KR20190099603A - 레이저 공진기 및 레이저 공진기의 코히런스 조절 방법 - Google Patents

Abstract

레이저 공진기 및 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법이 제공된다. 본 실시예에 따른 레이저 공진기는 광 도파로 상에 이득 매질, 모드 잠금부 및 입출력 광소자가 위치하고, 상기 이득 매질을 여기하는 펌프광 공급부를 포함하며, 상기 펌프광 공급부는 상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금(Quasi Mode Locked, QML) 상태에서 동작하도록 펌프광을 제공하며, 상기 모드 잠금부는 상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금 상태에 도달한 상태에서, 상기 모드 잠금부의 포화 출력을 조절하여 상기 입출력 광소자에서 출력되는 광의 코히런스를 조절한다.

Description

레이저 공진기 및 레이저 공진기의 코히런스 조절 방법{Laser resonator and coherence adjustment method thereof}

본 발명은 레이저 공진기에 관한 것으로, 광파의 코히런스를 조절할 수 있는 레이저 공진기 및 레이저 공진기의 코히런스 조절 방법에 관한 것이다.

코히런스(Coherence)가 높다는 것은 광의 파동의 공간적 퍼짐이 균일하고 위상이 규칙성을 가지고 있는 상태를 말한다. 즉, 공간적으로 코히런스가 높은 것은 각 파의 위상이 일치하고 규칙성이 있는 것을 의미하며, 시간적으로 코히런스가 높은 것은 연속된 파가 오랜 시간에 걸쳐 위상의 도약이 없는 것을 의미한다. 즉, 코히런스가 낮다는 것은 비선형 위상 변화가 크게 나타나는 상태를 말한다.

레이저 광의 단색성, 간섭성, 직진성 등은 높은 코히런스에 의한 것으로, 종래 레이저는 이러한 높은 코히런스 특성을 응용하여 여러 분야에 적용되어왔다. 하지만, 레이저 광의 높은 코히런스 특성은 산란된 빛이 간섭하여 반점성의 모양의 스페클(Speckle)이 발생될 수 있어 레이저 디스플레이, optical coherence tomography (OCT) 등의 분야에 적용되기 위해서는 이러한 높은 코히런스를 조절할 필요가 있었다.

다만, 종래 개발된 레이저 광의 코히런스를 조절하는 구성은 레이저 외부에 추가적인 장치를 설치하는 것으로 그 구성이 복잡하고, 다양한 분야에 용이하게 적용하기 어려운 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0035283호(2016년03월31일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 레이저 외부에 추가적인 장치를 사용하지 않고, 레이저 공진기 내부 소자들의 특성 변환으로 출력 광원의 코히런스를 조절할 수 있는 레이저 공진기 및 레이저 공진기의 코히런스 조절 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 공진기는 광 도파로 상에 이득 매질, 모드 잠금부 및 입출력 광소자가 위치하고, 상기 이득 매질을 여기하는 펌프광 공급부를 포함하고, 상기 펌프광 공급부는 상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금(Quasi Mode Locked, QML) 상태에서 동작하도록 펌프광을 제공하며, 상기 모드 잠금부는 상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금 상태에 도달한 상태에서, 상기 모드 잠금부의 포화 출력을 조절하여 상기 입출력 광소자에서 출력되는 광의 코히런스를 조절한다. 상기 레이저 공진기 내의 상태는 포화출력의 조절에 따라 아래와 같은 다양한 상태로 조절이 가능하다.

