JP2016524864A - バーストモードレーザー発生装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、バーストトリガー信号を生成するトリガー信号発生器；パルス形態の第１光信号を発生させる第１光源；パルス形態の第２光信号を発生させる第２光源；バーストトリガー信号により第１光信号と第２光信号とのうちいずれか一つを選択して出力する光スイッチ；光スイッチで出力された光信号を増幅する光増幅器；及び光増幅器で増幅された光信号を波長変換する波長変換器を含むが、第１光信号と第２光信号は発振線幅及び偏光状態のうち、少なくとも一つが異なることを特徴とするバーストモードレーザー生成装置を提供し、発振光源の発振線幅と偏光状態とを調整して波長変換レーザーでバーストモードを具現することができ、過剰増幅による増幅器の損傷や不安定性を防止することができる効果がある。【選択図】 図１

Description

本発明は、バーストモードレーザー発生装置及び方法に関し、より詳細には、発振光源の発振線幅と偏光状態を調整して波長変換レーザーでバーストモードを具現することができるバーストモードレーザー発生装置及び方法に関する。
パルス型光学繊維レーザーを用いた多様な応用分野で任意のパルス列変調（バーストモード）を要求する場合がある。このようなバーストモード具現は、パルス型光学繊維レーザーから高出力エネルギー獲得のための高エネルギー光学繊維増幅器を使用する場合、過剰増幅による光増幅器損傷問題のため、具現が難しい技術である。
一例として、バーストモードレーザーと関連して大韓民国公開特許第２０１２−０１２２１０２号は、光パルスを出力するレーザーソースと連続光を出力するレーザーソースを具備して連続光の持続時間を制御することにより光パルス列のプロファイルを一定に制御することができるパルスレーザー装置及びその制御方法を開示する。
一方、現在光学繊維レーザーにおいてバーストモード具現に使用されている技術は、光学繊維増幅器の損傷を防止し、レーザーシステムの安定性確保のために最終出力端に光変調器を設置してバーストモードを具現している。
しかし、このような技術は、光変調器駆動のための高価の追加の素子を使用するため、システムが複雑になって高価格であり、光学繊維レーザーが有する柔軟な動作環境性と高い耐久性とを阻害する構成になり、光変調器の駆動のために高い消費電力を要求するという短所がある。
本発明は、前記のような問題点を解決するため、発振光源の発振線幅及び／または偏光状態を調整して波長変換レーザーにおいてバーストモードを具現することが可能なバーストモードレーザー発生装置及び方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は、バーストトリガー信号を生成するトリガー信号発生器；パルス形態の第１光信号を発生させる第１光源；パルス形態の第２光信号を発生させる第２光源；前記バーストトリガー信号により前記第１光信号と前記第２光信号とのうちいずれか一つを選択して出力する光スイッチ；前記光スイッチから出力された光信号を増幅する光増幅器；及び前記光増幅器で増幅された光信号を波長変換する波長変換器を含むが、前記第１光信号と前記第２光信号は発振線幅及び偏光状態のうち、少なくとも一つが異なることを特徴とするバーストモードレーザー生成装置を提供する。
前記第１光源及び前記第２光源は、レーザーダイオードで設けられ得る。
前記第１光信号の発振線幅は、前記第２光信号の発振線幅より狭いことがある。
前記第１光信号の線幅は、１ｎｍ以下であり、前記第２光信号の線幅は少なくとも１０ｎｍであり得る。
前記第１光信号は、所定の方向に偏光された状態であり、前記第２光信号は偏光されないこともある。
前記光スイッチは、前記バーストトリガー信号がハイ（ｈｉｇｈ）の場合には前記第１光信号を選択して前記光増幅器に伝達し、前記バーストトリガー信号がロー（ｌｏｗ）の場合には前記第２光信号を選択して光増幅器に伝達することができる。
前記波長変換器は、前記増幅された光信号を非線形波長変換することができる。
一方、前記目的を達成するための本発明は、（ａ）発振線幅が狭くて偏光された第１光信号と、発振線幅が広くて偏光されない第２光信号を発生させる段階；（ｂ）バーストトリガー信号を生成する段階；（ｃ）前記第１光信号と前記第２光信号のうちいずれか一つを前記バーストトリガー信号により選択して出力する段階；（ｄ）出力された光信号を増幅する段階；及び（ｅ）増幅された光信号を非線形波長変換する段階を含むバーストモードレーザー生成方法を提供する。
