현재 고부가가치 산업인 반도체, FPD 등 마이크로 산업분야의 부품은 작고, 정밀해지고 있다. 이런 추세에 따라 초정밀, 초고속 레이저 가공공정의 필요성이 요구되고 있으며, 미세 가공공정의 핵심기술은 단일모드의 고출력 DPSS (diode pumped solid state) 자외선 레이저이다. 자외선 레이저는 높은 광자 에너지, 작은 초점크기 및 가공 재료에서 효과적인 흡수로 인해 산업 재료가공의 필수적인 부분이 되었다[1-3].

자외선 레이저를 발진시키는 효율적인 방법은 적당한 비선형 결정을 선정하여 근적외선 파장 (1064 nm)을 가시광선 (532 nm)으로 주파수 배가를 하고 다음 단계로 자외선 (355 nm)으로 주파수 삼배가 하는 것이다. 2차 고조파 발생 및 3차 고조파 발생에 대한 응용분야에서 가장 많이 사용되고 있는 비선형 광학결정은 LBO와 BBO이다. BBO는 1985년 C. Chen 등에 의해 처음으로 발견되었으며[4], A. Borsutzky 등은 BBO, LBO, KD*P 결정을 이용하여 2차 고조파 발생에 대한 연구를 진행하였다[5]. 1997년 T. Kellner 등은 946 nm Nd:YAG 레이저를 LBO와 BBO 결정을 이용하여 2차 고조파인 473 nm로 발진시켰다[6].

고출력 레이저 또는 단 펄스 (short pulse) 레이저의 주파수 변환 과정 중에 비선형 결정에서 발생하는 열에 의해 변환효율이 떨어지는데, 이를 개선하기 위해 Y. Chen 등은 반대의 열 특성을 가지는 두 가지 종류의 비선형 결정 (LBO, KDP)을 다중 배치하여 변환효율을 높였으며, C. Jung 등은 α-BBO를 이용하여 어긋남 보상 (walk-off compensation)으로 효율을 1.9배 개선하였다[7,8]. 또한 D. Jang 등은 3차 고조파 결정의 절단면의 경사각을 통하여 어긋남 보상으로 변환효율을 높였다[9].

2차 및 3차 고조파를 발생시키는 방법에는 비선형 결정을 공진기 내부에 두는 내부 공진기 (intracavity) 형태와 외부에 두는 외부 공진기 (extracavity) 형태의 두 가지가 있다. 외부 공진기 형태의 주파수 변환은 높은 빔 품질과 안정적인 발진으로 주파수 변환에 효과적인 방법이고, 내부 공진기 형태는 외부 공진기에 비해 공진기 내부에서 공진하는 빔의 밀도가 높아 효율이 높은 장점이 있다. S. Xu는 LBO를 이용한 내부 공진기 형태로 단일 경로, 다중 경로를 이용하여 자외선 레이저를 발진시켰고,[10-14] X. Yan 등[15,16]은 LBO를 이용하여 외부 공진기 형태로 355 nm 레이저를 구현하였다. 외부 공진기 형태로 보다 높은 출력을 얻기 위하여 MOPA (master oscillator power amplifier) 시스템을 이용하여 30 W - 40 W의 355 nm를 발진시켰다[17-19].

첨두 출력이 높은 펄스 레이저를 이용하면 고조파 발생효율을 높일 수 있다. T. Lu 등은 전기광학 Q-스위칭된 레이저와 음향광학 Q-스위칭된 레이저의 특성을 비교하였으며, F. Jia등은 수동형 Q-스위칭된 레이저로 자외선 레이저를 발진시켰다[20, 21]. D. Kwon과 H. Yang 등은 3차 고조파 결정의 한쪽 면을 브루스터각 (Brewster angle)으로 절단하여 기본파인 1064 nm와 2차 고조파인 532 nm, 그리고 3차 고조파인 355 nm 레이저의 경로를 분리하는 공진기 구조로 40 kHz에서 최고 출력 6.1 W를 얻었다[22, 23]. 1998년 Light Wave Electronics Corporation은 브루스터각으로 가공된 3차 고조파 결정을 이용하여 355 nm의 레이저를 발진시키는 특허를 등록하였다[24].