일 실시예에서, 상기 준 모드 잠금 상태는 펌프광의 양을 조절하여 상기 레이저 공진기 내의 에너지가 커짐에 따라 피크 클램핑 효과로 인해 동일한 에너지를 가지는 복수의 솔리톤이 나타나도록 발진시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 준 모드 잠금 상태는, 펌프광의 양을 조절하여 상기 복수의 솔리톤이 나타나는 상태인 MS(multiple-solition) 상태, 상기 포화 출력이 감소된 상태로 각 솔리톤의 상호 작용의 범위가 커져서 복수의 솔리톤이 웨이브 패킷을 형성한 상태인 NLP(Noise-like pulse)상태 및 상기 포화 출력이 감소됨에 따라 상기 MS 상태에서 상기 NLP 상태로 진행되는 중간 상태(intermediate)인 symbiotic 상태에 도달할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 출력되는 광의 코히런스는 상기 MS 상태에서 상기 NLP 상태로 진행됨에 따라 감소시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 준 모드 잠금 상태는 상기 레이저 공진기의 구성 또는 분산 방식에 관계없이 상기 펌프광 공급부에서 공급되는 펌프광이 과도하게 펌핑되거나 진폭이 변조된 경우 유도할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 준 모드 잠금 상태는 상기 이득 매질을 151mW 이상의 출력으로 여기하여 유도할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법은 광 도파로 상에 이득 매질, 모드 잠금부 및 입출력 광소자가 위치하고, 상기 이득 매질을 여기하는 펌프광 공급부를 포함하는 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법으로, 상기 제어 방법은, 상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금 상태에서 동작하도록 펌프광을 제공하는 단계; 및 상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금 상태에 도달한 상태에서, 상기 모드 잠금부의 포화 출력을 조절하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 준 모드 잠금 상태는 상기 레이저 공진기 내의 에너지가 커짐에 따라 피크 클램핑 효과로 인해 동일한 에너지를 가지는 복수의 솔리톤이 나타나도록 발진된 상태일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 준 모드 잠금 상태는, 상기 복수의 솔리톤이 나타나는 상태인 MS 상태, 상기 포화 출력이 감소된 상태로 각 솔리톤의 상호 작용의 범위가 커져서 복수의 솔리톤이 웨이브 패킷을 형성한 상태인 NLP 상태 및 상기 포화 출력이 감소됨에 따라 상기 MS 상태에서 상기 NLP 상태로 진행되는 중간 상태인 symbiotic 상태를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 출력되는 광의 코히런스는 상기 MS 상태에서 상기 NLP 상태로 진행됨에 따라 감소할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 준 모드 잠금 상태는 상기 레이저 공진기의 구성 또는 분산 방식에 관계없이 상기 펌프광 공급부에서 공급되는 펌프광이 과도하게 펌핑되거나 진폭이 변조된 경우 유도될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 준 모드 잠금 상태는 상기 이득 매질을 151mW 이상의 출력으로 여기하여 유도될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 공진기는 레이저 외부에 추가적인 장치를 사용하지 않고, 레이저 공진기 내부 소자들의 특성 변환으로 출력 광원의 코히런스를 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 공진기는 디스플레이, OCT, 레이저 가공 등과 같은 분야에 용이하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 3 내지 도 5는 포화 출력 조절에 따른 광파의 상태 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 코히런스 값과 솔리톤 상호 작용의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법의 순서도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당 업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 기술된 것이 아니며, 본 발명의 범위는 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기의 블록도이다.

본 실시예에 따른 레이저 공진기(10)는 펌프광 공급부(110), 이득 매질(120), 모드 잠금부(130) 및 입출력 광소자(140)를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 레이저 공진기(10)는 피드백 경로가 구현된 광 도파로를 포함할 수 있다. 예시적으로, 레이저 공진기(10)는 폐루프 형상의 광 도파로를 포함할 수 있다. 즉, 레이저 공진기(10)는 링 타입(ring type)의 광섬유 공진기로, 링 캐비티(ring cavity) 구조를 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 본 실시예에 따른 레이저 공진기(10)는 선형 공진기, 8자형 공진기 및 9자형 공진기가 적용될 수 있으며, 반사 거울을 포함한 벌크 타입으로 구성될 수도 있다.

이득 매질(120), 모드 잠금부(130) 및 입출력 광소자(140)는 이러한 광 도파로 상에 위치할 수 있다.

펌프광 공급부(110)는 광 도파로에 펌프 광을 공급할 수 있다. 구체적으로 펌프광 공급부(110)는 광 경로상에 배치된 이득 매질(120)로 펌프광을 출력할 수 있고, 이득 매질(120)은 제공되는 펌프광에 대응되는 파장의 광을 흡수하도록 구성될 수 있다. 이득 매질(120)은 흡수한 펌프광에 대응되는 광을 유도 방출할 수 있고, 레이저 광의 발진을 가능케 한다. 펌프광 공급부(110)는 이득 매질(120)을 펌프광으로 여기하며, 모드 잠금부(130) 및 입출력 광소자(140)를 통해 레이저가 광파 형태로 발진하게 된다.