前記（ｂ）段階において、前記バーストトリガー信号は、希望するバーストモードの波形によりこれと同一な形態で生成され得る。
前記（ｃ）段階においては、前記バーストトリガー信号がハイ（ｈｉｇｈ）の場合には第１光信号を選択して出力し、前記バーストトリガー信号がロー（ｌｏｗ）の場合には第２光信号を選択して出力することができる。
本発明によると、発振光源の発振線幅と偏光状態を調整して波長変換レーザーでバーストモードを具現することができる効果がある。
また、過剰増幅による増幅器の損傷や不安定性を防止することができる効果がある。
また、従来の連続発振レーザーを使用する場合、バーストデューティー比あるいは形成時間により、光学繊維増幅器から発生される利得不均衡を償うために持続的に連続発振レーザーの出力大きさを調整しなければならないという問題点を解決することができる。
また、電光纎維形態の光学繊維レーザーシステムが製作可能であるため、光学繊維レーザーシステムが有する優れた動作環境性、耐久性、小型軽量化の長所をすべて有することができる効果がある
また、簡単な構成で製造が容易であり、製造費用が減少して経済的に優れた効果がある
図１は、本発明の一実施例によるバーストモードレーザー生成装置の構成を概略的に示した図である。 図２は、本発明の一実施例によるバーストモードレーザー生成方法の流れ図である。
以下、本発明の好ましい実施例を添付された図面を参照して詳しく説明する。まず各図面の構成要素に参照符号を付加することにおいて、同一な構成要素に対しては、たとえ、他の図面上に表示されいてもできる限り同一な符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、以下で本発明の好ましい実施例を説明するが、本発明の技術的思想はこれに限定されたり制限されず、当業者により変形されて多様に実施されることができることは勿論である。
従来の波長変換レーザーにおいて、バーストモード具現も一般的なパルス型光学繊維レーザーバーストモードと同一な方法で具現されている。しかし、波長変換レーザーの場合、非線形効果を用いた波長変換器の波長変換特性を用いる場合、発振線幅と偏光特性が他の同一な大きさのパルス信号を用いてバーストモードの具現が可能である。
本発明においては、従来の光変調器を通じた最終出力の変調方式と異なり、発振光源の発振線幅と偏光状態とを調整して波長変換レーザーでバーストモード具現技術を開発した。
図１は、本発明の一実施例によるバーストモードレーザー生成装置の構成を概略的に示した図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例によるバーストモードレーザー生成装置（１）は、バーストトリガー信号（１１０）を生成するトリガー信号発生器（１００）と、パルス形態の第１光信号（２１０）を発生させる第１レーザーダイオード（２００）と、パルス形態の第２光信号（３１０）を発生させる第２レーザーダイオード（３００）と、バーストトリガー信号（１１０）により第１光信号（２１０）と第２光信号（３１０）のうちいずれか一つを選択して出力する光スイッチ（４００）と、光スイッチ（４００）から出力された光信号を増幅する光増幅器（５００）と、光増幅器（５００）で増幅された光信号を波長変換する波長変換器（６００）とを含む。
トリガー信号発生器（１００）は、バーストトリガー信号（１１０、ｂｕｒｓｔ ｔｒｉｇｇｅｒ ｓｉｇｎａｌ）を生成する。バーストトリガー信号（１１０）は、希望するバーストモード（任意のパルス列変調）の波形によりこれと同一な形態で生成される。
第１レーザーダイオード（２００）と第２レーザーダイオード（３００）は、それぞれパルス形態の第１光信号（２１０）と第２光信号（３１０）とを発生させ、発生された第１光信号（２１０）及び第２光信号（３１０）は光スイッチ（４００）に入力される。
本発明において、第１光信号（２１０）と第２光信号（３１０）は、大きさは同一であり、発振線幅及び偏光状態のうち少なくとも一つが異なることを特徴とする。
