KR101915757B1 - 저반복 광펄스 레이저 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정의 반복률을 가지는 광펄스 레이저에 관한 발명으로 광대역 파장을 갖는 광원을 발생시키는 소스광원, 상기 소스광원을 소정의 대역폭을 갖는 광소스 생성을 위해서 일정 대역의 파장만을 통과시키는 제1광필터, 상기 제1광필터의 출력부분에 결합되어 상기 광소스의 세기를 증폭시키는 광증폭기, 상기 광증폭기의 출력에 결합되고, 상기 제1광필터의 통과대역과 동일한 대역을 갖는 제2광필터를 포함하고, 상기 광펄스 레이저는 별도의 광변조기를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광펄스 레이저의 경우에는 넓은 대역폭을 갖는 광소스를 광펄스로 사용하기 때문에, 고출력 광섬유증폭기를 사용하더라도, 비선형 현상이 안일어나는 장점이 있다.

Description

저반복 광펄스 레이저 및 그 구동방법{OPTICAL PULSE LASER WITH LOW REPETITION RATE AND DRIVING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 저반복 광펄스 레이저 및 그 구동방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 광 펄스신호를 장거리 전송하기 위해 송신단에서 고출력으로 가지도록 서로 다른 종류의 증폭기를 결합하여 증폭하고, 증폭기와 펌프광원의 구동과 변조 타이밍을 제어하여, 광대역의 펄스폭이 넓으면서도 저반복하여 비선형성이 제거되고 소광비(extinction ratio)이 향상된 광 펄스신호를 제공하는 레이저 및 그 구동방법에 관한 것이다.

최근 들어 광(레이저)을 이용한 기술은 측정 센서, 데이터 광통신, 의료용 진단 등의 분야뿐만 아니라 군사용 무기에 이르기까지 광범위하고도 다양하게 적용되고 있다.

특히 레이저 거리 측정의 경우, 레이저의 출력특성에 의해 그 성능이 많이 좌우되는데, 고정밀 장거리 측정을 위해서는 레이저의 출력을 높이면서도 비선형적 특성을 제거하는 것이 매우 중요한 문제해결 방안이다.

가장 주목받고 있는 기술에서는, 전송선로(광섬유 또는 자유공간)를 효율적으로 진행하기 위해 광을 펄스화하여, 전송단 또는 전송로 중간에서 광 신호를 증폭하여 원거리까지 전송이 가능하도록 하는 광증폭기 기술이 요구되고 있다.

이러한 장거리 광통신을 위해서는, 광 신호를 전기신호로 변환하여 증폭시킨 후 다시 광신호로 변환하는 방식이 있으나, 이 경우 광 증폭기 시스템이 지나치게 비대화되고 잡음이 증가하는 등의 많은 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 보완하고 효율적인 광 증폭을 수행하기 위해 광 신호 자체를 증폭시키는 다양한 광증폭기가 개발되어 왔다.

이와 같은 광증폭기는 증폭원리에 따라, 반도체 광증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)와 광섬유 증폭기(OFA: optical fiber amplifier)로 크게 분류할 수 있다.

먼저, 반도체 광 증폭기는 전류 주입에 의해 신호가 반도체의 활성층에 인가되었을 때 전도대역의 자유전자가 가전자 대역의 정공과 결합하는 유도방출에 의해 증폭된 신호가 광자의 형태로 방출되는 증폭기이다.

다음으로, 광섬유 증폭기는 광 신호를 전기신호를 변환하지 않고 광 신호 자체를 증폭하는 광증폭기로서, 특히 증폭매체로 광섬유를 구비한 것이다. 이러한 광섬유 증폭기에서 증폭작용은 광섬유에 첨가된 희토류 원소의 유도방출(Stimulated Emission) 작용을 이용하는데, 이득매질로는 어븀(erbium, Er), 이터븀(ytterbium, Yb) 등이 사용되고 있다.

특히, 에르븀 도핑 광 섬유증폭기(EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier)가 가장 널리 사용되고 있으며, 이러한 광섬유에 여러 파장을 동시에 사용하여 전송용량을 확대하는 파장 분할 다중방식(WDM: Wavelength Division Multiplexing)이 적용되고 있다.

도 1은 종래의 일반적인 에르븀첨가 광섬유증폭기(EDFA)를 이용한 파장 분할 다중방식(WDM) 광증폭기 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 도시된 바와 같이 광증폭기 시스템은 소스광원(10), 펌핑광원(20), WDM(30), 광섬유 증폭기(EDF, 40)로 구성되며, 광고립기(50)가 소스광원(10)이 들어오는 입력단자(IN)와 증폭된 광이 나가는 출력단자(OUT)에 추가로 포함될 수 있다.

먼저, 소스광원(10)은 1,550nm 파장의 입력 광신호(input light signal)를 공급하는 광원이다.

다음으로, 펌프광원(20)은 980nm 내지 1,480nm에서 운용되는 레이저 광이다. 이러한 레이저 광은 광섬유 증폭기(EDF, 40)에 입사되어 이온들을 여기시키는 에너지원이다.

다음으로, WDM(30)는 상기 소스광원(10)을 통해 입력되는 입력 광신호와 상기 펌프광원(20)로부터의 광을 결합하여 EDF(40, Erbium-Doped Fiber)에 주입할 수 있다. 이러한 WDM(30)는 다채널 파장분할 다중 결합기로 여러 개의 광신호 파장을 동시에 제공하여 하나의 광섬유 코어를 통해 넓은 대역폭을 얻을 수 있다.

다음으로, 광섬유 증폭기(EDF, 40)는 어븀(Er)이라는 특수한 물질이 도핑된 광 섬유로 레이저로 펌핑하여 약한 광 신호를 직접 증폭할 수 있다.

