반도체 레이저로 종펌핑하를 946 nm Nd:YAG 레이저의 출력 특성

박차곤,추한태,김규욱,Park, Cha-Gon,Choo, Han-Tae,Kim, Gyu-Ug 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.4

광섬유가 연결된 레이저 다이오드로 펌핑하는 Nd:YAG 레이저의 공진기 길이를 14 mm로 구성하고 펌핑광의 세기에 따른 946 nm Nd:YAC 레이저의 출력 특성을 조사하였다. 이때 이득 매질의 온도는 열전 냉각기를 이용하여 일정하게 유지시켰다. 그 결과 이득 매질의 온도를 낮게 유지할수록 더 강한 출력을 얻을 수 있었으며, $5^{\circ}C$에서 9.95 W로 펌핑할 때 최고 870 mW의 출력을 확인하였다. 출력거울의 반사율 변화에 따른 펌핑광의 발진 문턱값을 측정하여 0.23의 공진기 손실값을 얻을 수 있었다. 또한 펌핑광의 세기가 10 W 이상일 때 이득매질의 열적인 효과로 인한 출력의 감소 현상을 확인할 수 있었다. We have investigated the output characteristics of the 946 nm Nd:YAG laser which is longitudinally pumped by a fiber coupled laser diode. The temperature of a Nd:YAG crystal mount was kept constant by a controller with thermoelectric cooler. As a result, we measured more intense output at a low temperature, and then the maximum output power was measured to be 870 mW when the pumping power and the temperature were 9.95 W and $5^{\circ}C$, respectively. It appeared that output was decreased above 10 W pump power because of the thermal effects in gain medium.

능동형 Q-스위치된 1064 nm Nd:YVO4 레이저의 LBO를 이용한 제2고조파 출력특성

박차곤,손미루,추한태 한국물리학회 2019 새물리 Vol.69 No.4

The laser-diode-pumped actively Q-switched 1064 nm Nd:YVO4 laser with acousto-optic effects was constructed. When the pulse repetition rate was 8 kHz and the incident pump power was 19 W, the output powers of the 1064 nm fundamental beam in the linear cavity and the folded cavity were 5.75 W and 4.60 W, respectively. The output power slope efficiencies for the pump power were 33.8% and 28.6%, respectively. Using LBO (Lithium triborate, LiB3O5), the frequency-doubled 532 nm second-harmonic-generation (SHG) output powers from the linear extracavity and the Lshaped folded intracavity were measured at 2.25 W and 2.60 W, respectively, and the output power slope efficiencies for the pump power were measured at 14.4% and 15.4%, respectively. The shortest pulse widths were 10 ns in the extracavity and 25.2 ns in the intracavity, with a pulse repetition rate of 8 kHz and a pump power of 17 W. 다이오드 레이저로 여기(excitation)시키고 음향광학(AO, Acousto-Optic) 효과를 이용한 능동형 Q- 스위치시킨 1064 nm Nd:YVO4 레이저를 구성하였다. 펄스 반복률이 8 kHz이고 입사 여기광의 세기가19 W일 때, 선형 공진기와 접힘 공진기에서의 1064 nm 기본파의 출력은 각각 5.75 W와 4.60 W이고, 여기광의 세기에 대한 출력 기울기 효율은 각각 33.8%와 28.6%이었다. LBO(Lithium triborate, LiB3O5) 를 이용한 선형의 외부공진기와 L-자형의 꺾인 내부공진기에서 주파수 배가된 532 nm 제2고조파(SHG) 의 출력은 각각 2.25 W와 2.60 W이며, 여기광의 세기에 대한 기울기 효율은 각각 14.4% 및 15.4%로측정되었다. 가장 짧은 펄스 폭은 외부공진기에서 10 ns이고 내부공진기에서 25.2 ns으로 확인되었고, 이때 펄스 반복률은 8 kHz, 여기광의 세기는 17 W였다.

LD로 여기된 473 nm Nd:YAG/LBO 청색 레이저의 출력특성

박차곤,추한태,김규욱 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.3

We obtained a blue laser output at 473 nm by using a LBO crystal for intracavity second harmonic generation in a 946 nm Nd:YAG laser. When the pumping power of the laser diode was 14.7 W, the cw blue output was measured to be (12 ± 4.7) mW. When the laser was Q-switched using a Cr:YAG saturable absorber, we obtained a maximum average power of 59.4 mW, a pulse width of 60 to 90 ns, and a maximum pulse energy of 5.3 μJ. 946 nm Nd:YAG 레이저 공진기 내부에 비선형 매질인 LBO를 삽입한내부공진기 구조에서 2차 조화파 발생을 이용하여 473 nm 청색 레이저출력을 얻었다. 그 결과 다이오드 레이저의 펌핑 세기가 14.7 W일 때연속발진하는 청색 레이저 출력이 (12± 4.7) mW 이었다. 또한Cr:YAG 포화흡수체를 이용한 Q-스위칭 동작 시에는 최대 평균출력이 59.4mW이고 펄스폭은 60 ns에서 90 ns까지이며 최대 펄스 에너지가 5.3 μJ인 청색 레이저를 얻었다.