본 연구에서는 고출력 DPSS 자외선 레이저를 얻기 위해서 레이저 이득 매질을 금속 블록으로 직접 냉각한 접촉 냉각방식의 Nd:YAG 펌프 모듈을 이용하였다[25]. 808 nm의 반도체 레이저 3개로 횡펌핑하여 기본파장이 1064 nm인 Nd:YAG 레이저를 발진시키고 첨두 출력이 높고, 능동적으로 동작 주파수를 제어할 수 있는 음향광학 Q-스위칭시켜서 고조파의 발생 효율을 높였다. 2차 고조파 결정은 제1종 (type I, o + o = e) LBO와 BBO (L = 3 mm, L = 5 mm, L=10mm)를 사용하여 532 nm를 발진시켰으며, 3차 고조파 결정은 한쪽 면이 브루스터각으로 절단된 제2종 (Type II, o + e = o) LBO (L = 15 mm, L = 20 mm)를 사용하여 동작 주파수에 따른 355 nm의 출력 특성을 조사하고, 2차 고조파 결정과 3차 고조파 결정의 종류와 길이에 따른 3차 고조파인 355 nm의 출력을 최적화시켰다.

Figure 1은 본 연구에서 구성한 V-형 구조의 내부 공진기형 355 nm 레이저 공진기의 모식도이다. 레이저 매질은 지름이 1.65 mm, 길이가 63 mm, Nd³⁺이 0.5% 도핑되어 있는 Nd:YAG 막대 양쪽 면을 브루스터각 (57.4°)으로 절단하여 편광된 1064 nm 레이저를 발진시킬 수 있도록 하였다. Nd:YAG 결정을 펌핑하는 808 nm의 레이저는 19개의 반도체 레이저가 일렬로 구성된 막대형 (Coherent Inc, CCP-CW-40W)으로 되어 있다. 한 개의 최대 출력은 40 W이며 3개를 Fig. 1과 같이 배치하였다. 반도체 레이저는 중심파장이 (808 ± 3) nm이며 0.3 nm/°C의 온도에 따른 파장 이동 특성이 있다. 본 실험에서 사용한 반도체 레이저는 중심파장이 809.1 nm, 809.2 nm, 809.2 nm로 21.3°C ± 1°C로 일정하게 온도를 유지하여 안정적인 출력을 유지하였다.

Figure 1. (Color online) Schematic diagram of the experimental setup for the 3rd harmonic (355 nm) generation of the 1064 nm Nd:YAG laser with LBO and BBO crystals.

Figure 1에서 거울 M1은 한쪽 면이 1064 nm에 대하여 전반사 코팅된 곡률 반지름이 -1000 mm인 오목거울이다. 거울 M2는 1064 nm에 대하여 고반사 코팅된 곡률 반지름이 -200 mm인 오목거울이다. 3차 고조파 결정인 LBO의 브루스터각에 의해 분리되어 나오는 355 nm의 빔을 가리지 않도록 지름이 8 mm로 작게 제작하였다. 거울 M3는 1064 nm와 532 nm에 대하여 고반사 코팅된 평면거울을 사용하였다. 거울 M2와 거울 M3 사이에 2차 고조파 결정과 3차 고조파 결정을 위치시켰고, 3차 고조파 결정인 LBO의 한쪽 면을 브루스터각으로 절단하였다. 절단된 면은 기본파장인 1064 nm, 2차 고조파인 532 nm 및 3차 고조파인 355 nm의 발진 경로를 공간적으로 분리시켰다. 이와 같이 공진기를 구성하여 분리된 355 nm 레이저는 공진기 내부로 들어가지 않고 출력 거울 없이 공진기 외부로 출력되어 레이저 시스템의 광학 코팅 및 광학계에 발생할 수 있는 손상을 예방할 수 있다.

1064 nm의 Nd:YAG 레이저는 음향광학 효과를 이용하여 Q-스위칭시켰다. 이때 사용한 음향광학 셀 (Gooch & Housego, 1-QS041-1.5C10G-8-HR5)은 양면이 1064 nm에 대하여 무반사 (R>99.6%) 코팅된 석영으로 되어 있으며, 유효 수치구경 (clear aperture)는 1.5 mm이고, 40.68 MHz로 최대 20 W의 RF 신호를 걸어서 음향광학 변조시킬 수 있다. 레이저의 편광이 Q-스위치에서 음파의 전파 방향에 수직일 때 손실 변조 (loss modulation)는 85% 이상이다. Q-스위치는 열전소자를 이용하여 50 °C로 온도를 유지하며 실험하였다.