상기 광섬유의 어븀(Er) 이온이 980nm 또는 1,480nm의 펌프광원(20)의 광자(photon)를 흡수하면, 전자는 더 높은 에너지 수준으로 여기 될 수 있고, 이어서 전자는 조금 낮은 메타-안정 여기상태(meta-stable excited state)로 감쇠할 때 광(light)이 방출될 수 있다. 즉, 1550nm대의 상기 소스광원(10)의 입력 광이 어븀(Er) 도핑된 상기 광섬유 증폭기(EDF, 40)를 지나가면 흥분된 전자는 그들의 에너지를 입력 광으로 전달함으로써, 결국 입력된 광 자체를 증폭하게 된다.

마지막으로, 광고립기(50)는 상기 소스광원(10)이 들어오는 입력단자와 상기 WDM(30)의 사이 또는 증폭된 광이 나가는 상기 EDF(40)의 뒷단인 출력단자 중 어느 하나 이상에 위치할 수 있다. 상기 광고립기(50)는 일반적인 광 아이솔레이터를 사용할 수 있는데, 이때 아이솔레이터는 광 신호가 역방향으로 가거나 반사에 의해 입력단으로 되돌아가 전송효율이 떨어지는 것을 막아주는 역할을 한다.

상술한 종래의 EDFA는 고반복의 신호 또는 광펄스에는 사용이 가능하나, EDFA 내의 비선형특성 때문에 저반복 광펄스의 경우에는 종래의 EDFA 사용이 불가능하다.

다른 한편, 통상의 레이저는 수십 MHz의 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum)을 갖는다. 색분산의 영향때문에 통상 좁은 반치폭을 사용하게 된다. 하지만, 초고출력의 광신호를 생성할 때는 이러한 좁은 반치폭은 비선형 현상을 일으키게 되서, 소정의 출력이상으로는 레이저를 사용할 수 없게 된다.

광통신에 이용되는 광펄스(광신호)의 경우에는 명시율이 약 20~25dB정도이면 충분히 신호의 유무를 판단할 수있다. 하지만, 거리측정에 사용되는 광펄스의 경우에는 반사되서 돌아오는 광펄스의 상태를 측정하여 거리를 측정하기 때문에, 통상의 명시율을 사용하면, 반사특성 때문에 측정할 수 있는 거리 및 환경에 제약을 받게 된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

특히, 100Hz이하의 MW급 고출력 저반복 광펄스 레이저를 광섬유 레이저로 구현하고, 비선형 현상을 억제하고, 높은 소광비를 갖는 광펄스를 구현하는 데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로, 일실시예인 소정의 반복률을 가지는 광펄스 레이저는 소정의 대역폭을 갖는 소스광원, 상기 소스광원을 증폭시키는 반도체 광증폭기를 포함하는 광증폭기, 상기 반도체 광증폭기를 구동하는 구동부, 상기 구동부는 광증폭기에 바이어스 전류없이, 전류를 ON/OFF하여, 상기 소스광원을 증폭시킴과 동시에 소정의 반복률를 가지는 광펄스로 변조시키고, 별도의 광변조기를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 상기 소정의 대역폭을 갖는 소스광원은 광대역 광원을 대역통과 필터로 스펙트럼을 저미어서 만든것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 상기 대역통과 필터의 통과대역폭은 50GHz~300GHz인 것을 특징으로 하는 소정의 반복률을 가지는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 상기 구동부는 반도체 광증폭기에 인가되는 전류제어로 상기 광펄스의 크기, 펄스폭, 반복률을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 저반복 광펄스 신호를 고출력으로 생성시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 광대역 광원을 일부를 저미어서 사용하고, 이를 반도체 광증폭기를 이용하기 때문에 고출력 과정에서 비선형 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 별도의 변조기 없이, 반도체 광증폭기에서 증폭과 변조를 동시에 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 반도체 광증폭기를 이용하여 변조할 때, 문턱전압없이, 변조하기 때문에, 높은 Extinction ratio를 얻을 수 있고, 반사가 많은 환경에서도 광펄스를 식별할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 저반복 광펄스임에도 구동 및 변조 타이밍 제어를 할 수 있고, 이로 인해 고출력을 위한 광섬유 증폭기를 이용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 에르븀첨가 광섬유증폭기(EDFA)를 이용한 광증폭기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저반복 광펄스 레이저의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저반복 광펄스 레이저의 광신호 발생부(100)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저반복 광펄스 레이저의 제1증폭부(200)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저반복 광펄스 레이저의 제2증폭부(300)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 저반복 광펄스 레이저 및 그 구동방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 5를 참조하는 이하의 상세한 설명에 있어서, 펌프광원, 광커플러, 광필터, 광고립기, 광증폭기의 구성과 그 배열순서를 일 예를 들어 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 특히, 광필터와 광고립기는 설명의 편의를 위해 특정 구성부에 추가하거나 생략하여 도시될 수 있으나, 이는 본 발명을 제한하기 위한 것이 아닌 단지, 설명의 편의 위해 것으로 그 외 공지된 기술에 의해 선택 가능한 범주도 본 발명에 속한다는 것은 자명할 것이다

전체 시스템의 구성

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저반복 광펄스 레이저 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저반복 광펄스 레이저 시스템은 광신호 발생부(100), 제1증폭부(200), 제2증폭부(300) 및 제어부(400)를 포함하며 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 발생부(100)는, 광 신호를 생성하여 소정의 광 펄스신호로 변환하고, 이를 후단에 위치하는 본 발명의 일 실시예에 의한 다단 증폭부(200, 300)로 제공할 수 있다. 여기서, 다단 증폭부는 적어도 하나 이상의 증폭부로 구성을 하기 때문에, 그 수는 제한하지 않는다.

이러한 광신호 발생부(100)는 광 신호를 발진시키는 오실레이터 (oscillator)의 기능과 동시에 일정 파장의 광 신호만을 증폭하여 안정화(비선형성 제거)시키는 신호 변조기능을 모두 수행할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1증폭부(200)는 상기 광신호 발생부(100)에서 공급되는 입력 광 펄스신호를 증폭함과 동시에 비선형성을 제거하여 후단의 제2증폭부(300)로 전달할 수 있다.