本実施例において、第１レーザーダイオード（２００）は、発振線幅が狭くて偏光されたパルス形態の第１光信号（２１０）を出力し、第２レーザーダイオード（３００）は、前記第１光信号（２１０）に比べて発振線幅が広くて偏光されないパルス形態の第２光信号（３１０）を出力する。例えば、第１光信号（２１０）の線幅は、１ｎｍ以下に設定され、第２光信号（３１０）は１０ｎｍ以上に設定され得る。但し、第１光信号（２１０）と第２光信号（３１０）との線幅は、後述する波長変換器（６００）の特性により他の数値範囲内で設定され得る。
トリガー信号発生器（１００）で生成されたバーストトリガー信号（１１０）と、第１レーザーダイオード（２００）及び第２レーザーダイオード（３００）で発生された第１光信号（２１０）及び第２光信号（３１０）は、光スイッチ（４００）に伝達される。
光スイッチ（４００）は、入力されたバーストトリガー信号（１１０）により第１光信号（２１０）または第２光信号（３１０）が光増幅器（５００）に入力されるように光信号をスイッチングする。具体的に、バーストトリガー信号（１１０）がハイ（ｈｉｇｈ）の場合に、光スイッチ（４００）は第１光信号（２１０）を選択して光増幅器（５００）に伝達し、バーストトリガー信号（１１０）がロー（ｌｏｗ）の場合には、光スイッチ（４００）は第２光信号（３１０）を選択して光増幅器（５００）に伝達する。
発明の実施において、光スイッチ（４００）は、バーストトリガー信号（１１０がハイ（ｈｉｇｈ）の場合には第２光信号（３１０）を選択し、バーストトリガー信号（１１０）がロー（ｌｏｗ）の場合には第１光信号（２１０）を選択する方式で作動することもある。
図１を参照すると、バーストトリガー信号（１１０）により光スイッチ（４００）によりスイッチングされて光増幅器（５００）に伝達される第１光信号（２１０、実線）及び第２光信号（３１０、点線）が例示されている。
光スイッチ（４００）によりスイッチングされて出力された第１光信号（２１０）と第２光信号（３１０）は、光増幅器（５００）に伝達されて増幅される。
光増幅器（５００）は、複数個の増幅器を多段に連結して形成され得る。光増幅器（５００）は、光学繊維増幅器またはレーザークリスタル増幅器を含むことができる。より具体的には、単一光学繊維増幅器、多段階光学繊維増幅器、単一クリスタル増幅器、多段階クリスタル増幅器、多段階光学繊維増幅器と多段階クリスタル増幅器とを結合した形態で使用することができるが、これに限定されない。
光増幅器（５００）に入力される光信号は、バーストトリガー信号（１１０）により大きさは同一であるが、線幅と偏光状態がそれぞれ異なる第１光信号（２１０）と第２光信号（３１０）が混合された形態の信号が入力され、これは時間上に均一なパルス形態の光信号を維持するため、前述した過剰増幅による光増幅器（５００）の損傷やレーザーシステムの不安定性のような問題を解決することができる。
すなわち、本実施例の光増幅器（５００）には、均一なパルス形態の光信号が入力されるため、光増幅器（５００）の増幅媒質に蓄積されるエネルギーがなく、過剰増幅による増幅段及び光学系の損傷を防止し、レーザー出力の不安定性を防止することができる。
光増幅器（５００）で増幅された光信号は波長変換器（６００）に伝達される。
波長変換器（６００）は、非線形現象を用いた波長変換器（６００）である。非線形現象を用いた波長変換器（６００）において、ピーク出力が強くて特定状態の偏光を維持している光パルスは波長変換が効率的になされているが、ピーク出力が弱い光パルスは波長変換がほとんどなされてない。
また、非線形現象を用いた波長変換器（６００）で波長変換効率は、入力光源の大きさと入力光源の線幅の大きさ及び偏光状態により大きく変わる。効率の高い波長変換効率を獲得するためには、入力光源の強さが非線形臨界大きさ以上の強さを有した状態で、一定の大きさ以下の線幅と特定の偏光状態を維持することが好ましい。
本発明は、前記のような波長変換器（６００）の特性を用いたものとして、入力光源の大きさを非線形現象誘導のための臨界大きさ値以上に維持した状態で入力光源の線幅及び偏光状態のうち少なくとも一つを調整することにより非線形波長変換器（６００）において波長変換された信号のバーストモード変調が可能となるようにしたことが特徴である。
前述したように、第１光信号（２１０）は、線幅が狭くて偏光された光信号であり、第２光信号（３１０）は線幅が広くて偏光されない光信号である。
