generator 100 and a light modulator 300 as a light source, thereby providing a lens system between the second harmonic generator 100 and the optical modulator 300. It is structurally distinguished from the conventional light modulation system in which 200 is provided.

먼저, 제2고조파 발생부(100)를 살펴보면, 공진공간을 마련하는입력미러(110)와 출력미러(150)가 소정 광학거리를 두고 배치되고, 이들 사이에는 입력미러를 통해 입사된 809nm 파장을 가지는 외부 펌핑레이저로부터 1064nm의 파장을 가지는 기본파 (Fundamental wave)를 발생하는 Nd;YAG 등의 이득매체(120), 기본파를 특정방향의 선형편광으로 만드는 1/4 파장판 또는 블루스터 플레이트와 같은 편광소자(130), 그리고 선형 편광화된 기본파로 부터 532nm 파장의 제2고조파를 발생하는 KTP 등과 같은 비선형 단결정 소자(140)가 동일 광축 상에 마련된다.First, referring to the second harmonic generator 100, an input mirror 110 and an output mirror 150 for providing a resonance space are disposed at a predetermined optical distance, and an 809 nm wavelength incident through the input mirror is interposed therebetween. A gain medium 120 such as Nd; YAG which generates a fundamental wave having a wavelength of 1064 nm from an external pumping laser, a quarter wave plate or a bluester plate that makes the fundamental wave linearly polarized in a specific direction; The same polarization element 130 and a nonlinear single crystal element 140 such as KTP generating second harmonics of 532 nm wavelength from the linearly polarized fundamental wave are provided on the same optical axis.

한편 본 발명을 특징지우는 것으로서, 상기 렌즈계(200)는 콜리메이팅 렌즈(210)와 포커싱 렌즈(220)를 구비한다. 상기 포커싱 렌즈(220)는 입사면이 평탄하고 그리고 출사면은 구면으로 되어 있다. 이 포커싱 렌즈(220)는 제3도에 도시된 바와 같이 광축에 대해 소정 각도, 바람직하게는 45°경사지게 배치되어 있어서 입사된 제2고조파를 일부를 제2고조파의 진행 경로에 대해 45°각으로 반사시켜 반사광(240)을 만든다. 이 반사광은 일반적인 제2고조파 출력 제어를 위한 피이드 백 제어회로로 보내어 지는 것이다.Meanwhile, in an aspect of the present invention, the lens system 200 includes a collimating lens 210 and a focusing lens 220. The focusing lens 220 has a flat entrance face and a spherical exit face. The focusing lens 220 is disposed at an angle with respect to the optical axis, preferably 45 °, as shown in FIG. 3, so that part of the incident second harmonic is 45 ° with respect to the traveling path of the second harmonic. Reflection is made to reflect light 240. This reflected light is sent to the feedback control circuit for general second harmonic output control.

본 발명을 특징지우는 또 하나의 요소로서 상기 포커싱 렌즈(220)의 입사면에는 제2고조파에 일부 포함된 기본파를 제거하는 필터막(230)이 형성되어 있다. 상기 필터막(230)은 MgF2와 TiO2로된 단위층을 구비하는데, 91.7nm 의 MgF2의 밑에 183.3nm의 MgF2와 TiO2를 한짝으로 하는 12층의 박막이 형성되어 있는 구조를 가진다. 이와 같은 구조의 필터막(230)은 532nm의 고조파에 대해 고투과율을 가지고, 809nm 와 1064nm 의 펌핑 레이저와 기본파에 대해 고반사율을 가진다. 제4도는 시뮬레이션에 의해 얻어진 필터막(230)의 파장별 반사율의 보인 선도이다.In another aspect of the present invention, a filter film 230 is formed on the incident surface of the focusing lens 220 to remove fundamental waves partially included in the second harmonic. The filter membrane 230 is provided in a unit layer with MgF 2 and TiO 2, have a structure in which a thin film layer 12 to the 183.3nm MgF 2 and TiO 2 in the bottom of MgF 2 of 91.7nm by one odd formed . The filter membrane 230 having such a structure has a high transmittance with respect to harmonics of 532 nm, and has a high reflectance with respect to pumping lasers and fundamental waves of 809 nm and 1064 nm. 4 is a diagram showing the reflectance for each wavelength of the filter film 230 obtained by the simulation.

그리고, 상기 광 변조부(300)는 기존의 구조를 가지는 것으로서 소자(310)의 일측에 전극(330)이 마련되어 있어서 전극(330)에 인가되는 전압에 의해 초음파가 발생되고 이에 의해 도파로를 통과하는 광이 회절됨으로써 0차 빔(340)과 1차 빔(320)을 얻는다.In addition, the light modulation unit 300 has a conventional structure, and the electrode 330 is provided at one side of the device 310 so that ultrasonic waves are generated by a voltage applied to the electrode 330, thereby passing through the waveguide. The light is diffracted to obtain a zero order beam 340 and a primary beam 320.

