1. Self-Guided Operation of Green-Pumped Singly Resonant
CW OPO based on Bulk MgO:PPLN
In-ho Bae,1 Han Seb Moon,1 Sebastian Zaske,2 Christoph Becher,2
Seung Kwan Kim,3 Seung-Nam Park,3 and Dong-Hoon Lee3,*
1Department of Physics, Pusan National University, Busan , Rep. Korea
2Universität des Saarlandes, Fachrichtung 7.3 (Technische Physik), Saarbrücken, Germany
3Division of Physical Metrology, Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS), Daejeon , Rep. Korea *
우리는 셀프가이드된 발진을 하는 녹색광 펌핑된 singly resonant CW OPO 에 관해서 발표한다. We report on the self-guided operation of green-pumped singly resonant cw opo.

2. Contents Introduction Singly resonant CW OPO setup CW OPO Cavity degin
Experimental results
Wavelength tuning curve
Thermal wave-guide effect
Output power characteristics
Continuous tuning range
Thermal absorption time
Spatial mode profile
Pump mode profile
Summary
발표순서는 다음과 같다. 서론, CW OPO cavity 디자인, 싱글 OPO 셋업, 실험결과, 결론, 그리고 마지막으로 요약이다.

3. Introduction
Continuous-wave (CW) optical parametric oscillators (OPOs)
based on quasi-phase-matching (QPM)
broad wavelength coverage
wide single-frequency tuning range
correlations between the signal and idler output beams
Nonlinear crystal
Cavity design
준위상 정합에 기반을 둔 연속발진하는 OPO는 다음과 같은 장점과 단점이 있다. 장점은 넓은 파장대를 포함하고, 넓은 주파수 튜닝 폭을 가지며, 코릴레이션을 가지는 시그널과 아이들러를 동시에 뽑아낼수있다는 점이다. 단점은 크리스탈을 지나가는 필드의 흡수에 의한 열적 렌징 효과와 디-페이징이 있어 상자성의 효율, 공간 모드의 질, 튜닝 특성, 그리고 오피오의 안정화된 발진에 제한을 가져오게 된다. 따라서 여러가지 디자인과 비선형 결정의 개발을 통해서, 단점을 극복하고, 안정화하는 일은 오피오를 운용함에 있어서 매우 중요하다 하겠다.
thermal lensing and de-phasing
limitation of parametric efficiency, spatial mode quality,
spectral tuning property, and stability of CW OPOs

4. Singly resonant OPO setup
HR : high reflectivity HWP : half-wave plate
ISO : isolator A : aperture
OSA : optical spectrum analyzer BD : beam dump
MgO: PPLN
다음 그림은 싱글 공명 오피오 셋업이다. 532 nm 의 파장을 가지는 펌프레이저로 펌핑을 하였으며, 곡률 반경이 -50 mm 인 오목거울을이용하여 공진기를 구성하엿으며, 내부에는 엠지오 도핑된 피피엘엔 결정을 놓았습니다. 엠원의 경우 아이들러, 펌프는 하이 트랜스미션,이고 시그널은 하이 리플랙턴스 미러이며, 엠투는 아이들러, 펌프 하이트랜스 미션, 그리고 시그널 2 % 트랜스미션 이다. 이색미러를 통해서 시그널과 아이들러를 분해할수있다.
Pump : 532 nm
Signal : 770~890 nm
Oven
Idler : 1330~1680 nm
Translator
Polling period Λ
7.2 μm, 7.4 μm, 7.6 μm, 7.8 μm
XY stage

5. Wavelength tuning curve
Idler : 1330~1680 nm
Signal : 770~890 nm
다음은 그림은 파장튜닝 커브를 보여준다. 온도 튜닝을 통해서 시그널과 아이들러가 각각 , 1340에서 1700 nm의 파장대를 가지는 것을 확인할수있었다. 5% 도핑된 MgO:PPLN에서의 셀마이어 이론결과와 잘 일치함을 알 수 있다.
We fitted experimental results by using Sellmeier equations for 5% MgO-doped
congruent PPLN in Ref. [1].
[1] Gayer et. al. Appl. Phys. B 91, 343–348.

6. Thermal wave-guide effect
Laser Resonator Stability Diagram
Resonance frequency of the TEMnmq Mode
Transverse mode spacing
Resonator g parameters & Stability condition
The tunable wavelength of signal and idler with more than 200 mW output power is 775 ~ 890 nm and 1340 ~ 1700 nm, respectively.
The cavity composed of signal resonant reflectivity were measured from threshold measurement. We expect that reflectivity of OPO cavity is resonant with 825 ~ 890 nm. Below the 825 nm, reflectivity of the cavity is degraded with high threshold and low output of maximal lasing power.
From the output of the high pump, spatial mode are varied with thermal effect induced cavity mode change. At the low pump with the low threshold regime, measured spatial modes were Gaussian beam profile.
We confirmed singly operated laser mode though the transmission signal of Fabry-Perot interferometer. Laser linewidth were measured approximately 4.5 MHz. From the fringes of the fiber etalon, free spectral range of operated OPO was 600 ~ 850 MHz.
In the near future, we will measured confocal parameter ‘b’ with the cavity length dependence.
Our OPO source will be used in calibration and characterization of Si, Ge, and InGaAs photodiodes. And spectroscopic application will be possible though the resonant source (780 nm) with Rb atoms.
R = 50 mm, limited cavity length : 100 mm
L > 100 mm  unstable cavity
In our case, unstable cavity is above 122 mm.