이러한 제1증폭부(200)는 다단증폭으로 구성될 수 있어, 각 증폭단 마다 비선형성 제거특성과 고출력 증폭특성을 효율적으로 구현할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2증폭부(300)는 상기 제1증폭부(200)에서 증폭된 광 펄스신호를 다른 종류의 광증폭기로 재증폭하고, 비선형성이 제거된 안정화된 고출력의 광 펄스 신호를 최종 출력단에서 송신할 수 있다.

이때, 본 발명에서는 상기 광신호 발생부(100)와 상기 제1, 제2증폭부(200, 300)에 각각 포함되는 광증폭기(미도시)의 광증폭 방식이 서로 상이한 것을 사용하여, 복합(hybrid) 결합을 통해 비선형성이 제거된 고출력을 구현하는 것이 바람직할 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는 상기 광신호 발생부(100), 상기 제1증폭부(200) 및 상기 제2증폭부(300)의 증폭기와 펌프광원의 구동 및 변조 타이밍을 제어하여, 온/오프(ON/OFF) 조절을 통해, 광 펄스신호 펄스폭과 반복주기를 결정할 수 있다.

이러한 제어부(400)의 구동 및 변조 타이밍은 상기 광신호 발생부(100)의 광 펄스신호의 펄스폭과 동일하거나 상기 광 펄스신호의 펄스폭보다 큰 펄스폭으로 상기 광신호 발생부(100)의 펌프광원 구동을 제어할 수 있다.

특히, 제어부(400)의 변조 타이밍은 상기 광신호 발생부(100)의 광 펄스신호 온/오프 주기와 상기 제1,제2증폭부(200, 300)의 펌프광원의 온/오프 주기를 동기화하는 것이 바람직할 수 있다.

이때, 제어부(400)는 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산제어 능력을 갖춘 디지털처리장치라면 얼마든지 본 발명에 따른 제어부(400)로 채택될 수 있다.

이와 같은, 저반복 펄스 구동의 복합형 광 증폭시스템의 각 구성요소의 보다 자세한 설명은 도 3 내지 도 5을 참조하는 이하의 상세한 설명에서 뒷받침 될 수 있다.

광신호 발생부(100)의 구성

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저반복 광펄스 신호의 복합형 광증폭시스템의 광신호 발생부(100)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 통상의 레이저 광원을 사용하게 되면 반치폭이 수십MHz이기 때문에, 고출력 레이저로 사용을 하기에는 비선형 현상이 발생되는 문제가 생긴다.

또한, 저반복 광펄스를 생성을 하기 위해서는 저속으로 광을 ON/OFF 해줘야 한다. 하지만, 일반적인 레이저 다이오르를 이용하게 되면, 너무 저속으로 동작을 하게 되면, 원하는 만큼의 Extinction ratio가 안나오는 문제가 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광신호 발생부(100)는 소스광원(110), 제1/제2광고립기(120, 160), 제1/제2광필터(130, 150) 및 광증폭기(140)를 포함하며 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 소스광원(110)은 광신호를 자체를 발진시키는 오실레이터(oscillator)의 기능을 수행할 수 있는 광원일 수 있다.

예를 들면, 고출력 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode), 초발광 다이오드(SLD: Super Luminescent Diode), 광섬유에 희토류 원소가 도핑된 광섬유 증폭기(OFA: Optical Fiber Amplifier)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광대역 특성을 가지는 공지된 광대역 비간섭성 광원(BLS: Broadband Light Source)을 제한 없이 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 에르븀 도핑 광섬유증폭기(EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier)를 사용한다. EDFA에 입력신호를 안넣을 경우에는 출력에 광대역을 가지는 소스광원이 나오게 되고, 본 실시예는 상기 소스광원을 사용한다..

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1광고립기(120)는 상기 소스광원(110)으로부터 들어오는 입력 광신호가 역방향으로 진행하거나 다른 소자에 의한 반사광이 유입되는 것을 차단하여, 입력 광신호의 왜곡을 방지할 수 있다. 이러한 제1광고립기(120)는 통상적으로 사용되는 공지된 광 아이솔레이터(optical isolator)를 제한 없이 사용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1광필터(130)는 입사되는 광 신호 중 일정한 파장의 대역만을 선택적으로 투과시킬 수 있다.

예를 들면, 상기 제1광필터(130)는 상기 소스광원(110)으로부터 상기 광고립기(120)를 통과해 입사되는 광대역 비간섭성을 가지는 입력 광신호 중 일정 주파수 성분(예를 들면, 100 ~ 200 Ghz)만을 통과시키고, 다른 주파수 성분을 제거하여 통과시키는 대역통과필터(밴드패스필터,band-pass filter)일 수 있다.

따라서, 본 발명에서 구현하고자 하는 100 ~ 200 Ghz 대역폭을 가지는 광 펄스 신호를 생성할 수 있다. 그러면, 종래 수십MHz의 대역폭을 갖는 광펄스가 아닌, 수천배 넓은 대역폭을 갖는 광소스를 생성할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 광증폭기(140)는 입사되는 광 펄스 신호를 전기 신호로 변환하지 않고 직접 광 증폭할 수 있다.