이득 매질(120)은 980nm 또는 1480nm파장을 흡수대역으로 하고 1550nm 파장을 중심으로 넓은 방출 대역을 갖는 어븀 첨가 광섬유(Erbium Doped Fiber, EDF) 또는 980nm의 파장을 흡수대역으로 하여 1030nm 파장을 중심으로 수십 nm의 넓은 방출 대역을 갖는 이터븀 첨가 광섬유(Ytterbium Doped Fiber, YDF)를 구비될 수 있으나, 이외 한정되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서 이득 매질(120)은 이외에 다른 파장 대역에 gain을 형성하는 Thulium, Holmium, Neodymium, Praseodymium 등의 희토류 첨가 광섬유(rare earth doped fiber)로 구비될 수도 있으며, 반도체, 고체, 액체, 기체 등의 광 이득매질로 구비될 수도 있다.

모드 잠금부(130)는 레이저 공진기(10) 내부의 광 흡수도 및 포화 광 흡수도를 조절할 수 있다. 예시적으로, 광섬유 레이저에서 모드 잠금부(130)는 비선형 편광회전(nonlinear polarization rotation, NPR), 포화 흡수체(saturable absorber, SA) 또는 비선형 증폭 루프 거울(nonlinear amplifying loop mirror, NALM)로 구비될 수 있다. 반도체 레이저의 경우, 모드 잠금부(130)는 소자에 가해지는 역방향전압의 양을 조절하는 구성으로 구현될 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 모드 잠금부(130)는 광 흡수도 및 포화 광 흡수도가 조절될 수 있으며, 이에 따라 모드 잠금부(130)의 포화 출력이 조절될 수 있다. 모드 잠금부(130)의 광 흡수도 및 포화 광 흡수도 조절 방법은 구비되는 구성에 따라 상이할 수 있다. 예시적으로, 모드 잠금부(130)가 비선형 편광회전으로 구성된 경우, 편광 조절기의 편광 조절에 따라 모드 잠금부(130)의 포화 출력은 조절될 수 있다.

여기서, 펌프광 공급부(110)는 레이저 공진기(10)가 준 모드 잠금상태에서 동작하도록 펌프광을 제공할 수 있다. 준 모드 잠금(QML) 상태는 레이저 공진기(10) 내의 에너지가 커지면, 단일 솔리톤(광파의 광 펄스)이 더 높은 에너지를 갖게 되는 것이 아니라, 피크 클램핑 효과로 인해 동일한 에너지를 가지는 복수의 솔리톤(예시적으로, 수백 개 이상의 솔리톤)이 나타나도록 발진된 상태에 해당한다

이러한 준 모드 잠금 상태는 레이저 공진기(10)가 이의 구성 또는 분산 방식에 관계없이 과도하게 펌핑되거나 진폭이 변조된 경우 유도될 수 있다. 예시적으로 펌프광 공급부(110)의 출력을 초기에 65mW로 높인 이후, 40mW로 점차 출력을 감소시켜 펌프 히스테리시스 효과를 유도하는 경우, 레이저 공진기(10)는 단일 솔리톤의 광파를 발진하도록 동작될 수 있다. 이와 달리, 151mW 이상 펌프광 공급부(110)의 출력을 높이는 경우, 레이저 공진기(10)는 복수의 솔리톤이 나타나는 준 모드 잠금 상태의 광파를 발진하도록 유도될 수 있다.

단일 솔리톤과 마찬가지로 복수의 솔리톤 각각은 높은 코히런스를 가진 상태일 수 있다. 따라서, 모드 잠금부(130)의 포화 출력을 조절하지 않은 상태의 준 모드 잠금 상태의 코히런스 값은 높은 상태일 수 있다. 다만, 이러한 복수의 솔리톤은 모드 잠금부(130)의 포화 출력이 감소함에 따라, 첨두 출력이 높아질 수 있다. 첨두 출력이 높아진 각 솔리톤은 그 자체만으로 비선형 위상 변화가 발생되며, 각 솔리톤에서 발생하는 분산파로 인해 솔리톤간의 상호 작용의 범위가 더욱 커지게 된다.