SNLO 프로그램 (As-Photonics 사)으로 비선형 광학 결정에서 파장변환에 따른 편광상태, 위상정합각 (phase matching angle), 위상속도 (phase velocity), 군속도 (group velocity), 유효 비선형계수 (effective nonlinear coefficient) 및 복굴절과 같은 결정 특성을 계산할 수 있다. 고조파 결정인 LBO와 BBO의 사양을 선정하기 위하여 SNLO으로 계산한 결과 2차 고조파 결정인 제1종 LBO는 323 K에서 위상정합각은 θ=90°,ϕ=10.4°이고, 유효 비선형계수는 8.35 pm/V, 허용각은 10.62 mrad·cm, 어긋남 각도는 6.24 mrad이다. 또 다른 고조파 결정인 BBO는 323 K에서 위상정합각은 θ = 22.9°이고, 유효 비선형계수는 2.01 pm/V, 허용각은 1.15 mrad·cm, 어긋남 각도는 55.81 mrad이다. 3차 고조파 결정인 제2종 LBO는 323 K에서 위상정합각은 θ = 44.0°, ϕ = 90°이다. LBO 결정은 기본파인 1064 nm부터 3차 고조파인 355 nm까지 약 90% 투과해서 흡수되어 발생하는 열이 적고, 손상 문턱값이 높다. TEM₀₀ 모드, 반복률 10 Hz, 펄스폭 10 ns의 1064 nm 레이저에 대하여 연마된 LBO 결정의 손상 문턱값은 10 GW/cm²이다. 같은 조건에서 무반사 코팅된 LBO 결정의 손상 문턱값은 1 GW/cm²이고, TEM₀₀ 모드, 반복률 10 Hz, 펄스폭 10 ns의 532 nm 레이저에 대하여 무반사 코팅된 LBO 결정의 손상 문턱값은 0.5 GW/cm²이다. BBO 결정의 경우 TEM₀₀ 모드, 반복률 10 Hz, 펄스폭 10 ns의 1064 nm 레이저에 대하여 연마된 BBO 결정의 손상 문턱값은 1 GW/cm²이고, 1064 nm에 대하여 무반사 코팅된 손상 문턱값은 0.5 GW/cm², 532 nm에 대하여 무반사 코팅된 손상 문턱값은 0.3 GW/cm²이다. LBO는 BBO 결정에 비해서 허용각 (acceptance angle)이 크고 손상 문턱값이 높아서 고출력 레이저 응용분야에 더욱 적합하다. 하지만 유효 비선형계수는 LBO (deff = 0.835 pm/V)가 BBO (deff = 2.01 pm/V)보다 작아서 변환효율이 떨어지는 단점이 있다. LBO와 BBO의 특성은 Table 1에 자세히 기술하였다[26].

Table 1 Optical and nonlinear optical properties of LBO and BBO crystals.

	LBO	BBO
Transparency Range	160 – 2600 (nm)	190 – 3500 (nm)
Therm-optic Coefficient (/°C)	dnx/dT=−9.3×10−6 dny/dT=−13.6×10−6 dnz/dT=(−6.3−2.1λ.)×10−6	dno/dT=−16.6×10−6 dne/dT=−9.3×10−6
Absorption Coefficients	< 0.1%/cm at 1064 nm <0.3%/cm at 532 nm	< 0.1%/cm at 1064 nm < 1%/cm at 532 nm
Acceptance angle	6.54 mrad·cm (ϕ, Type I) 15.27 mrad·cm (θ, Type II)	0.8 mrad·cm (θ, Type I) 1.27 mrad·cm (θ, Type II)
Temperature Acceptance	4.7 °C·cm (Type I, 1064 SHG) 7.5°C·cm (Type II,1064 SHG)	55 °C·cm
Walk-off angel	0.60° (Type I 1064 SHG) 0.12° (Type II 1064 SHG)	2.7° (Type I 1064 SHG) 3.2° (Type II 1064 SHG)
NLO Coefficients	deff(I)=d32cosϕ, (Type I in XY plane) deff(I)=d31cos2θ+d32sin2θ, (Type I in XZ plane) deff(II)=d31cosθ, (Type II in YZ plane) deff(II)=d31cos2θ+d32sin2θ, (Type II in XZ plane) deff(I)=d31sinθ+(d11cos3ϕ	−d22sin3ϕ)cosθ deff(II)=(d11sin3ϕ+d22cos3ϕ)cos2θ