이러한 광증폭기(140)는 그 증폭원리에 따라, 통상적으로 사용되는 반도체 광 증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)와 광섬유 증폭기(OFA: optical fiber amplifier)를 사용할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 반도체 광 증폭기(SOA)를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 반도체 광 증폭기(SOA)는 사용하는 이유는, 전류 주입에 의해 신호가 반도체의 활성층에 인가되었을 때 전도대역의 자유전자가 가전자 대역의 정공과 결합하는 유도방출에 의해 증폭된 광 신호를 방출하기 때문에, 크기가 작고 전력 소모가 작으며, 특히 증폭대역 조절이 용이하여 넓은 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum)을 가지는 광대역의 광펄스를 증폭할 수 있다. EDFA를 이용하게 되는 경우에는 너무 저반복신호를 이용하게 되면, 신호의 잡음을 생성할 수 있는 문제가 생길 수 있고, 100GHz 정도의 넓은 대역폭을 갖는 광신호를 증폭할 경우에는 광신호의 대역폭 내에서 증폭을 균일하게 못하는 문제점 및 주파수 도메인에서 신호의 잡음을 생성할 수 있는 문제가 있다.

또한, 반도체 광 증폭기를 사용하게 되면, 별도의 광펄스를 생성하기 위한 변조기가 필요 없게 된다. 물론, 광대역 광소스에서 변조를 할 수도 있지만, 이런 경우 광대역 광소스를 일정 크기의 대역통과필터로 일부 대역을 잘라서 사용하는 경우에는 비트강도잡음(beat-intensity noise)이 생성되기 때문에, 높은 extinction ratio를 요구하는 시스템에서는 신호로는 사용을 할 수가 없다.

따라서, 본 발명에서 광증폭기(140)를 반도체 광 증폭기로 사용하는 경우에는, 광신호를 증폭함과 동시에, 저반복 광펄스로 변조를 해줄 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 반도체 광증폭기는 전류를 ON/OFF로 해서, 광펄스를 생성시킨다. 통상의 반도체 기반의 광소자의 경우에는 빛을 내기 위한 문턱전류가 존재하기 때문에 경우에는 문턱전류 정도의 전류를 바이어스 전류로 걸어주고, 바이어스 전류에 변조신호를 추가적으로 인가해서 신호(펄스)를 생성시킨다. 이 같이 하는 이유는 빛을 내기 위한 여기 시간이 존재하기 때문에, 바이어스 전류를 안걸어주면, 고속으로 동작시킬 수 없고, 광펄스에 고주파 성분들 때문에 신호의 형태가 깨지 등, 문제가 생긴다. 본 발명의 경우에는 저반복 광펄스를 위한 발명이기 때문에, 반도체 광 증폭기를 바이어스 전류없이, 전류를 0mA에서부터 수백mA로 ON/OFF 시킨다.

또한, 고주파 성분과 같은 상기 언급한 문제를 해결하기 위해서, 전류의 입력부분의 매칭회로를 추가로 구성하고, PWM(pulse width modulation)을 이용하여, 반도체 광증폭기의 출력 광펄스의 고주파 성분에 의한 형태왜곡을 최소화 시켰다. 즉, PWM변조 및 바이어스 없는 전류변조는 레이징을 극대화할 수 있는 시점에서 드라이빙을 할 수 있도록 반도체 광증폭기의 구동회로를 구성한 것이며, 이로 인해서 Extinction ratio를 최대화할 수 있는 효과가 있다.

반도체 광 증폭기를 구동한 경우 광펄스는 30ns~300ns의 펄스폭을 갖고, 반복률은 100Hz이하인 광펄스를 생성할 수 있었다. 또한, Extinction ratio가 약 40dB 값을 갖을 수 있었다.

또한, 상기와 같은 방식으로 광펄스를 생성할 경우, 광펄스폭, 반복률, 크기 등을 제어할 수 있고, 이러한 전체적인 제어는 제어부(400)에 의해서 제어되어 진다.

다른 한편, 본 발명의 일 실시예에서, 넓은 반치폭의 광 펄스신호를 구현하는 것은 고출력을 위한 증폭과정에서 불필요하게 야기되는 비선형성 특성을 방지하기 위함이다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2광필터(150)는 상기 광증폭기(140) 후에 발생되는 잡음을 차단하는 역할을 하게 되고, 상기 제1광필터(130)와 제2광필터(150)는 동일한 대역만을 통과시키거나 차단하는 필터를 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2광고립기(160)는 출력 광신호가 역방향으로 진행하거나, 다른 소자에 의한 반사광이 유입되는 것을 차단하여, 출력 광신호의 왜곡을 방지할 수 있다.

이러한 제2광고립기(160)는 제1광고립기(120)와 동일하게 통상적으로 사용되는 공지된 광 아이솔레이터(optical isolator)를 제한 없이 사용할 수 있다.

결국, 제1,제2광고립기(120, 160) 모두 광신호가 역방향으로 진행하거나, 반사에광 유입으로 전송효율이 떨어지는 것을 막아주는 역할을 하며, 파장의 진행 방향을 조절할 수 있기 때문에 잡음 특성을 개선 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상술된 제1광고립기(120)는 광증폭기(140) 이전 단인 소스광원(110)과 제1광필터(130) 사이에 위치하고, 제2광고립기(160)는 광증폭기(140) 이후 단인 제2광필터(150) 다음에 위치하며 구성되는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1,제2광고립기(120, 160)와 광 필터(130, 160)의 배열순서는 전체시스템의 구현에 필요에 따라 가변으로 선택할 수 있고, 추가적인 광소자를 채용할 수 있음은 자명할 것이다.

제1증폭부(200)의 구성

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저반복 광펄스 레이저의 제1증폭부(200)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1증폭부(200)는 펌프광원(210), 광커플러(220), 광증폭기(230), 광고립기(240), 광필터(250)를 포함하며 구성되는 증폭단(A)와 상기 증폭단(A)와 직렬로 결합되며, 그 구성요소는 동일하나 일부구성의 배열순서가 상이할 수 있는 증폭단(B)로 구성된 다단 증폭시스템일 수 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭단(A)의 펌프광원(210)은 980nm 내지 1,480nm 파장을 가지는 광파를 펌핑하는 에너지원일 수 있다.