모드 잠금부(130)의 포화 출력이 점점 감소하여 첨두 출력이 일정 세기를 넘어가게 되는 경우, 솔리톤들은 서로의 발진에 영향을 주기 시작하며, 최종적으로 복수의 솔리톤들은 하나의 웨이브 패킷으로 묶여서 발진하게 된다. 복수의 솔리톤들이 하나의 웨이브 패킷으로 묶여서 발진하는 상태는 높아진 첨두 출력과 강해진 솔리톤간의 상호 작용에 의해 더욱 강한 비선형 위상 변형이 유도될 수 있으며, 이에 따라 낮은 코히런스를 가진 광파가 최종적으로 출력될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기(10)는 준 모드 잠금 상태에 도달한 상태, 모드 잠금부(130)의 포화 출력을 조절함에 따라 최종적으로 출력되는 광파의 코히런스가 변화될 수 있다. 준 모드 잠금 상태에서, 모드 잠금부(130)는 포화 출력이 낮아지도록 제어될 수 있으며, 이에 따라 복수의 솔리톤의 비선형 위상 변형이 크게 유도되어 광파의 코히런스가 감소될 수 있다. 반대로 준 모드 잠금 상태에서, 모드 잠금부(130)는 포화 출력이 높아지도록 제어될 수 있으며 복수의 솔리톤의 비선형 위상 변형이 감소되고, 이에 따라 광파의 코히런스가 증가될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기(10)의 구체적인 실시예 및 실험예에 대해 검토하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기의 구조를 나타낸 예시도이고, 도 3 내지 도 5는 포화 출력 조절에 따른 광파의 상태 변화를 나타낸 그래프이며, 도 6은 코히런스 값과 솔리톤 상호 작용의 관계를 나타낸 그래프이다.

본 실시예에서, 레이저 공진기(10)는 수동 모드 잠금 광섬유 링 공진기 구조일 수 있다. 이득 매질(120)인 어븀 첨가 광섬유(Erbium Doped Fiber, EDF)를 파장 다중 분할기(WDM)을 통해 980nm의 펌프 광원부(110)로 여기하며, 흡수되지 않는 펌프 광원은 추가적으로 접합된 파장 다중 분할기을 통하여 필터링할 수 있다. 여기서, 레이저 공진기(10)는 비선형 편광 회전 방식의 모드 잠금부(130) 및 비선형 편광 회전에서 커 미디움을 담당하는 단일 모드 광섬유(Single mode fiber, SMF)를 포함한다. 모드 잠금부(130)는 편광 분할기(Polarization beam splitter, PBS)와 편광 분할기 앞, 뒤로 위치하는 편광 조절기(Polarization controller, PC)를 포함한다. 또한, 레이저 공진기(10) 내부 광파의 한 방향 발진을 위해 아이솔레이터(Isolator, ISO)가 광 도파로 상에 위치할 수 있으며, 공진기 내에서 발생하는 신호를 모니터링하기 위해 1/99 탭이 모드 잠금부(130)의 앞, 뒤에 위치할 수 있다.

펌프광 공급부(110)는 151mW 이상의 출력으로 펌프광을 제공할 수 있으며, 이득 매질(120)을 여기하여, 레이저 공진기(10)가 준 모드 잠금상태에서 동작하도록 유도한다. 준 모드 잠금 상태에서 동작하는 레이저 공진기(10)의 모드 잠금부(130)의 편광 조절기의 편광을 조절하여 포화 출력이 조절될 수 있으며, 이에 따른 상태 변화를 관측하였다. 레이저 공진기(10) 내에서 생성되는 준 모드 잠금 상태 펄스의 코히런스의 측정을 위해 fiberized Michelson interferometer를 사용하고, autocorrelationtrace를 위해 autocorrelator(FR-103XL, Femtochrome 사-한자로)를 사용하였으며, 최대 800 연속 라운드 트립 시간까지의 준 모드 잠금 상태 펄스를 시공간 측정(spatio-temporal measurements)하였다.

이러한 준 모드 잠금 상태에서, 레이저 공진기(10)의 광파는 포화 출력 조절에 따라 코히런스 변화가 관측되었으며, 다음과 같은 특징적인 세가지 상태(NLP, symbiotic, MS)로 분류될 수 있다.