Cr4+:YAG 포화흡수체를 이용한 수동형 Q-스위칭된 946 nm-Nd:YAG 레이저의 출력특성

박차곤,추한태,김규욱 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.2

복합 Nd:YAG(composite Nd:YAG) 결정을 이득매질로 이용한 선형평면-평면형 공진기로부터 최대 2.3 W의 946 nm 출력을 얻었으며기울기효율은 15.3 %였다. 단일 Nd:YAG(non-composite Nd:YAG)를 이용한실험과 비교하여 보다 효율적으로 냉각이 이루어진다는 사실을실험적으로 확인하였다. 또한 평면-오목형 공진기 구조가 평면-평면형공진기 구조보다 열적으로 더 안정된 공진기 모드반경을 가짐을 ABCD 전파행렬을 이용해 확인해 보았다. 평면-오목형 공진기에서는 최대 3 W의출력과 15.1 %의 기울기 효율을 보였다. Q-스위칭 동작을 위해포화흡수체로 Cr4+:YAG를 공진기 내부에 삽입하여, 20 W의펌핑세기에 대하여 1.2 W의 최대 평균출력을 얻었으며 변환효율은 6%로측정되었다. 레이저 반복율 및 펄스폭은 각각 20 kHz 및 32 ns이었으며그때의 단일 펄스 에너지 및 첨두출력은 각각 60 μJ 및 1.8 kW 이었다.

LD로 펌핑하는 연속발진 Nd:YAG/KTP 녹색레이저의 설계와 출력 특성

박차곤,추한태,김규욱,안범수 한국물리학회 2006 새물리 Vol.53 No.6

레이저 다이오드(Laser diode, LD)로 종펌핑되는 연속발진 Nd:YAG/KTP 녹색레이저(532 nm)의 공진기를 이득매질 내에서의 펌핑 광에 의한 열렌즈 효과를 고려하여 구성하고 그 출력 특성을 측정하였다. 레이저 다이오드의 펌핑 출력이 22.9 W일 때 3 W의 1064 nm-Nd:YAG 레이저의 출력을 얻었으며, 기울기 효율은 13.4 \%로 측정되었다. 또한 비선형결정인 KTP(potassium titanyl phosphate)를 공진기 내부에 삽입한 내부공진기 주파수 배가 방식으로 펌핑 출력이 10.6 W일 때, 130 mW의 안정된 녹색레이저를 얻을 수 있었다. 이때 녹색레이저의 빔질 파라미터 M$^2$ = 1.90, 빔 발산각 $\theta$ = 9.95 mrad으로 측정되었다. We designed a continuous-wave Nd:YAG/KTP green laser which had a thermal lens effect and was pumped by using a laser diode(LD) and we reported here results for its output characteristics. The Nd:YAG laser, which is pumped by LD with a power of 22.9 W, emits as much as 3 W of output power at 1064 nm and has a slope efficiency of 13.4 \%. Also, the intracavity frequency doubling obtained by using a potassium titanyl phosphate(KTP) nonlinear crystal generates green light at 532 nm. At an incident pumping power of 10.6 W, a SHG output power of 130 mW is achieved with a beam quality parameter of M$^2$ = 1.90 and beam divergence angle of $\theta$ = 9.95 mrad.

다이오드로 펌핑하고 V³+:YAG 포화흡수체를 이용한 수동형 Q-스위칭 및 내부공진기 주파수 배가된 Nd:GdVO₄/LBO 적색 레이저의 출력 특성