예를 들면, 공지된 레이저 다이오드(Laser Diode)를 사용할 수 있는데, 980nm 파장의 펌프광원은 광증폭기의 최대 출력보다는 저잡음 특성이 중요한 경우에 사용될 수 있으며, 1,480nm 파장의 펌프광원은 저잡음보다 광증폭기의 출력세기가 중요한 경우에 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예의 증폭단(A)에서는 높은 가성비를 위해 980nm 파장의 펌프광원(210)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭단(A)의 광커플러(220)는 상기 펌프광원(210)의 광파와 상기 광신호 발생부(100)에서 공급되는 입력 광 펄스 신호를 결합할 수 있다. 이러한 광커플러(220)는 다채널 파장분할 다중 결합기(WDM)를 포함하는 것이 바람직할 수 있는데, 여러 파장을 하나로 합쳐 동시에 전송할 수 있는 공지된 파장 분할 다중방식(WDM: Wavelength Division Multiplexing)을 제한 없이 사용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭단(A)의 광증폭기(230)는 광신호를 전기신호를 변환하지 않고 신호 자체를 증폭하는 광증폭기 공지된 반도체 광 증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)와 광섬유 증폭기(OFA: optical fiber amplifier)를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 증폭매체로 광섬유를 구비한 광섬유 증폭기(EDFA)를 사용하는 것이 바람직한데, 이러한 광섬유 증폭기는 광섬유에 첨가된 이득매질인 희토류 원소의 유도방출(Stimulated Emission) 작용을 이용하여 증폭작용을 할 수 있어 고출력을 얻을 수 있기 때문이다.

상기 이득매질로는 널리 공지된 원소들을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 발진파장이 1550nm인 어븀(Er)인 첨가된 어븀 도핑 광증폭기(EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier)일 수 있다.

상기 광증폭기(230)의 광섬유에 도핑된 어븀(Er) 이온이 980nm의 펌프광원(210) 광자(photon)를 흡수하면, 전자는 더 높은 에너지 수준으로 여기 될 수 있고, 이어서 전자는 조금 낮은 메타-안정 여기상태(meta-stable excited state)로 감쇠할 수 있다. 이때, 전자가 여기상태에서 그라운드 상태(ground state)로 감쇠할 때 광(light)이 방출될 수 있다. 즉, 1550nm대의 입력 광이 어븀(Er) 도핑된 광섬유 증폭기(230)를 지나가면 흥분된 전자는 그들의 에너지를 입력 광으로 전달함으로써, 결국 입력된 광 신호 자체를 증폭하게 된다.

따라서, 앞서 설명된 광신호 발생부(100)의 광증폭기(140)인 반도체 광증폭기(SOA)가 가지는 증폭의 한계를 제1증폭부(200)의 광증폭기(230)인 어븀 도핑 광증폭기(EDFA)로 보완하여 고출력 증폭을 구현할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭단(A)의 광고립기(240)는 상기 광증폭기(230)에서 나가는 증폭된 광 펄스 신호가 나가는 역방향으로 진행하거나, 다른 소자에 의한 반사광이 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이러한 광고립기(240)는 상술된 광신호 발생부(100)의 제1, 제2광고립기(120, 160)와 동일할 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭단(A)의 광필터(250)는 입사되는 광 신호 중 일정한 파장의 대역만을 선택적으로 투과시킬 수 있다.

예를 들면, 상기 광필터(250)는 상기 증폭단(A)에서 증폭된 광 펄스신호 중 일정 주파수 성분(예를 들면, 100 ~ 200 Ghz)만을 통과시키고, 다른 주파수 성분을 제거하여 통과시키는 대역통과필터(밴드패스필터,band-pass filter)일 수 있다. 이러한 광 필터(250)는 노이즈 성분이 제거된 고출력의 광 펄스신호만이 통과되어 시스템 전체의 특성과 효율을 증가시킬 수 있는데, 앞서 설명된 광신호 발생부(100)의 제1,제2광필터(130, 150)와 동일한 대역만을 통과시키거나 차단하는 필터를 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭단(A)는 직렬로 증폭단(B)와 결합된다. 이때, 증폭단(B)의 광증폭기(230), 광고립기(240), 광 필터(250)는 그 구성요소와 배열순서가 증폭단(A)와 모두 동일함으로 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략하며, 증폭단(A)와 증폭단(B)의 차이점인 펌프광원(210)과 광커플러(220)를 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1증폭부(200)는 상기 펌프광원(210)의 위치에 따라, 증폭단(A)은 전방향 펌핑방식(Forward pumping EDFA), 증폭단(B)은 후방향 펌핑방식(Forward pumping EDFA)으로 구분될 수 있다.

상기 전방향 펌핑방식은 광증폭기(230)의 입력측에 펌프광원(210)과 광커플러(220)가 위치하여, 증폭작용한 후 출력되기 때문에 잡음특성(Noise Figure)이 우수하며, 주로 전치 증폭기에 사용할 수 있다.

반면에, 상기 후방향 펌핑방식은 광증폭기(230)의 출력측에 펌프광원(210)과 광커플러(220)가 위치하여, 증폭작용 하는 방식이기 때문에 상기 전방향 펑핌방식 보다는 고출력 특성을 가지며 주로 송신단에 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1증폭부(200)는 전방향과 후방향 펌핑방식을 조합하여 수신단 역할을 하는 증폭단(A)는 수신된 약한 크기의 광 펄스신호를 증폭하여 수신단 감도를 증가시키는 작용할 수 있고, 송신단 역할을 증폭단(B)은 고출력의 전력 증폭기로써의 역할을 할 수 있다.