MS 상태는 포화 출력을 높은 상태로 복수의 솔리톤이 유도된 상태일 수 있다. 복수의 솔리톤, 광 펄스가 검출되는 것은 도 4(c)에 도시된 시공간 측정 데이터를 통해 확인할 수 있다. 그리고, 각 솔리톤들은 높은 코히런스 값을 가질 수 있다. 각 솔리톤의 코히런스 값은 도 3(c)의 Output Spectrum과 fringe pattern의 차이 및 Autocorrelation 값으로 확인할 수 있으며, MS 상태에서 출력되는 광파는 1에 가까운 코히런스를 가지는 것을 알 수 있다.

또한, NLP(Noise-like pulse)상태는 포화 출력이 낮은 상태이다. 즉, NLP 상태는 MS 상태보다 낮은 포화 출력에서 유도되는 상태일 수 있다. NLP 상태는 각 솔리톤의 상호 작용의 범위가 커져서 복수의 솔리톤이 웨이브 패킷을 형성한 상태일 수 있으며, 이러한 웨이브 패킷의 개략적인 형태는 도 4(a)에서 확인할 수 있다. 즉, 시공간 측정 시 포화 출력을 감소시킴에 따라 각 솔리톤의 첨두 출력이 높아진 것을 알 수 있으며, 개별적인 펄스로 검출되지 않고 하나의 웨이브 패킷으로 검출된 것을 알 수 있다. 그리고 NLP 상태에서 Output Spectrum과 Fringe Pattern의 차이 및 Autocorrelation 값이 MS 상태 대비 현저하게 작은 것을 도 3(a)에서 확인할 수 있다. 즉, NLP 상태에서 출력되는 광파는 0에 가까운 코히런스를 가지는 것을 알 수 있다.

그리고, symbiotic 상태는 포화 출력의 감소에 따라 MS 상태에서 NLP 상태로 진행되는 중간 상태(intermediate)일 수 있다. Symbiotic 상태의 포화 출력은 MS 상태보다 낮고, NLP 상태보다는 높을 수 있다. 도 3(b), 4(b)에서 이러한 symbiotic의 상태를 확인할 수 있으며, 도 5는 포화 출력의 변화에 따른 symbiotic 상태 변화를 보다 세분화하여 분석한 그래프이다.

구체적으로, 도 5(a) 내지 도 5(f)는 포화 출력의 감소에 따라 웨이브 패킷이 형성되는 과정을 시공간 측정한 결과를 나타낸다. 도 5(a)가 가장 MS 상태에 가까운 symbiotic 상태로 포화 출력이 상대적으로 높은 상태이며, 도 5(f)가 가장 NLP 상태에서 가까운 상태로 포화 출력이 상대적으로 낮은 상태이다. 즉, 포화 출력의 감소에 따라 웨이브 패킷이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

상술한 세가지 상태에서 측정된 각 데이터는 다음과 같은 표 1로 정리될 수 있다.

[표 1]

즉, MS(multiple-solition) 상태에서 코히런스 값(MDOC)은 0.869 이상의 높은 값을 가지는 것으로 측정되었다. Symbiotic 상태에서 코히런스 값(MDOC)은 0.1 에서 0.562, NLP 상태에서 코히런스 값(MDOC)은 0.0204 에서 0.125를 가지는 것으로 측정되었다. 레이저 공진기에서 출력되는 광의 코히런스는 MS 상태에서 NLP 상태로 진행됨에 따라 감소될 수 있다. 이러한 코히런스 값의 변화는 펌프광 공급부(110)의 출력(Pump power)을 유지하면서 모드 잠금부(130)의 포화 출력(Saturation Power)을 조절함에 따라 유도된 것임을 알 수 있다. 즉, 모드 잠금부(130)의 포화 출력 감소에 따른 솔리톤의 비선형 위상 변환 및 솔리톤간의 상호 작용의 증가에 의해 코히런스 값이 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 레이저 공진기(10)의 광파는 하나의 웨이브 패킷으로 묶여서 발진하는 NLP 상태에서, 보다 높아진 첨두 출력과 강해진 솔리톤간의 상호작용에 의해 더욱 강한 비선형 위상 변환을 나타나게 되는 바, 매우 낮은 수치의 코히런스 값(MDOC)으로 발진되는 것을 확인할 수 있다.