2차 고조파 발생용 결정인 제1종 LBO는 3 × 3 × 3 mm³, 3 ×3×5 mm³, 3×3×10 mm³의 크기에 위상정합각은 50 °C에서 θ = 90°, ϕ = 10.4°이며, 양면이 1064 nm와 532 nm에 대하여 무반사 코팅되어 있다. 또 다른 2차 고조파 발생용 결정은 BBO이고, 3×3×3 mm³, 3×3×5 mm³, 3×3×10 mm³의 크기에 위상정합각은 50 °C에서 θ = 22.9°이며, 양면이 1064 nm와 532 nm에 대하여 무반사 코팅되어 있다. 3차 고조파 발생용 결정인 제2종 LBO는 3×3×15 mm³, 3×3×20 mm³의 크기에 위상정합각은 50 °C에서 θ = 44.0°, ϕ = 90°이며, 한쪽 면은 1064 nm와 532 nm에 무반사 코팅되어 있고, 다른 한쪽 면은 브루스터각으로 절단하였다. 비선형 결정은 자체 제작한 구리에 금 코팅된 결정 지지대에 고정하였고, 결정 지지대는 서미스터 (thermistor)와 열전소자를 이용하여 50 °C의 온도로 유지하였다. Figure 1에서 브루스터각에 의해서 분리된 532 nm (녹색선)과 355 nm (파란선)을 보면 일반적으로 알려진 것과 다르게 532 nm가 굴절이 더 많이 일어난다. 이는 532 nm 이상광선 (extraordinary ray)의 굴절률이 355 nm 상광선 (ordinary ray)의 굴절률보다 더 커서 나타나는 현상으로 볼 수 있다.

본 연구에서는 비선형 결정인 LBO와 BBO의 길이에 따라 내부 공진기형 3차 고조파를 발생시켰으며, 동작 주파수에 따른 출력 특성을 조사하고, 2차 고조파 발생용 결정과 3차 고조파 발생용 결정의 종류와 길이에 따른 3차 고조파인 355 nm의 출력을 최적화하였다.

Figure 1에서 연속발진 (continuous wave; cw) 1064 nm의 출력을 측정하기 위해 거울 M1과 Nd:YAG 거울 M2'으로 이루어지는 선형 공진기를 구성하였다. 거울 M1과 Nd:YAG 사이의 거리는 90 mm이고, Nd:YAG와 거울 M2'까지의 거리는 350 mm이다. M1−M2′까지 선형 공진기의 길이는 약 500 mm이고, M2′은 반사율이 75%인 부분 반사거울을 사용하였다. 이때 연속발진 출력은 반도체 레이저의 구동전류 33 A, 반도체 레이저 온도 21.3 °C에서 27.4 W이었다. 이때 Nd:YAG 결정을 펌핑하는 808 nm의 출력은 110 W이며, 광대광 (optical-to-optical) 변환효율은 약 25%이다. 이후 음향광학 Q-스위치를 M1과 Nd:YAG 사이에 설치하고 동작 주파수를 10 kHz에서 100 kHz까지 변화시키면서 Q-스위칭된 1064 nm의 출력을 측정한 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 동작 주파수 10 kHz에서 20.4 W로 가장 낮은 출력과 95.3 ns의 가장 짧은 펄스폭이 측정되었고, 동작 주파수가 높아지면 펄스폭은 길어지고, 출력은 높아져 100 kHz에서 펄스폭과 출력은 각각 203 ns, 25.8 W로 측정되었다.

Figure 2. (Color online) Q-switched 1064 nm output power and pulse width versus repetition rate.

Figure 1의 공진기 구조에서 2차 고조파 및 3차 고조파를 발생시키기 위해서 거울 M2′을 제거한 다음 Nd:YAG 결정과 200 mm 떨어진 곳에 거울 M2를 위치시키고, 접힘각 (folding angle)이 15°가 되게 하고 150 mm 떨어진 곳에 거울 M3를 위치시킨다. 그리고 M2와 M3 사이에 2차 고조파 발생용 결정과 3차 고조파 발생용 결정을 위치시킨다. 이때 2차 고조파는 M2 거울에 반사되기 전에 한번 변환되고 M2 거울에 반사된 후에 또다시 한번 변환된다. Figure 1에서 532 nm를 측정하기 위해서 3차 고조파 발생용 결정인 LBO를 비스듬히 하여 3차 고조파가 발생되지 않도록 하여 532 nm가 최대 출력이 나오도록 정렬하였다. Figure 3는 LBO와 BBO의 길이 변화에 대한 2차 고조파의 출력을 측정한 결과이다. 동작 주파수가 40 kHz일 때 2차 고조파의 최대 출력은 10 mm BBO의 경우 14.7 W, 5 mm BBO의 경우 13.1 W, 10 mm LBO의 경우 13.0 W로 측정되었다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 2차 비선형계수 (second order nonlinear coefficient)가 BBO (deff = 2.2 pm/V)가 LBO (deff = 0.85 pm/V)보다 높기 때문에 변환효율이 더 높게 나왔다.