제1증폭부(200)의 광증폭기로 광섬유 기반의 광증폭기인 EDFA를 사용하는 경우에는 고출력의 증폭을 할 수 있는 장점이 있는 반면, 저반복 광펄스를 사용하게 되는 경우에는 내부펄스간 잡음(interpulse ASE noise)이 발생하게 된다. 즉, 광펄스의 반복률이 일정 반복률 이하로 내려가는 경우에는 EDFA를 사용할 수 없다. 상기 일정 반복률은 EDFA의 특성에 따라 결정되지만 통상 수백Hz의 반복률 이하로 동작하는 광펄스는 EDFA로 증폭을 할 수 없다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로, 펌프광원(210)을 소정의 속도로 변조를 해준다. 광펄스 폭이 30ns~300ns, 반복률이 100Hz이하인 경우에는 펌프광원(210)을 500us~50ms의 펄스폭과 반복률이 상기 반복률과 같이 100Hz이하가 되도록 펄스변조를 시켜준다. 변조를 시켜주는 타이밍은 제어부(400)에 의해서 A 증폭단, B증폭단, 반도체 광 증폭기(140)을 제어를 한다. 이 같은 제어는 향후 설명할 제2증폭부(300)에도 똑같이 적용이 되고, 레이저 내에서 사용되는 모든 펌프광원들은 동일하게 펄스변조를 시켜주고, 펄스 타이밍 만 조절을 하면 된다.

펌프광원의 펄스변조의 펄스폭은 반도체 광증폭기에서 변조하는 광펄스폭 및 반복률에 기인하게 된다. 즉, 반도체 광증폭기에서 생성하는 광펄스폭의 수천배에서 수십만배로 설정하는 것이 바람직하다. 이 같은 이유는 펌프광원의 펄스폭을 좁게 만들면, 내부펄스간 잡음을 완전히 없앨 수도 있지만, 펌프광원이 원하는 출력 펌프광을 레이징을 못하는 문제도 발생을 한다. 반면, 펄스폭을 넓게 만들면, 내부펄스간 잡음이 많이 생성되서, 광펄스 레이저를 사용할 수 없는 문제가 발생한다. 따라서, 펌프광원의 펄스폭의 최대는 사용되어지는 펌프광원의 특성을 고려하여, 원하는 광펄스폭, 반복률에 의해서 최적으로 조정되어져야 한다. 또한, 광펄스폭 및 반복률이 변경이 되는 경우에는 펌프광원의 펄스폭이 변조되어질 수도 있다. 이 같은 전체적인 제어는 앞서 설명한 바와 같이 제어부(400)에서 전체적으로 이루어진다.

제2증폭부(300)의 구성

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저반복 광펄스 레이저의 제2증폭부(300)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2증폭부(300)는 펌프광원(310), 광커플러(320), 광증폭기(330), 광고립기(340), 광필터(350)를 포함하며 구성되는 증폭단(C)와 상기 증폭단(C)와 직렬로 순차적으로 결합되며, 그 구성요소는 동일하나 일부구성의 배열순서 또는 수량이 상이할 수 있는 증폭단(D) 및 증폭단(E)로 구성된 다단 증폭시스템일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭단(C, D, E)의 광커플러(320), 광고립기(340), 광필터(350)는 앞서 설명된 광신호 발생부(100), 제1증폭부(200)의 내용과 동일함으로 중복을 피하기 위해 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예는 3개의 증폭단을 이용하지만, 상황에 따라 증폭단의 개수가 줄어들 수도 있고, 더 늘어날 수도 있고, 제1증폭부(200)만을 사용할 수도 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭단(C)의 광증폭기(330)는 광신호를 전기신호를 변환하지 않고 광신호 자체를 증폭하는 광증폭기로서 공지된 반도체 광 증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)와 EDFA를 사용할 수 있다.

이러한 광증폭기(330)는 증폭매체로 광섬유를 구비한 광섬유 증폭기(EDFA)를 사용하는 것이 바람직한데, 광섬유 증폭기는 광섬유에 첨가된 이득매질인 희토류 원소의 유도방출(Stimulated Emission) 작용을 이용하여 증폭작용을 할 수 있기 고출력을 얻을 수 있기 때문이다.

상기 이득매질로는 널리 공지된 원소들을 사용할 수 있으나, 어븀(erbium, Er)이외에 이터븀(ytterbium, Yb)인 추가로 첨가된 어븀-이터븀 도핑 광증폭기(EYDFA: Erbium-Ytterbium Doped Fiber Amplifier)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

따라서, 상기 제1증폭부(200)과 상기 제2증폭부(300)에 포함된 광증폭기(230, 330)는 광섬유에 도핑된 증폭매질이 서로 상이하게 되어 증폭순서에 맞게 고유의 특성을 구현하는데 용이할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 증폭단(C)의 펌프광원(310)은 980nm 내지 1,480nm 파장을 가지는 광을 펌핑하는 에너지원일 수 있다.

예를 들면, 공지된 레이저 다이오드(Laser Diode)를 사용할 수 있는데, 980nm 파장의 펌프광원은 광증폭기의 최대 출력보다는 저잡음 특성이 중요한 경우에 사용될 수 있으며, 1,480nm 파장의 펌프광원은 저잡음보다 광증폭기의 출력세기가 중요한 경우에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 증폭단(A)에서는 비선형성 제거를 강화하기 위해 980nm 파장의 펌프광원(210)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

이때, 펌프광원(310)의 개수는 증폭단(C)는 단일펌프(single pump), 증폭단(D, E)는 멀티펌프(muti pump)로 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면 도시된 바와 같이, 증폭단(C)은 하나의 펌프광원(310), 증폭단(D)는 2개의 펌프광원(310), 증폭단(E)는 3개의 펌프광원(310)으로 증가되도록 구성될 수 있다. 따라서, 다양한 파장의 광을 펌핑하는 에너지원을 각 증폭단(C,D,E)의 특성에 맞게 광증폭기(330)로 공급할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2증폭부(300)는 상기 펌프광원(310)의 위치에 따라, 증폭단(C)는 전방향 펌핑방식(Forward pumping EDFA), 증폭단(D, E)는 후방향 펌핑방식(Forward pumping EDFA)으로 구분될 수 있다.