7. Output power characteristics
다음은 시그널과 아이들러의 출력 특성이다. 변화된 길이에 따라 측정하였다. 검정색과 빨간색 같은 stable cavity의 경우, 컨버젼 이피션시가 높은 펌프에서 안좋아지는데 이것은, 강한 펌프광으로 인해 생기는 열적 효과에 의해서 시그널이 공진하는 패스가 열적 효과가 적을때 옵티마이즈된 캐버티일때의 패스와 차이가 생기면서 생기는 현상이다. 뒤로 갈수록 높은 문턱값과 함께 출력의 증가하는데 이는 공진기 길이가 길어져, 안정된 공진기 조건을 벗어나기 때문에, 손실의 증가로 발진하는데 어려움이 있기 때문이다 그러나, 높은 문턱값으로 인해 컨버젼 이피션시가 일반적으로 효율이 떨어진다고 알려진 네배의 조건에 도달하지 못했기 때문이다. 길이가 더 늘어나는 경우 다음과 같이 손실의 증가로 인해서 출력이 떨어졌다.

8. Continuous tuning range
115.4 mm
98 mm
109.4 mm
다음은 연속 튜닝 폭에 관한 실험 결과이다. 우리는 파이버 에탈론 프린지의 개수를 세서 튜닝되는 폭을 재었다. 프린지 1개당 50 MHz의 폭을 나타낸다. 안정된 캐버티에서는 튜닝폭이 약 MHz로 나타났다. 불안정 캐버티 조건을 넘어서게 되면 안정된 캐버티에서의 튜닝 특성보다 훨씬 깨끗한 튜닝을 얻을수있는데,

9. Thermal absorption time
Leff 93.4 mm
Leff mm
다음은 연속 튜닝 폭에 관한 실험 결과이다. 우리는 파이버 에탈론 프린지의 개수를 세서 튜닝되는 폭을 재었다. 프린지 1개당 50 MHz의 폭을 나타낸다. 안정된 캐버티에서는 튜닝폭이 약 MHz로 나타났다. 불안정 캐버티 조건을 넘어서게 되면 안정된 캐버티에서의 튜닝 특성보다 훨씬 깨끗한 튜닝을 얻을수있는데,

10. Spatial mode profile Leff 98 mm Leff 109.4 mm Leff 115.4 mm
다음은 공간모드에 대한 결과이다. 공간모드가 안정 캐버티인경우, 시그널과 아이들러의 공간 모드 프로필이 다음과 같이 완전한 가우시안 모드가 아닌것을 확인할수있었다. 그 이유는 안정된 캐버티인경우, 열적효과에 민감하게 반응하게 되어 캐버티 조건이 변하게 되고, 이때 다른 모드, 특히 횡모드가 생겨나게 되어 모드 프로필이 깨지는것을 확인할수있었다.
Leff mm

11. Pump mode profile
before
after

12. Summary
We operated Self-Guided singly resonant CW OPOs that was assisted by thermal wave guide effect.
We got 400 ~ 600 MHz and 600 ~ 800 MHz for continuous tuning range under the stable and unstable cavity condition, respectively.
The spatial mode of the CW OPOs were improved by thermal effect in unstable cavity and the Gaussian mode profile was achieve at the maximum cavity length.
In the near future, CW – OPOs with unstable cavity method will be used to find atomic transition spectrum though optimization and stabilization of continuous tuning range.
우리는 열적 효과에 의해 광도파로 효과를 생겨나게 하고, 이 효과의 도움을 받아 불안정 캐버티 조건에서 OPO를 발진시켰다.
안정 캐버티의 경우 약 MHz의 연속튜닝폭을 얻을수있었으며 불안정 캐버티의 경우, MHz의 연속튜닝폭을 얻을수있었다.
공간모드의 경우, 불안정 캐버티 조건을 가질때 열적 효과에 의한 모드 깨짐 현상이 줄어들어, 개선이 되엇으며, 최대의 캐버티 길이에서 거의 가우스 형태의 모드를 얻을수있었다. 이는 모드 필터링 없이 가우스 모드를 만들수있어 OPO의 출력을 풀리 사용할수있는 가능성을 가진다.
가까운 미래에, 연속 튜닝폭을 맥시멈으로 옵티마이즈 하고, 안정된 조건에서 원자 전이선 스펙트럼을 찾는데 유용하게 활용할수있을것 이다.