Figure 3. (Color online) Q-switched 532 nm output power versus repetition rate and length of the LBO and BBO crystal.

2차 고조파 발생용 결정의 종류와 길이에 따라 3차 고조파 발생을 조사하기 위해 길이가 15 mm와 20 mm인 제2종의 LBO를 사용하였다. Figure 4는 3차 고조파 결정인 15 mm의 LBO를 사용하고 2차 고조파 결정의 종류와 길이에 따른 출력을 나타낸 그래프이다. 3차 고조파인 355 nm의 출력은 2차 고조파 발생용 결정 LBO의 길이가 5 mm일 때 6.9 W로 가장 높게 나타났고, BBO의 길이가 3 mm일 때 6.5 W, LBO의 길이가 3 mm일 때 6.2 W 순으로 측정되었다. 2차 고조파인 532 nm 출력이 가장 높았던 BBO의 길이 10 mm일 때는 355 nm의 출력이 가장 낮은 1.7 W로 측정되었다.

Figure 4. (Color online) Q-switched 355 nm output power versus repetition rate and length of the LBO and BBO crystal (THG LBO, 15 mm).

Figure 5은 3차 고조파 결정인 LBO의 길이가 20 mm일 때 2차 고조파 결정의 종류와 길이에 따른 355 nm의 출력을 나타낸 그래프이다. 2차 고조파 발생용 결정인 LBO의 길이가 5 mm일 때 355 nm는 8.2 W로 가장 높게 측정되었고, LBO의 길이가 3 mm일 때 7.4 W, BBO의 길이가 3 mm일 때 7.3 W 순으로 측정되었다.

Figure 5. (Color online) Q-switched 355 nm output power versus repetition rate and length of the LBO and BBO crystal (THG LBO, 20 mm).

2차 고조파 결정인 LBO와 BBO를 동일한 길이에 따른 출력을 비교해보면 3차 고조파 변환효율은 LBO가 BBO보다 높다. 이는 LBO의 어긋남 각도 (walk-off angle)가 BBO보다 작기 때문으로 추측된다. 2차 고조파 발생용 결정이 같은 종류일 때 길이가 길면 532 nm의 변환 출력은 더 높게 측정되었다. 그러나 3차 고조파 355 nm 출력은 2차 고조파 발생용 결정의 길이에 비례하지 않았다. 이는 3차 고조파 발생 과정에서 기본파인 1064 nm 레이저는 2차 (532 nm) 및 3차 고조파 (355 nm) 발생에 관여하고, 다시 공진기 내부에서 증폭되어 지속해서 고조파 발생에 영향을 미친다. 그러나 한번 발생된 2차 고조파는 3차 고조파 발생 결정에서 기본파와 결합하여 3차 고조파를 발생시키고, 3차 고조파 발생 결정에 의해 외부로 출력된다. 공진기 내부에서 증폭되어 지속적으로 고조파 발생에 영향을 미치는 1064 nm의 에너지는 한계가 있어서 한번 변환된 532 nm가 너무 크면 3차 고조파 결정 안에서 기본파와 결합하여 3차 고조파를 형성할 때 1064 nm의 에너지가 낮아 변환효율이 떨어지는 것으로 추측된다.

Figure 4과 5의 결과로부터 2차 고조파 결정으로는 5 mm의 LBO, 3차 고조파 결정으로는 20 mm의 LBO를 사용할 때 3차 고조파인 355 nm의 출력을 가장 높게 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. Figure 6은 이러한 조건에서 동작 주파수에 따른 355 nm의 출력과 펄스폭을 측정한 결과이다. 355 nm의 출력은 동작 주파수가 증가함에 따라 서서히 증가하여 40 kHz일 때 8.2 W로 가장 높게 나타났고, 이후부터 감소하여 100 kHz에서 3.3 W로 측정되었다. 펄스폭은 40 kHz에서 74.5 ns이고 반복률이 빨라지면서 펄스폭은 길어져서 100 kHz에서 161 ns로 측정되었다.

Figure 6. (Color online) Dependencies of the 355 nm output power and pulse width on the repetition rate (SHG LBO, 5 mm; THG LBO, 20 mm).