これにより、波長変換器（６００）において、第１光信号（２１０）は波長変換されて出力されるが、第２光信号（３１０）は波長変換効率が低くてほとんど出力されず、図１に波長変換器（６００）の出力結果をバーストトリガー信号（１１０）に対応して示した。
以上の構成によるバーストモードレーザー生成装置（１）の作用に対して説明すると、次のようである。
図１に示したように発振線幅が狭くて偏光された第１レーザーダイオード（２００）の第１光信号（２１０）と、発振線幅が広くて偏光がない第２レーザーダイオード（３００）の第２光信号（３１０）を外部バーストトリガー信号（１１０）により光スイッチ（４００）で選択してこれを光増幅器（５００）で順次増幅する。光増幅器（５００）に入力される光信号は、バーストトリガー信号（１１０）により線幅と偏光状態がそれぞれ異なる信号が入力され、これは時間上に均一なパルス形態の光信号を維持するため、前述した過剰増幅による光増幅器（５００）の損傷やレーザーシステムの不安定性のような問題を解決することができる。
このように、光増幅器（５００）で増幅された最終信号は、非線形波長変換器（６００）に入力され、発振線幅が狭くて偏光された第１光信号（２１０）の場合、高い波長変換効率を有するため、強い強さの波長変換された光信号として出力され、発振線幅が広くて無偏光状態の第２光信号（３１０）の場合、低い非線形波長変換効率により波長変換がなされなかったり非常に小さい大きさの信号に変換されることによって波長変換レーザーでバーストモードを具現することができる。
このように、本発明のバーストモードレーザー生成装置（１）によると、発振光源の発振線幅と偏光状態とを調整して波長変換レーザーでバーストモードを容易に具現することができ、過剰増幅による増幅器の損傷やレーザー出力の不安定性を防止することができる効果がある。
また、従来の連続発振レーザーを使用する場合、バーストデューティー比あるいは形成時間により光学繊維増幅器で発生される利得不均衡を補償するために持続的に連続発振レーザーの出力大きさを調整しなければならないという問題点を解決することができる。
また、電光纎維形態の光学繊維レーザーシステムが製作可能であるため、光学繊維レーザーシステムが有する優れた動作環境性、耐久性、小型軽量化の長所をすべて有することができる効果がある。
また、簡単な構成で製造が容易であり、製造費用が減少して経済的に優れた効果がある。
一方、以下においては、添付された図面を参照して本発明の一実施例によるバーストモードレーザー生成方法を説明すると、次のようである。但し、本発明の一実施例によるバーストモードレーザー生成装置（１）で説明したものと同一なものに対してはその説明を省略する。
図２は、本発明の一実施例によるバーストモードレーザー生成方法の流れ図である。
図２を参照すると、本発明の一実施例によるバーストモードレーザー生成方法は、（ａ）発振線幅が狭くて偏光された第１光信号（２１０）と、発振線幅が広くて偏光されない第２光信号（３１０）を発生させる段階（Ｓ１００）と、（ｂ）バーストトリガー信号（１１０）を生成する段階（Ｓ２００）と、（ｃ）第１光信号（２１０）と第２光信号（３１０）のうちいずれか一つをバーストトリガー信号（１１０）により選択して出力する段階（Ｓ３００）と、（ｄ）出力された光信号を増幅する段階（Ｓ４００）と、（ｅ）増幅された光信号を非線形波長変換する段階（Ｓ５００）とを含む。
（ｂ）段階（Ｓ２００）で、バーストトリガー信号（１１０）は、希望するバーストモード（任意のパルス列変調）のパルス形状によりこれと同一な形態で生成される。
（ｃ）段階（Ｓ３００）で、バーストトリガー信号（１１０）がハイ（ｈｉｇｈ）の場合には第１光信号（２１０）を選択して出力し、バーストトリガー信号（１１０）がロー（ｌｏｗ）の場合には第２光信号（３１０）を選択して出力する。
第１光信号（２１０）と第２光信号（３１０）がバーストトリガー信号（１１０）により混合されて時間上に均一なパルス形態の光信号が出力されて増幅されるため、過剰増幅による光増幅器（５００）の損傷やレーザーシステムの不安定性のような問題を解決することができる。
非線形波長変換段階においては、本発明の一実施例によるバーストモードレーザー生成装置（１）で説明したように非線形波長変換の特性上、第１光信号（２１０）は波長変換されて出力されるが、第２光信号（３１０）は波長変換効率が低くてほとんど出力されず、これによりバーストトリガー信号（１１０）に対応するバーストモードのパルスレーザー生成が可能である。
