[논문]모드 잠금된 펄스 레이저와 연속 발진하는 반도체 레이저를 이용한 합주파수 생성

김현학; 박남훈; 염동일; 차명식; 문한섭

doi:10.3807/kjop.2021.32.2.062

모드 잠금된 펄스 레이저와 연속 발진하는 반도체 레이저를 이용한 합주파수 생성
Sum-frequency Generation Using a Mode-locked Pulsed Laser and a Continuous-wave Diode Laser 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.32 no.2, 2021년, pp.62 - 67

김현학 (부산대학교 물리학과) , 박남훈 (아주대학교 물리학과) , 염동일 (아주대학교 물리학과) , 차명식 (부산대학교 물리학과) , 문한섭 (부산대학교 물리학과)

초록
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본 연구에서는 모드 잠금된 ps-펄스 광섬유 레이저와 연속 발진하는 좁은 선폭의 반도체 레이저를 이용하여 주기적 분극반전된 LiNbO3(periodically poled lithium niobate; PPLN) 결정에서 합주파수 생성 연구를 수행하였다. 모드 잠금된 펄스 레이저는 중심 파장이 1560.7 nm이고 스펙트럼의 폭은 약 1.1 nm이며, 연속 발진 반도체 레이저는 중심 파장이 1551 nm이고 스펙트럼의 폭은 약 6 MHz로 동작한다. 합주파수 생성을 효과적으로 수행하기 위해서 하나의 단일 모드 광섬유를 이용하여 PPLN 결정 내부에서 두 펌프 광원을 공간적으로 완전히 중첩하였다. 모드 잠금된 펄스 레이저와 좁은 선폭의 연속발진 반도체 레이저에 의해서 모드 잠금된 펄스 형태의 778 nm인 합주파수 생성을 스펙트럼과 시간적인 변화로 확인하였다. 본 연구 결과는 주파수 제어가 가능한 광주파수 빗(optical frequency comb)을 이용한 광주파수 측정 및 고분해 레이저 분광 연구 등 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We have experimentally demonstrated sum-frequency generation (SFG) in a periodically poled lithium niobate (PPLN) crystal, using a mode-locked picosecond-pulsed fiber laser and a continuous-wave (CW) diode laser with a narrow linewidth. The mode-locked fiber laser had a center wavelength of 1560.7 nm and a spectral width of 1.1 nm, and the CW diode laser had a center wavelength of 1551.0 nm and a spectral width of 6 MHz. To effectively realize SFG, both of the spatial modes of the two lasers were made to overlap in the PPLN crystal by using a single-mode optical fiber. The pulse-mode SFG with pulsed- and CW-mode lasers was successfully observed in the spectral and time domains. These results are expected to be applicable in various ways, such as optical frequency measurement and high-resolution laser spectroscopy studies using optical frequency combs.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Experimental setup for sum-frequency generation in a PPLN crystal. Pump: 1,560.7 nm (mode-locked fiber laser), 1,551 nm (continuous wave diode laser). FPC, fiber polarization controller; PBS, polarizing beamsplitter; L, lens (focal length: 400 mm); PPLN, periodically poled lithium niobate; DM, dichroic mirror (R: 780 nm, T: 1,550 nm); ω_c, continuous-wave diode laser frequency; ω_p, pulse laser frequency; ω_s, sum frequency.
그림 Fig. 2. Characterization of the mode-locked fiber laser. (a) Optical pulse spectrum. (b) Pulse train. λ_c, center wavelength; λ_Δ, wavelength band-width; R.R, repetition rate.
그림 Fig. 3. SHG and SFG as a function of temperature of the PPLN. (a) SHG of only cw laser. (b) SHG of only pulse laser. (c) SHG aonndl SyF pGu wlsiteh both cw laser and pulse laser.
그림 Fig. 4. RF spectrum between optical comb components of SHG and SFG at PPLN temperature of 75℃. (a) Both the cw laser and pulse laser are turned on. (b) Only the pulse laser is turned on.
그림 Fig. 5. SHG and SFG spectrum as a function of PPLN temperature via LLTF.
그림 Fig. 6. Simulation of the intensity as a function of PPLN temperature. (a) SHG of only the cw laser. (b) SHG of only the pulse laser. (c) SFG with both the cw laser and pulse laser.

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