박차곤,추한태,김규욱,이상호 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.3

We investigated the output characteristics of a diode-pumped, passively Q-switched, intracavity frequency-doubled Nd:GdVO₄/LBO red laser with V³+:YAG as a saturable absorber and LBO as a nonlinear crystal. The laser had a V-type cavity configuration with two concave mirrors and one flat mirror. We searched for a suitable position for the saturable absorber by using ABCD transfer matrix method to calculate the radius of the TEM_{00} mode. The calculation considered the thermal lensing effect of the gain medium. We calculated not only the radii of TEM_{00} modes in the gain medium and the saturable absorber but also the ratio of the cross-sectional areas of the mode in those regions. Comparing these results with those for the passive Q-switching condition, we were able to investigate the possibility of a Q-switched red laser oscillation. The maximum average power, repetition rates, pulse widths, single-pulse energies, and peak powers of a Q-switched 670 nm red laser were 32 mW, 18.4 ~ 162 kHz, 113 ~ 158 ns, 0.20 ~ 0.65 μJ, and 1.25 ~ 5.26 W, respectively. 다이오드로 펌핑하고 V³+:YAG 포화흡수체와 LBO 비선형 결정을 이용하여 수동형 Q-스위칭 및 내부공진기 주파수 배가된 670 nm Nd:GdVO₄/LBO 적색 레이저의 출력 특성에 관해 조사하였다. 레이저 공진기는 두 장의 오목거울과 한 장의 평면거울을 이용하여 V-자 형태로 구성하였다. 이득 매질의 열렌즈 효과를 고려한 ABCD 전파행렬 방법을 이용하여 공진기를 분석하여 포화흡수체의 위치를 적절히 결정하였다. 또한 이득 매질 및 포화흡수체 내의 TEM_00 모드 반지름뿐만 아니라 모드 단면적 비를 계산하고 Q-스위칭 이론과 비교하여 적색 레이저의 발진 가능성을 확인할 수 있었다. Q-스위칭된 670 nm 적색 레이저의 출력 특성 결과로 최대 32 mW의 평균 출력, 18.4 $\sim$ 162 kHz의 펄스 반복률, 113 ~ 158 ns의 펄스폭, 0.20 ~ 0.65 μJ의 단일 펄스 에너지 및 1.25 ~ 5.26 W의 첨두 출력을 얻었다.

946nm-Nd:YAG 레이저의 Q-스위칭에 대한 수치해석

박차곤,권오환,추한태,김규욱,이봉연 한국물리학회 2009 새물리 Vol.58 No.2

To model a quasi-three-level 946-nm Nd:YAG laser passively Q-switched by a Cr4+:YAG saturable absorber, we developed rate equations that involve the dynamics of the laser population inversion, the absorber state population, and the photon density in the laser cavity. Also, we simulated these equations for absorbers of different initial transmittances. As a result, when the pumping power of the laser diode was 10 W and the initial transmittance of the saturable absorber was 80%, the output energy, the FWHM, and the repetition rate of the Q-switched pulse were calculated to be 1.34 mJ, 8.57 ns, and 14.75 kHz, respectively. Cr4+:YAG 결정을 포화흡수체로 이용하는 수동형 Q-스위칭된 준3준위 946nm- Nd:YAG 레이저를 이론적으로 분석하기 위해 레이저공진기 내에서 이득매질의 밀도반전, 포화흡수체의 분포밀도 및 광자밀도를 포함하는 비율방정식을 세워 계산하였다. 또한, 포화흡수체의 초기투과율이 출력에 미치는 영향도 함께 살펴보았다. 그 결과 펌핑세기가 10 W이고, 포화흡수체의 초기투과율이 80%일 때 펄스당 에너지, 펄스폭 및 펄스반복률은 각각 1.34 mJ, 8.57 ns 및 14.75 kHz로 계산되었다.

레이저-다이오드로 단면 펌핑하고 1.34 ㎛에서 동작하는 연속 발진 Nd:GdVO₄ 레이저의 출력 특성

추한태,박차곤,김규욱,변성욱 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.2

We have investigated the operational characteristics of a laser-diode-pumped 1.34 ㎛-Nd:GdVO_4 laser by using a simple concave-plano cavity. Based on the ABCD ray matrix theory, we analyzed a concave-plano cavity containing a thermal lens. In addition, the thermal focal length of the gain medium was experimentally measured as a function of the pump power. For a 60 mm cavity length and an absorbed pump power of 15.2 W, a maximum output power of 5.0 W was obtained, giving an optical conversion efficiency of 32.8 % and an average slope of efficiency of 33.7 %. Using the knife-edge method, we measured the beam quality factor (M^2) and the divergence angle of a 1.34 ㎛-Nd:GdVO_4 laser beam at an output power of 1.2 W to be 2.16 and 3.34 mrad, respectively. 레이저-다이오드(LD)로 단면 펌핑하고 간단한 오목-평면형 공진기 구조를갖는 연속 발진 1.34 ㎛-Nd:GdVO_4 레이저의 출력 특성을조사하였다. 열렌즈가 포함된 오목-평면형 공진기 구조를 ABCD 광선행렬 이론을 이용하여 분석하고 펌핑 파워에 따른 이득 매질 내의 열초점거리를 실험적으로 측정하였다. 공진기 길이가 60 mm일 때 이득매질에서 흡수된 펌핑 파워가 15.2 W에서 최대 5.0 W의 레이저 출력을얻을 수 있었고, 이때의 광변환 효율 및 출력의 평균 기울기 효율은 각각32.8 % 및 33.7 %로 측정되었다. 또한 칼날 방법(Knife-Edge Method)을이용하여 1.2 W 출력으로 발진하는 레이저의 빔 질(M^2) 및 빔발산각을 측정한 결과 각각 2.16 과 3.34 mrad 으로 측정되었다.

