녹색 레이저 용 Nd:YVO
4/KTP 마이크로칩과 발생되는 녹색
빛의 편광 상태
Polarizations states of the green beams from the
Nd:YVO
4/KTP microchips for the green laser
정창수*, 유봉안*, 김인식**, 유난이*, 이영락*, 고도경*, ** * 광주과학기술원 고등광기술연구소, **광주과학기술원 광과학기술학제학부 csjung@gist.ac.kr 1989년에(1) 처음 등장한 마이크로칩 레이저는 공진기가 하나의 작은 토막으로 되어 있어 외부 충격 에 튼튼하고 부피가 작다는 점뿐만 아니라, 높은 효율과 우수한 광 특성 같은 장점을 함께 지닌다. 경우 에 따라서는 레이저 이득 매질에 2차 조화파 물질이나 포화 흡수체가 결합된 복합 마이크로칩 공진기를 이용하여 2차 조화파 발생 효율을 크게 향상시키거나 큐 여닫이 레이저를 개발할 수도 있다. 연속 발진 소형 녹색 레이저의 경우, 레이저 디스플레이 분야를 포함하여 응용성이 매우 큰 광원이며, 적외선의 발 진 파장을 가지는 이득 매질 Nd:YVO4와 비선형 광학 물질인 KTP를 결합한 복합 마이크로칩을 이용하 는 연구가 많이 수행되었는데,(2-4) 두 매질이 고유한 장점이 있기 때문이다. Nd:YVO4는 펌프 빛에 대한 흡수와 발진 이득이 크고, 발진 이득이 이방하여 공진기 내부에 편광 소자가 필요 없으며, KTP는 비선 형 광학 계수와 온도에 대한 조화파 변화 폭이 우수하다. 현재 사용되고 있는 Nd:YVO4/KTP 복합 마이크로칩은 Nd:YVO4와 KTP를 광접합하여 제작하는데, 발생되는 녹색 빛이 선편광되어 있지 않다. 더구나 레이저의 출력을 극대화하는 데 필요한 마이크로칩 온도 조절 과정에서 편광 장축 방향과 편광 비율이 민감하게 변하는 문제점이 있다. 그러나 대부분의 응용 분야에서는 안정되게 선편광 상태를 유지하는 광원이 요구된다. 우리는 광접합 Nd:YVO4/KTP 마이크로칩의 이러한 문제점을 극복한 새로운 Nd:YVO4/KTP 마이크 로칩을 개발하였다. 녹색 빛의 선편광 상태가 무너지는 것은 비선형 광학 물질 KTP에서 역방향(공진기 출력면과 반대 방향)으로 발생하는 조화파가 경계면을 넘어 Nd:YVO4를 왕복 통과하고 다시 KTP를 통 과하여 순방향 발생 조화파와 결합하기 때문이므로, 선편광된 녹색 빛을 얻기 위해서는 역방향 발생 조 화파의 Nd:YVO4 통과를 막아야 했다. 그래서 광접합 방법 대신에 두 매질의 마주 하는 면을 유전체 코 팅하고, 두 면 사이에 구멍 있는 간격 유지 소자를 사용하는 방식을 선택하였다. Nd:YVO4 면은 공진 빛 살의 공진이 가능하도록 파장 1064 nm에 대해 무반사되게 코팅하였고, KTP 면은 이뿐 아니라 역방향 발생 조화파가 반사되도록 532 nm에 대해서는 높게 반사되게 코팅하였다. 이렇게 개발된 새 Nd:YVO4/KTP 마이크로칩을 이용하여 녹색 레이저를 제작하였는데, 기대대로 높은 선편광 상태를 안정 하게 유지하였다. 249
이 발표에서 우리는 두 Nd:YVO4/KTP 마이크로칩에서 발생하는 녹색 빛살의 편광 상태를 이론적으
로 기술하고 우리가 개발할 마이크로칩의 제작 및 특성 조사, 그리고 이것이 이용된 녹색 레이저의 실 험 결과를 설명할 것이다.
이 연구는 지식경제부 정보통신연구진흥원의 선도기반기술개발사업과 광주과학기술원 아시안 레이저 센터 사업의 지원으로 수행되었으며 이에 감사드립니다.
1. J. J. Zayhowski and A. Mooradian, “Single-frequency microchip Nd lasers”, Opt. Lett. 14, 24-26 (1989).
2. N. MacKinnon and B. D. Sinclair, “A laser diode arrary pumped, NdYVO4/KTP, composite
material microchip laser”, Opt. Commun. 105, 183-187 (1994).
3. Changsoo Jung, Bong-Ahn Yu, Kangin Lee, Yeung Lak Lee, Nan Ei Yu, Do-Kyeong Ko, and Jongmin Lee, “A Compact Diode-Pumped Microchip Green Light Source with a Built-in Thermoelectric Element”, Appl. Phys. Express 1, 062005 (2008).
4. B.-A. Yu, C. Jung, I.S. Kim, Y.L. Lee, N.E. Yu, D.-K. Ko, “Temperature-controlled efficient microchip green laser for mobile projection displays”, Electron. Lett. 45, 943-945 (2009).
