Santec MSHG Integrated SHG Laser System 

370~665 nm, 최대 1.5 W 고효율 주파수 배가 레이저, 원자 냉각·광시계용 가시광 및 자외선 광원 

(Santec, formerly MOGLabs) 

Santec MSHG는 협선폭 시드 레이저와 고출력 테이퍼드 증폭기, 선형 공진형 SHG 캐비티를 하나의 섀시에 구성해 고출력 가시광 및 자외선 파장을 생성하는 통합형 주파수 배가 레이저 시스템입니다. Santec CEL Cateye Laser 또는 Enhanced Littrow Laser를 시드로 사용할 수 있으며, 시드광을 일반적으로 3 W급, 요청 시 5 W급 테이퍼드 증폭기로 증폭한 다음 비선형 결정이 설치된 MSL 선형 캐비티에 입사시켜 파장이 절반인 2차 고조파를 생성합니다. 반도체 증폭기를 사용하는 구성은 380~520 nm에서 최대 1.5 W의 배가 출력을 제공하며, 증폭기 사용이 어려운 파장에서는 시드 레이저를 캐비티에 직접 입력해 370~380 nm와 560~665 nm를 구성할 수 있습니다. 이에 따라 Yb용 399 nm, Rb용 420 nm와 480 nm, Sr용 461 nm, Cs용 510 nm처럼 원자물리 실험에서 중요한 파장을 하나의 제품 플랫폼으로 구현할 수 있고, 필요한 경우 외부 시드 레이저를 FC/APC 광섬유 입력으로 연결할 수도 있습니다.

MSHG가 높은 변환 효율을 안정적으로 유지할 수 있는 핵심은 일반적인 4미러 보타이 캐비티 대신 2개의 미러로 구성된 모놀리식 선형 증강 캐비티를 사용한다는 점입니다. 미러와 비선형 결정을 조절하는 키네마틱 마운트가 없어 사용자가 캐비티 광축을 반복해서 정렬할 필요가 없으며, 부품 수와 미러 손실이 줄어 진동이나 기계적 충격에도 공진 조건이 쉽게 변하지 않습니다. 증폭된 기본파가 캐비티 내부를 반복 통과하면서 광세기가 증가하면 비선형 결정에서 효율적인 주파수 배가가 이루어지며, 일반적인 증폭 시스템에서 약 50~60%의 변환 효율을 얻을 수 있고 844 nm 기본파 2.7 W를 422 nm 출력 1.7 W로 변환한 60% 이상의 성능도 확인되었습니다. 배가 출력은 파장에 따라 최대 1.5 W이고 빔 품질은 M²<1.05로 회절 한계에 가까우며, 편광비는 100:1을 초과해 광섬유 결합이나 후단 정밀 광학계에도 적합합니다.

높은 변환 효율을 계속 유지하려면 레이저 주파수와 캐비티 공진 조건을 일치시켜야 하므로 MSHG에는 캐비티 길이를 조절하는 고속 피에조와 디지털 서보 전자장치가 통합되어 있습니다. 기본 FM 복조 방식은 내장 포토디텍터로 공진 상태를 감지하고 30 kHz 이상의 기계적 대역폭을 갖는 피에조로 캐비티 길이를 보정해 자동으로 락킹하며, 399 nm에서는 조건에 따라 최대 50 GHz의 연속 피에조 스캔도 지원합니다. 더 낮은 출력 노이즈가 필요한 경우에는 다이오드 변조 또는 EOM을 이용한 PDH 락킹 옵션을 적용할 수 있으며, 출력 RIN은 FM 복조 방식에서 0.4% rms 미만, PDH·EOM 구성에서 0.1% 미만까지 낮출 수 있습니다. 비선형 결정은 정밀 온도 제어로 위상 정합 조건을 유지하고 사용자가 교체하거나 위치를 이동할 수 있어, 장기간 고출력에 노출된 결정 부위를 변경해 사용 수명을 연장할 수 있습니다.

기본파와 배가광은 각각 자유공간, FC/APC 광섬유 또는 듀얼 출력으로 구성할 수 있으며, 별도로 분리된 저출력 기본파는 레이저 주파수 모니터링이나 외부 기준에 대한 락킹에 사용할 수 있습니다. 이처럼 시드 상태와 기본파, 배가 출력을 동시에 확인할 수 있어 복합 레이저 시스템의 진단과 안정화가 용이하며, 광섬유 출력을 선택하면 후단 실험 장비나 분광 시스템에도 간편하게 연결할 수 있습니다. 캐비티 스캔과 온도 및 락킹을 담당하는 디지털 컨트롤러는 본체에 내장되어 USB-C 또는 Ethernet으로 제어하지만, 시드 레이저와 테이퍼드 증폭기에는 별도의 레이저·증폭기 컨트롤러가 필요합니다. 이러한 구성은 Sr·Yb·Rb·Cs 원자의 레이저 냉각과 트래핑, 광시계, 정밀 분광, 양자광학 및 원자물리 실험뿐만 아니라 직접 발진이 어려운 고출력 가시광·자외선 광원을 구축하는 데 적합합니다.

특징 

■ 시드 레이저, 광증폭기 및 SHG 주파수 배가기를 하나의 섀시에 결합한 완전 통합형 SHG 레이저 시스템
■ 증폭 시스템에서 일반적으로 50–60%, 저출력 입력 조건에서 최적화 시 최대 약 70%의 높은 변환 효율
■ 1.5 W 이상의 고출력 SHG 레이저 제공
■ 키네마틱 마운트를 사용하지 않는 정렬 불필요형 모놀리식 선형 공진기로 진동에 강하고 안정적인 작동 지원
■ 낮은 진폭 잡음과 광범위한 파장 조정 범위
■ 399 nm(Yb), 420/480 nm(Rb), 461 nm(Sr) 및 510 nm(Cs) 등 주요 원자 전이 파장에 최적화
■ >30 kHz 대역폭의 고속 피에조 액추에이터 적용
■ 정밀 온도 제어와 PDH/FM 공진기 잠금 전자장치를 내장하여 외부 컨트롤러 없이 작동
■ 가스 퍼지 옵션을 지원하는 밀폐형 공진기 구조
■ 전원 공급을 겸하는 USB-C 인터페이스와 Ethernet 연결 지원
■ 결정 위치 이동 기능으로 결정의 사용 수명 연장
■ 사용자가 직접 교체할 수 있는 비선형 결정 구조
■ 재사용 및 재구성이 가능한 유연한 SHG 시스템 설계

어플리케이션

■ Laser cooling and trapping (Sr, Yb, Rb, Cs)

• ■ Optical clock systems
• ■ Quantum optics and atomic physics
• ■ Precision spectroscopy
• ■ High-power visible/UV laser generation

성능 데이터

399 nm 테스트 데이터 예시

제품 사양

옵션

 - PDH locking 

 - Fibre input (external seed) or output (harmonic fibre coupling efficiency>70%)

시스템 통합 

MSHG 시스템은 턴키 솔루션으로 설계되었으며, 광섬유 입력을 통해 외부 시드 레이저와 연결하도록 구성할 수도 있습니다. 듀얼 출력으로 기본파와 고조파 신호를 모두 모니터링할 수 있어, 정밀한 시스템 진단과 다양한 장비 통합을 지원합니다.

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