このように、本発明のバーストモードレーザー生成方法によると、発振光源の発振線幅と偏光状態とを調整して波長変換レーザーでバーストモードを容易に具現することができ、過剰増幅による増幅器の損傷やレーザー出力の不安定性を防止することができる効果がある。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有した者であれば、本発明の本質的な特性から脱しない範囲内で多様な修正、変更及び置換が可能である。従って、本発明に開示された実施例及び添付された図面などは、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施例及び添付された図面によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、下の請求範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
１ バーストモードレーザー生成装置
１００ トリガー信号発生器
１１０ バーストトリガー信号
２００ 第１レーザーダイオード
２１０ 第１光信号
３００ 第２レーザーダイオード
３１０ 第２光信号
４００ 光スイッチ
５００ 光増幅器
６００ 波長変換器

Claims (10)

  1. バーストトリガー信号を生成するトリガー信号発生器；
    パルス形態の第１光信号を発生させる第１光源；
    パルス形態の第２光信号を発生させる第２光源；
    前記バーストトリガー信号により前記第１光信号と前記第２光信号のうちいずれか一つを選択して出力する光スイッチ；
    前記光スイッチから出力された光信号を増幅する光増幅器；及び
    前記光増幅器で増幅された光信号を波長変換する波長変換器を含むが、
    前記第１光信号と前記第２光信号は発振線幅及び偏光状態のうち少なくとも一つが異なることを特徴とするバーストモードレーザー生成装置。
  2. 前記第１光源及び前記第２光源は、レーザーダイオードで設けられることを特徴とする、請求項１に記載のバーストモードレーザー生成装置。
  3. 前記第１光信号の発振線幅は、前記第２光信号の発振線幅より狭いことを特徴とする、請求項１に記載のバーストモードレーザー生成装置。
  4. 前記第１光信号の線幅は、１ｎｍ以下であり、前記第２光信号の線幅は少なくとも１０ｎｍであることを特徴とする、請求項３に記載のバーストモードレーザー生成装置。
  5. 前記第１光信号は、所定方向に偏光された状態であり、前記第２光信号は偏光されないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバーストモードレーザー生成装置。
  6. 前記光スイッチは、
    前記バーストトリガー信号がハイ（ｈｉｇｈ）の場合には前記第１光信号を選択して前記光増幅器に伝達し、前記バーストトリガー信号がロー（ｌｏｗ）の場合には前記第２光信号を選択して光増幅器に伝達することを特徴とする、請求項１に記載のバーストモードレーザー生成装置。
  7. 前記波長変換器は、前記増幅された光信号を非線形波長変換することを特徴とする、請求項１に記載のバーストモードレーザー生成装置。
  8. （ａ）発振線幅が狭くて偏光された第１光信号と、発振線幅が広くて偏光されない第２光信号とを発生させる段階；
    （ｂ）バーストトリガー信号を生成する段階；
    （ｃ）前記第１光信号と前記第２光信号とのうちいずれか一つを前記バーストトリガー信号により選択して出力する段階；
    （ｄ）出力された光信号を増幅する段階；及び
    （ｅ）増幅された光信号を非線形波長変換する段階を含むバーストモードレーザー生成方法。
  9. 前記（ｂ）段階において、
    前記バーストトリガー信号は、希望するバーストモードの波形によりこれと同一な形態で生成されることを特徴とする、請求項８に記載のバーストモードレーザー生成方法。
  10. 前記（ｃ）段階においては、
    前記バーストトリガー信号がハイ（ｈｉｇｈ）の場合には第１光信号を選択して出力し、前記バーストトリガー信号がロー（ｌｏｗ）の場合には第２光信号を選択して出力することを特徴とする、請求項８に記載のバーストモードレーザー生成方法。




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