두 개의 레이저 결정을 사용하여 이중으로 단면 펌핑하여 전기 광학적으로 Q- 스위치된 1064 nm Nd:YVO4 레이저

박광렬,박차곤,추한태,이건희 한국물리학회 2020 새물리 Vol.70 No.4

We investigated the output characteristics of a continuous wave, electro-optically Q-switched 1064-nm Nd:YVO4 laser with two laser crystals and a double-end pump with two laser diodes. In the continuous-wave operating mode, the output power and the slope efficiency were measured as 10.3 W and 36%, respectively, when the pumping powers of both pumping lasers were 16 W. In the Q-switched mode, the pulse energy and the pulse width were measured as 667 ± 3.17 J and 23.6 0.84 ns, respectively, and the corresponding peak power was up to 28.8 kW. The Q-switched output showed very stable temporal behavior. Also, we analyzed the thermal lens effects of Nd:YVO4 crystals by using the ABCD matrix method and found that the thermal lensing effect in solid-state laser was reduced. 두 개의 Nd:YVO4 결정을 사용하고 두 대의 레이저 다이오드로 단면 펌핑하는 연속발진 및 전기 광학적으로 Q-스위치된 1064 nm Nd:YVO4 레이저의 출력특성을 조사하였다. 두 대의 레이저 다이오드 입사펌프가 동시에 각각 16 W 일 때, 연속발진 1064 nm Nd:YVO4 레이저의 출력은 10.3 W로 측정되었으며, 기울기 효율은 36%로 측정되었다. 전기 광학적으로 Q-스위치된 1064 nm Nd:YVO4 레이저의 펄스 에너지및 펄스 폭은 각각 667 ± 3.17 J, 23.6 ± 0.84 ns 로 측정되었으며, 첨두 출력값은 28.8 kW를 가진다. 또한 시간에 따른 Q-스위치된 출력이 안정됨을 확인하였다. 열 렌즈가 포함된 공진기 구조를 ABCD 광선전파행렬을 이용하여 Nd:YVO4 결정에서의 열 렌즈 효과 분석을 통해 고체 레이저에서 발생하는 열렌즈효과가 감소함을 확인하였다

다이오드로 펌핑하고 V3+:YAG포화흡수체를 이용한 수동형 Q-스위칭된1.34 μm-Nd:GdVO4 레이저의 출력 특성

추한태,박차곤,김규욱,변성욱 한국물리학회 2013 새물리 Vol.63 No.2

We investigated the output characteristics of a diode-pumped passively Q-switched 1.34 μm-Nd:GdVO4 laser with V3+:YAG as a saturable absorber. The laser had a concave-plane cavity configuration. The focal length of the thermal lens in the diode-end-pumped Nd:GdVO4 laser was experimentally investigated for the 1.34-μm transition. The measured proportionality constant was estimated to be 8.1 × 103 W/mm. For the Q-switching operation, an output coupler of T = 15%was used with a cavity length of 63 mm. A maximum average output power of 1.45 W was achieved when the incident pump power was 18.5 W, corresponding to an optical conversion of 7.8% and a slope efficiency of 20%. The minimum pulse width obtained was 65 ns when the pulse repetition frequency was 39 kHz. The single-pulse energy and peak power were estimated to be 0.037 mJ and 570 W, respectively. The measured values of M2 about the x-axis and the y-axis were 1.09 and 1.13respectively. V3+:YAG 포화흡수체를 이용하고 다이오드로 펌핑하는 수동형Q-스위칭된1.34 μm-Nd:GdVO4 레이저의 출력 특성을조사하였다. 오목-평면 형태의 공진기 구조를 갖고 다이오드로 단면펌핑하는 Nd:GdVO4 레이저의 1.34 μm 천이에 대한 열초점 거리를실험적으로 조사하였으며, 비례상수가 8.1 × 103 W/mm로측정되었다. 공진기 길이가 63 mm이고 출력거울의 투과율 T = 15%인Q-스위칭 동작에 대하여 18.5 W의 입사 펌프 파워에 대한 최대 평균출력은 1.45 W 이었으며 이에 대응되는 광변환 및 기울기 효율은 각각7.8% 및 20%이었다. 또한 펄스 반복률이 39 kHz인 65 ns의 최소펄스폭을 얻어 그때의 단일 펄스 에너지 및 피크 파워는 각각 0.037 mJ 및 570 W로 계산되었고, x-축 및 y-축에 대한 M2 값은 각각 1.09 및1.13으로 측정되었다.