이상과 같은 구조를 가지는 본 발명의 광변조시스템은 기존의 제2고조파 발생부에 마련되었던 빔스프리터 및 필터가 제거되고, 대신에 빔스프리터와 필터의 기능이 제2고조파 발생부와 광변조부 사이의 렌즈계에 부여됨으로써 제2고조파 발생부의 출력 미러와 렌즈계의 포커싱 렌즈를 매우 가깝게 위치시킬 수 있게 되고, 결과적으로 광변조부에 짧은 직경의 빔을 제공함으로써 광 변조 효율을 극대화할 수 있고, 또한 스위칭 타임을 크게 단축시킬 수 있게 된다.In the optical modulation system of the present invention having the structure as described above, the beam splitter and the filter provided in the existing second harmonic generator are removed, and the function of the beam splitter and the filter is instead provided between the second harmonic generator and the optical modulator. By attaching to the lens system of the second harmonic generator, the output mirror of the second harmonic generating unit and the focusing lens of the lens system can be positioned very close, and as a result, by providing a short diameter beam to the optical modulation unit, it is possible to maximize the light modulation efficiency and switching The time can be greatly shortened.

제1도는 종래 광변조 시스템의 개략적 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a conventional optical modulation system,

제2도는 본 발명에 따른 광변조 시스템의 개략적 구성도,2 is a schematic configuration diagram of an optical modulation system according to the present invention,

제3도는 제2도에 도시된 본 발명의 광변조 시스템에 적용되는 포커싱 렌즈의 광제어 구조를 보인 발췌도, 그리고3 is an extract showing the light control structure of the focusing lens applied to the optical modulation system of the present invention shown in FIG.

제4도는 시뮬레이션에 의해 얻어진 본 발명에 따른 필터막의 파장별 반사율의 보인 선도이다.4 is a diagram showing the wavelength-specific reflectivity of the filter film according to the present invention obtained by simulation.

Claims (4)

제2고조파를 발생하는 제2고조파 발생부;A second harmonic generator for generating a second harmonic; 상기 제2고조파 발생부의 제2고조파 출력의 진행 경로 상에 마련되는 콜리메이팅 렌즈;A collimating lens provided on a traveling path of the second harmonic output of the second harmonic generator; 상기 콜리 메이팅 렌즈를 통과한 제2고조파의 일부를 다른 경로로 반사하며 투과하는 제2고조파를 접속하는 것으로, 입사면이 평탄하고 출사면은 볼록한 구면 형상인 포커싱 렌즈;A focusing lens for connecting a second harmonic which reflects a part of the second harmonic passing through the collimating lens through another path and transmits it, the incident surface being flat and the exit surface being convex; 상기 포커싱 렌즈의 광입사면에 형성되어 제2고조파에 일부 포함된 기본파를 제거하는 것으로 MgF2와 TiO2의의 단위층을 1조로하는 다중의 적층구조를 가지는 필터막;A filter film having a multi-layer structure in which a unit layer of MgF 2 and TiO 2 is formed by removing a fundamental wave formed on a light incident surface of the focusing lens and partially included in a second harmonic; 상기 포커싱 렌즈를 투과한 제2고조파를 회절에 의해 제어하는 광변조부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광변조시스템.And an optical modulator for controlling second harmonics transmitted through the focusing lens by diffraction. 상기 포커싱 렌즈의 입사면이 평탄하고, 출사면은 볼록한 구면 형상인 것을 특징으로 하는 광변조 시스템.And a light exit surface having a convex spherical shape. 제1항에 있어서, 상기 포커싱 렌즈는 제2고조파의 진행 경로에 대해 45°경사지게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광변조 시스템.The optical modulation system of claim 1, wherein the focusing lens is disposed at an inclination of 45 ° with respect to a traveling path of the second harmonic. 제1항에 있어서, 상기 필터막의 최상위층은 91.7nm의 MgF2박막이 형성되며,According to claim 1, wherein the uppermost layer of the filter film is a MgF 2 thin film of 91.7nm is formed, 상기 단위층은 12층이며, 각 단위층의 MgF2는 183.3nm 그리고 TiO2는 105.4nm의 두께를 각각 가지는 것을 특징으로 하는 광 변조시스템.The unit layer is 12 layers, MgF 2 of each unit layer of the optical modulation system, characterized in that each having a thickness of 183.3nm and TiO 2 105.4nm. 제2항에 있어서, 상기 반사막의 최상위층은 91.7nm의 MgF2박막이 형성되며,According to claim 2, wherein the uppermost layer of the reflective film is a MgF 2 thin film of 91.7nm is formed, 상기 단위층은 12층이며, 각 단위층의 MgF2는 183.3nm 그리고 TiO2는 105.4nm의 두께를 각각 가지는 것을 특징으로 하는 광 변조시스템.The unit layer is 12 layers, MgF 2 of each unit layer of the optical modulation system, characterized in that each having a thickness of 183.3nm and TiO 2 105.4nm.
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