상기 측정된 데이터를 바탕으로 광파의 코히런스 값과 솔리톤의 상호작용(비선형 위상 변환 정도)의 관계는 도 6과 같이 나타날 수 있다. 즉, 측정된 데이터의 점을 연결하여 Lorentzian fitting curve로 나타날 수 있다. 광파의 코히런스는 준 모드 잠금(QML) 상태에서 포화 출력을 변경하여 솔리톤의 상호 작용을 변화시킴에 따라 제어될 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 준 모드 잠금(Quasi Mode Locked, QML) 상태에서 공진기내의 포화 출력 제어를 통해 광파의 코히런스가 변화될 수 있다는 것을 규명한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기(10)는 외부 구성의 추가 없이 종래 구현된 레이저 공진기의 구성만으로 레이저 공진기에서 발진되는 광파의 코히런스를 제어할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기(10)는 다양한 범위의 코히런스를 요구하는 다양한 산업에 용이하게 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법의 순서도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법은 레이저 공진기가 준 모드 잠금 상태에서 동작하도록 펌프광을 제공하는 단계(S100) 및 모드 잠금부의 포화 출력을 조절하는 단계(S110)을 포함한다.

여기서, 코히런스 제어가 수행되는 레이저 공진기는 상술한 실시예에 따른 레이저 공진기(10)일 수 있으며, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

먼저, 레이저 공진기가 준 모드 잠금 상태에서 동작하도록 펌프광을 제공한다(S100).

펌프광 공급부(110)는 레이저 공진기(10)가 준 모드 잠금상태에서 동작하도록 펌프광을 제공할 수 있다. 준 모드 잠금상태는 레이저 공진기(10) 내의 에너지가 커지면, 피크 클램핑 효과로 인해 단일 솔리톤(광파의 광 펄스)이 더 높은 에너지를 갖게 되는 것이 아니라, 동일한 에너지를 가지는 복수의 솔리톤(예시적으로, 수백 개 이상의 솔리톤)이 나타내도록 발진된 상태를 말한다. 이러한 준 모드 잠금 상태는 레이저 공진기(10)가 이의 구성 또는 분산 방식에 관계없이 과도하게 펌핑되거나 진폭이 변조된 경우 유도될 수 있다.

이어서, 모드 잠금부의 포화 출력을 조절한다(S110).

준 모드 잠금 상태에서, 레이저 공진기(10)의 광파는 포화 출력 조절에 따라 코히런스 변화가 관측될 수 있다. 특히, 준 모드 잠금 상태에서 광파는 세가지 상태(NLP, symbiotic, MS)로 분류될 수 있다.

여기서, MS 상태는 포화 출력을 낮추지 않은 상태, 즉, 포화 출력을 조절하지 않은 상태로 복수의 솔리톤이 유도된 상태로 높은 코히런스 값을 가질 수 있다.

NLP 상태는 포화 출력을 낮춘 상태, 포화 출력이 조절된 상태로 각 솔리톤의 상호 작용의 범위가 커져서 복수의 솔리톤이 웨이브 패킷을 형성한 상태일 수 있다. 레이저 공진기(10)의 광파는 높아진 첨두 출력과 강해진 솔리톤간의 상호작용에 의해 더욱 강한 비선형 위상 변환을 나타나게 되는 바, 매우 낮은 수치의 코히런스 값(MDOC)으로 발진될 수 있다.

그리고, symbiotic 상태는 포화 출력의 변화에 따라 MS 상태에서 NLP 상태로 진행되는 중간 상태(intermediate)일 수 있다.

펌프광 공급부(110)의 출력은 유지하면서 모드 잠금부(130)의 포화 출력(Saturation Power)를 낮춤에 따라 유도되는 솔리톤의 비선형 위상 변환 및 솔리톤간의 상호 작용에 의해, 레이저 공진기(10)의 광파는 하나의 웨이브 패킷으로 묶여서 NLP 상태로 변화될 수 있다.

광파의 코히런스 값과 솔리톤의 상호작용(비선형 위상 변환 정도)의 관계는 Lorentzian fitting curve로 도출될 수 있으며, 광파의 코히런스는 준 모드 잠금(QML) 상태에서 포화 출력을 변경하여 솔리톤의 상호 작용을 변화시킴에 따라 제어될 수 있다.