상기 전방향 펌핑방식은 광증폭기(330)의 입력측에 펌프광원(310)과 광커플러(320)가 위치하여, 증폭작용한 후 출력되기 때문에 잡음특성(Noise Figure)이 우수하며, 주로 전치 증폭기에 사용할 수 있다.

반면에, 상기 후방향 펌핑방식은 광증폭기(330)의 출력측에 펌프광원(310)과 광커플러(320)가 위치하여, 증폭작용 하는 방식이기 때문에 상기 전방향 펑핌방식 보다는 고출력 특성을 가지며 주로 송신단에 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2증폭부(300)는 상기 전방향과 후방향 펌핑방식을 조합하여 수신단 역할을 하는 증폭단(C)는 수신된 약한 크기의 광 펄스신호를 증폭하여 수신단 감도를 증가시키는 전치증폭기의 작용할 수 있고, 송신단 역할을 증폭단(D, E)은 고출력의 전력 증폭기로써의 역할을 할 수 있다. 특히, 수신단인 증폭단(C)에서는 광섬유 증폭기에서 생긴 잡음을 최대한 제거하는 것이 중요할 수 있다.

이와 같이 상술된 본 발명의 일 실시에 따른 저반복 광펄스 레이저에서, 저반복 광펄스는 앞서 설명한 바와 같이 어븀 도핑 광증폭기(EDFA) 또는 어븀-이터븀 도핑 광증폭기(EYDFA)와 같은 광섬유 증폭기(230, 330)를 거치게 되면, 내부펄스간 잡음(interpulse ASE noise)이 발생하는데, 본 발명에서는 이를 제거하기 위하여 상기 제어부(400)에서 펌프광원(210, 310)를 구동을 제어하여 변조시킨다. 변조시키는 폭은 상기 광펄스의 폭(pulse width)보다 큰 펄스폭을 가지도록 구동시킬 수 있다. 바람직하게는 광펄스 폭이 30ns~300ns, 반복률이 100Hz이하인 경우에는 펌프광원(210)을 500us~50ms 펄스폭 및 상기 반복률과 동일하도록 100Hz이하의로 펄스 변조를 시켜준다. 펌프광원의 펄스변조와 관련된 내용은 앞서 설명한 바와 동일하다.

또한, 상기 제어부(400)의 변조 타이밍은 상기 광신호 발생부(100)의 광 펄스신호 온/오프 주기와 상기 펌프광원(210, 310)의 온/오프 주기를 동기화하여, 결국, 본 발명은 광대역의 펄스폭이 넓으면서도 저반복하더라도, 잡음이 생성되지 않고, 비선형성이 발생되지 않고, 높은 소광비(extinction ration)를 보장하도록 할 수 있다.

상기 광신호 발생부(100)에서 상기 제1증폭부(200)를 통해 상기 제2증폭부(300)로 진행할수록 광 신호를 전달하는 광섬유의 코어 직경은 더 커지게 할 수 있다. 또한, 광신호 발생부(100)는 싱글모드 광섬유, 상기 제1,제2증폭부(200, 300)는 멀티모드(multimode fiber)로 구성할 수 있다.

이때, 멀티모드 광섬유란 하나의 코어 내에 약간씩 다른 반사각을 가진 다수의 광을 동시에 운반할 수 있도록 설계된 광섬유로 멀티모드 광섬유는 싱글모드보다 더 큰 코어가 사용되어 LMA(large-mode-area)가 사용될 수 있다.

예를 들면, 광섬유 코어 광신호 발생부(100)와 제1증폭부(200)에서는 8um에서 시작되어 제2증폭부(300)의 증폭단(C)에서는 15um 내지 20um로 확대되어 최종 증폭단(E)에서는 70um까지 확대될 수 있다.

따라서, 증폭단이 지나감에 따라 신호의 크기가 커지더라도, 비선형 현상을 발생시키지 않게 할 수 있다. 본 발명의 실시예의 경우에는 출력세기는 수 메가와트(㎿,megawatt)까지의 고출력을 구현할 수 있다.

즉, 본 발명을 이용하는 경우에는 MW급 고출력의 100Hz이하의 저반복 광펄스를 생성할 수 있는 레이저를 구성할 수 있다. 또한, 40dB정도 되는 소광비(Extinction Ratio)가 되도록 광펄스를 만들 수 있다. 이러한 저반복 레이저의 경우에는 장거리의 거리를 측정할 수 있고, 다양한 반사파가 존재하더라도, 소광비가 종래것보다는 월등히 높기 때문에 신호의 구별할 수 있는 장점이 있다.

또한 종래 고출력 레이저는 매질을 공기로 사용하고, 렌즈 등을 이용해서 벌크하게 만들어지기 때문에, 대형이고, 충격에 약하기 때문에 사용에 굉장한 큰 제약이 있었지만, EDFA를 이용하여 제1, 2증폭부를 구성하는 경우에는 고출력 레이저임에도 소형화 및 패키징화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 일반 레이저 다이오드가 아닌, 광대역 소스광원(110)을 제1광필터(130)를 이용하여 스펙트럼을 잘라서 사용하여, FWHM이 100GHz~200GHz인 광소스를 생성하여, MW급의 출력에도 비선형 현상이 발생되지 않도로 하였고, 광증폭기(140)으로 SOA를 사용함으로써, 광대역 광소스를 증폭할 수 있고, 동시에 높은 소광비를 갖는 광펄스를 생성할 수 있는 장점이 있다.

