(a) (b)
(c) (d)
그림 34. 펌프 빔 직경, 반사율에 따른 Q–스위칭 레이저 출력 특성 (a) 출력 에너지 데이터, (b) 출력 에너지 수치 해석, (c) 첨두 출력 데이터, (d) 첨두 출력 수치 해석.
그림 34는 펌프 빔 직경과 반사율에 따른 레이저 출력 특성을 보여준다. 펄스 폭은 공진기 길이 의존성이 크고 출력 에너지는 펌프 빔 직경에 크게 의존한다. 출력 에너지 는 펌프 빔 직경이 클수록 높았다. 반사율은 클수록 출력 에너지가 높은 경향이 있었지 만 3.1에서와 같이 반사율이 높을수록 긴 펄스 폭으로 인해 첨두 출력에서는 최적의 반 사율이 30%였고 펌프 빔 직경이 0.279 mm에서 첨두 출력이 가장 높은 0.629 MW였다.
그림 35. 레이저 율 방정식을 이용한 Q–스위칭된 일체형 YAG/Yb:YAG/Cr:YAG 레이저의 반사율에 따른 첨두 출력 수치 해석.
그림 35는 레이저 율 방정식을 이용한 반사율에 따른 첨두 출력이다. 이때 공진기 길 이 10 mm, 펌프 빔 직경 0.279 mm로 고정하였다. 3절에서 출력 거울 반사율 25%와 30%를 비교하였을 때 최적의 반사율은 30%였고, 4차 Runge–Kutta 해석으로 율 방정 식 수치 해석해보았을 때 최적 조건은 반사율 30%에서 최대 첨두 출력이 나왔다. 따라 서 3.1과 3.2, 3.3을 통한 최적의 공진기 길이는 25 mm, 펌프 빔 직경은 0.279 mm, 반 사율은 30%이다.
제4절 Fabry–Pérot etalon을 이용한 출력 에너지 안정화 4.1. Fabry–Pérot etalon의 각도 선택
레이저 안정화를 위해서 Fabry–Pérot etalon의 투과 특성을 이용하면 레이저 스 펙트럼 선폭을 감소시킬 수 있다. Fabry–Pérot etalon 효과를 공진기 내부에 적용 시키기 위해서는 광학적 정렬이 중요하다. 이론적인 모드 필터링 효과를 하기 위해 서는 Fabry–Pérot etalon을 공진기 내부에 수직으로 삽입해야 한다. 하지만 그림 36(a)와 같이 다른 광학 소자들의 면과 면 사이의 커플링이 발생하여 모드 간의 간 섭이 더 많아진다. 이로 인해 공진하는 모드가 더 복잡해져서 레이저 출력이 불안 정해질 수 있으며 출력 감소 효과가 나타날 수 있다.
(a) (b)
그림 36. Fabry–Pérot etalon의 광학적 정렬 (a) 수직으로 삽입한 경우, (b) 비스듬히 삽입한 경우.
그림 36(b)와 같이 다른 모드가 생성되는 것을 막기 위해서는 Fabry–Pérot etalon을 비스듬히 삽입하여 커플링 효과를 감소시켜야 한다. 하지만 Fabry–Pérot etalon 효과를 최대로 얻기 위해서는 가능한 수직으로 정렬시켜야 한다. 그래서 Fabry–Pérot etalon 효과와 공진 모드 커플링에도 영향을 주지 않는 적정 각도 ()를 찾아야 한다. Fabry –Pérot etalon 효과는 각도 변화에 매우 민감하여 각도 변화량을 자동조준기 (Auto-collimator)를 사용해 측정하면서 각도를 조절하였다.
각도 변화에 따른 측정 결과는 그림 37에서 볼 수 있다.
그림 37. Fabry–Pérot etalon 효과를 위한 적정 각도.
그림 37은 Fabry–Pérot etalon의 유무와 각도에 따른 펄스 출력 에너지의 출력 변동을 보여준다. Fabry–Pérot etalon이 없는 경우는 약 2% 이상 출력 변동이 생 겼다. 반면에 Fabry–Pérot etalon을 공진기 내부에 삽입하고 0 도에서 5 도까지 각도 변화에 따라 출력 변동이 감소하는 적정 각도를 찾을 수 있었다. Fabry–
Pérot etalon의 각도가 거의 수직에 가까울수록 광학 소자들과의 커플링으로 인해 출력 변동이 심하고 출력 에너지가 크게 감소했다. 를 약 1 도 이상 기울이면 출 력 변동이 1% 이하로 떨어진 것을 볼 수 있다. 적정 각도 이후로 더 기울이면 Fabry–Pérot etalon 효과는 Fabry–Pérot etalon이 없는 경우와 같이 거의 미미했 다. 따라서 공진기 내부에 커플링 효과 없이 Fabry–Pérot etalon을 이용한 출력 변동 감소로 적정한 각도는 1∼2.5 도이다.