본 발명은 준 모드 잠금(Quasi Mode Locked, QML) 상태에서 공진기내의 포화 출력 제어를 통해 광파의 코히런스가 변화될 수 있다는 것을 규명한 것으로, 본 실시예에 따른 레이저 공진기 제어 방법은 외부 구성의 추가 없이 종래 구현된 레이저 공진기의 구성만으로 레이저 공진기에서 발진되는 광파의 코히런스를 제어할 수 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시예들 또는 도면에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 레이저 공진기
110: 펌프광 공급부
120: 이득 매질
130: 모드 잠금부
140: 입출력 광소자

Claims (12)

1. 광 도파로 상에 이득 매질, 모드 잠금부 및 입출력 광소자가 위치하고, 상기 이득 매질을 여기하는 펌프광 공급부를 포함하는 레이저 공진기에 있어서,
   상기 펌프광 공급부는 상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금(Quasi Mode Locked, QML) 상태에서 동작하도록 펌프광을 제공하며,
   상기 모드 잠금부는 상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금 상태에 도달한 상태에서, 상기 모드 잠금부의 포화 출력을 조절하여 상기 입출력 광소자에서 출력되는 광의 코히런스를 조절하는 레이저 공진기.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 준 모드 잠금 상태는 상기 레이저 공진기 내의 에너지가 커짐에 따라 피크 클램핑 효과로 인해 동일한 에너지를 가지는 복수의 솔리톤이 나타나도록 발진된 상태인 레이저 공진기.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 준 모드 잠금 상태는,
   상기 복수의 솔리톤이 나타나는 상태인 MS(multiple-solition) 상태,
   상기 포화 출력이 감소된 상태로 각 솔리톤의 상호 작용의 범위가 커져서 복수의 솔리톤이 웨이브 패킷을 형성한 상태인 NLP(Noise-like pulse)상태 및
   상기 포화 출력이 감소됨에 따라 상기 MS 상태에서 상기 NLP 상태로 진행되는 중간 상태(intermediate)인 symbiotic 상태를 포함하는 레이저 공진기.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 출력되는 광의 코히런스는 상기 MS 상태에서 상기 NLP 상태로 진행됨에 따라 감소하는 레이저 공진기.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 준 모드 잠금 상태는 상기 레이저 공진기의 구성 또는 분산 방식에 관계없이 상기 펌프광 공급부에서 공급되는 펌프광이 과도하게 펌핑되거나 진폭이 변조된 경우 유도되는 레이저 공진기.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 준 모드 잠금 상태는 상기 이득 매질을 151mW 이상의 출력으로 여기하여 유도되는 레이저 공진기.
7. 광 도파로 상에 이득 매질, 모드 잠금부 및 입출력 광소자가 위치하고, 상기 이득 매질을 여기하는 펌프광 공급부를 포함하는 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법에 있어서,
   상기 제어 방법은,
   상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금(Quasi Mode Locked, QML) 상태에서 동작하도록 펌프광을 제공하는 단계; 및
   상기 레이저 공진기가 준 모드 잠금 상태에 도달한 상태에서, 상기 모드 잠금부의 포화 출력을 조절하는 단계를 포함하는 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 준 모드 잠금 상태는 상기 레이저 공진기 내의 에너지가 커짐에 따라 피크 클램핑 효과로 인해 동일한 에너지를 가지는 복수의 솔리톤이 나타나도록 발진된 상태인 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 준 모드 잠금 상태는,
   상기 복수의 솔리톤이 나타나는 상태인 MS(multiple-solition) 상태,
   상기 포화 출력이 감소된 상태로 각 솔리톤의 상호 작용의 범위가 커져서 복수의 솔리톤이 웨이브 패킷을 형성한 상태인 NLP(Noise-like pulse)상태 및
   상기 포화 출력이 감소됨에 따라 상기 MS 상태에서 상기 NLP 상태로 진행되는 중간 상태(intermediate)인 symbiotic 상태를 포함하는 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법.
10. 제9 항에 있어서,
    출력되는 광의 코히런스는 상기 MS 상태에서 상기 NLP 상태로 진행됨에 따라 감소하는 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법.
11. 제7 항에 있어서,
    상기 준 모드 잠금 상태는 상기 레이저 공진기의 구성 또는 분산 방식에 관계없이 상기 펌프광 공급부에서 공급되는 펌프광이 과도하게 펌핑되거나 진폭이 변조된 경우 유도되는 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 준 모드 잠금 상태는 상기 이득 매질을 151mW 이상의 출력으로 여기하여 유도되는 레이저 공진기의 코히런스 제어 방법.

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