또한, 저반복 광펄스임에도 고출력을 위해서 EDFA를 사용할 수 있도록 펌프광원을 광증폭기(140)과 동기를 맞춰서 광펄스 변조를 하였다. 다단의 EDFA 또는 EYDFA의 펌프광원과 광증폭기(140)을 제어부에 의해서 타이밍을 제어하여 효과적인 MW급 저반복 광펄스 레이저를 구성하였다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 광신호 발생부
200: 제1증폭부
300: 제2증폭부
400: 제어부
201, 310: 펌프광원
220, 320: 광커플러
240, 340: 광고립기
250, 350: 광필터

Claims (4)

1. 소정의 반복률을 가지는 광펄스 레이저 시스템에 있어서,
   광신호 발생부;
   제1증폭단과 제2증폭단을 포함하는 제1증폭부;
   제3증폭단과 제4증폭단을 포함하는 제2증폭부;
   제어부를 포함하고,
   상기 광신호 발생부는,
   광대역 파장을 갖는 광원을 발생시키는 소스광원;
   상기 소스광원이 소정의 대역폭을 갖는 광소스가 되기 위해서 일정 대역의 파장만을 통과시키는 제1광필터,
   상기 제1광필터의 출력부분에 결합되어 상기 광소스의 세기를 증폭시키는 동시에 변조 기능을 하는, 반도체 광 증폭기,
   상기 반도체 광 증폭기의 출력부분에 결합되고, 상기 제1광필터의 통과대역과 동일한 대역을 갖는 제2광필터를 포함하고,
   상기 반도체 광 증폭기는, 바이어스 전류없이 PWM(pulse width modulation)을 이용하여 전류의 ON/OFF를 제어하여 광펄스를 생성하고,
   상기 반도체 광 증폭기의 전류의 입력부분에는 매칭회로가 포함되어 있으며,
   상기 제1증폭단과 제2증폭단은 펌프광원을 각각 포함하고,
   상기 제1증폭단은 펌프광원의 진행방향이 광펄스가 진행하는 방향과 동일한 방향인 전방향 펌핑방식을 이용하고
   상기 제2증폭단은 펌프광원의 진행방향이 광펄스가 진행하는 방향과 반대 방향인 후방향 펌핑방식을 이용하며,
   상기 제3증폭단과 제4증폭단은 펌프광원을 각각 포함하고,
   상기 제3증폭단은 펌프광원의 진행방향이 광펄스가 진행하는 방향과 동일한 방향인 전방향 펌핑방식을 이용하고
   상기 제4증폭단은 펌프광원의 진행방향이 광펄스가 진행하는 방향과 반대 방향인 후방향 펌핑방식을 이용하며,
   상기 제1 내지 제4증폭단의 펌프광원은 상기 광펄스의 폭보다 큰 소정의 펄스폭을 가지도록 변조되고,
   상기 제어부는 상기 광신호 발생부의 ON/OFF주기와 상기 펌프광원의 ON/OFF주기를 동기화하며,
   상기 광신호 발생부에서 상기 제1증폭부를 통해 상기 제2증폭부로 진행할수록 광신호를 전달하는 광섬유의 코어 직경은 더 커지고,
   상기 광신호 발생부는 싱글모드 광섬유이고, 상기 제1증폭부와 상기 제2증폭부의 광섬유는 멀티모드인 것을 특징으로 하는 소정의 반복률을 가지는 광펄스 레이저 시스템.
2. 소정의 반복률을 가지는 광펄스 레이저 시스템에 있어서,
   광신호 발생부;
   제1증폭단과 제2증폭단을 포함하는 제1증폭부;
   제3증폭단과 제4증폭단을 포함하는 제2증폭부;
   제어부를 포함하고,
   상기 광신호 발생부는,
   광대역 파장을 갖는 광원을 발생시키는 소스광원;
   상기 소스광원이 소정의 대역폭을 갖는 광소스가 되기 위해서 일정 대역의 파장만을 통과시키는 제1광필터,
   상기 제1광필터의 출력부분에 결합되어 상기 광소스의 세기를 증폭시키는 동시에 변조 기능을 하는, 반도체 광 증폭기,
   상기 반도체 광 증폭기의 출력에 결합되고, 상기 제1광필터의 통과대역과 동일한 대역을 갖는 제2광필터를 포함하고,
   상기 반도체 광 증폭기는, 바이어스 전류없이 PWM(pulse width modulation)을 이용하여 전류의 ON/OFF를 제어하여 광펄스를 생성하고,
   상기 반도체 광 증폭기의 전류의 입력부분에는 매칭회로가 포함되어 있으며,
   상기 제1증폭단과 제2증폭단은 펌프광원을 각각 포함하고,
   상기 제1증폭단은 펌프광원의 진행방향이 광펄스가 진행하는 방향과 동일한 방향인 전방향 펌핑방식을 이용하고
   상기 제2증폭단은 펌프광원의 진행방향이 광펄스가 진행하는 방향과 반대 방향인 후방향 펌핑방식을 이용하며,
   상기 제1증폭단과 제2증폭단의 펌프광원은 상기 광펄스의 폭보다 큰 소정의 펄스폭을 가지도록 변조되고,
   상기 제어부는 상기 광신호 발생부의 ON/OFF주기와 상기 펌프광원의 ON/OFF주기를 동기화하며,
   상기 광신호 발생부에서 상기 제1증폭부를 통해 상기 제2증폭부로 진행할수록 광신호를 전달하는 광섬유의 코어 직경은 더 커지고,
   상기 광신호 발생부는 싱글모드 광섬유이고, 상기 제1증폭부와 상기 제2증폭부의 광섬유는 멀티모드이며
   상기 광펄스의 폭은 30ns~300ns이고, 100Hz 이하의 반복률를 가지며
   상기 펌프광원의 펄스폭은 500us~50ms이고, 상기 광펄스의 반복률과 동일한 반복률을 갖는 것을 특징으로 하는 소정의 반복률을 가지는 광펄스 레이저 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1광필터와 제2광필터의 통과대역폭은 50GHz~300GHz인 것을 특징으로 하는 소정의 반복률을 가지는 광펄스 레이저 시스템.
4. 삭제

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