Figure 7은 Nd:YAG 레이저를 40 kHz로 음향광학 Q-스위칭시킬 때 발생하는 355 nm의 펄스열과 펄스폭을 관찰한 것으로 (a)는 펄스열, (b)는 단일 펄스의 모양이다. 이때 펄스의 반치폭 (FWHM)은 약 74.5 ns이다.

Figure 7. (Color online) Oscillogram of acousto-optically Q-switched (a) pulse train at 40 kHz and (b) single pulse with a FWHM of 74.5 ns.

Figure 8(a)는 355 nm 레이저가 출력되는 브루스터각으로 절단된 결정으로부터 1 m 떨어진 곳에서 355 nm의 공간적인 세기 분포를 측정한 결과를 2차원으로 나타낸 것이고,(b)는 3차원으로 나타낸 것이다. (c)는 355 nm 레이저 빔의 질 M2를 측정한 결과로 Mx2=1.136,My2=1.174로 나타났다. Figure 8의 결과로부터 1064 nm Nd:YAG 레이저 및 3차 고조파인 355 nm는 TEM₀₀ 모드의 가우시안 형태로 발진하고 있다고 생각할 수 있다.

Figure 8. (Color online) (a) 2-dimensional, (b) 3-dimensional far-field intensity distribution of the single-mode 355 nm laser and (c) Beam quality (M2) measurement about x-axis and y-axis of the 355 nm laser.

레이저 출력은 최대 50 W까지 측정할 수 있는 출력 측정기 (Coherent Inc, Field MaxII & PM150-50XC)로 측정하였다. 355 nm 레이저 세기의 공간 분포와 형광 분포는 CCD 레이저 빔 분석기 (Coherent Inc, LaserCam-HR II)를 사용하여 측정하였고, 355 nm의 펄스열과 펄스폭은 실리콘 핀 다이오드(EOT, ET-2020), 는 CCD 레이저 빔 분석기 (Ophire, M Squared)를 사용하여 측정하였다.

본 연구에서는 고출력 DPSS 자외선 레이저를 얻기 위해서 레이저 이득 매질을 금속 블록으로 직접 냉각한 접촉 냉각방식의 Nd:YAG 펌프 모듈을 이용하였다. 808 nm의 반도체 레이저 3개로 횡펌핑하여 기본파장이 1064 nm인 Nd:YAG 레이저를 발진시키고 첨두 출력이 높고, 능동적으로 동작 주파수를 제어할 수 있는 음향광학 Q-스위칭하여 고조파 발생의 효율을 높였다. 2차 고조파 결정은 제1종의 LBO와 BBO (L = 3 mm, L = 5 mm, L = 10mm)를 사용하여 532 nm를 발진시켰으며, 3차 고조파 결정은 한쪽 면이 브루스터각으로 절단된 제2종의 LBO (L=15 mm, L=20 mm)를 사용하여 동작 주파수에 따른 355 nm의 출력 특성을 조사하였다. 그리고 2차 고조파 결정과 3차 고조파 결정의 종류와 길이에 따른 3차 고조파인 355 nm의 출력을 최적화시켰다. 2차 고조파인 532 nm는 BBO 결정의 길이가 10 mm일 때 40 kHz에서 14.7 W로 가장 높게 측정 되었다. 그러나 3차 고조파인 355 nm로 변환되는 효율이 가장 높게 나타난 비선형 결정의 조합은 2차 고조파 발생용 결정이 제1종 LBO의 길이가 5 mm이고 3차 고조파 발생용 결정 LBO의 길이가 20 mm일 때이다. 이때 355 nm의 출력은 40 kHz에서 8.2 W, 펄스폭은 74.5 ns이었다. 한편 355 nm의 공간적 세기 분포는 가우시안 형태를 나타냈으며, 빔의 질을 측정한 결과 Mx2=1.136,My2=1.174이었고, 이로부터 355 nm가 TEM₀₀ 모드로 발진하고 있다고 생각할 수 있다.

1064 nm의 기본파가 2차 고조파 발생용 결정에서 532 nm로 변환되어 발생하면서 기본파와 2차 고조파 사이에 어긋남 각도가 생긴다. 이렇게 어긋난 상태의 기본파와 2차 고조파가 3차 고조파 발생용 결정으로 입사하면 3차 고조파의 변환효율이 낮아진다. 3차 고조파의 효율적인 발생을 위해서는 어긋남 각도의 보상이 필요하며 앞으로 이에 대한 연구도 지속적으로 진행할 예정이다.

본 연구는 금오공과대학교 학술연구비 지원 (2019-104-004)에 의하여 수행되었습니다.