WO2011152654A2 - 레이저 시스템 - Google Patents

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김륜경
박상오
권오장
추수호
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Definitions

  • the present invention relates to a laser system, and more particularly, to a laser system capable of amplifying a low power pulse wave laser into a high power pulse wave laser and converting the high power pulse wave laser into a high power continuous wave laser.
  • Optical laser technology is applied to various fields such as medical biological diagnosis and detection technology, optical sensor technology, optical communication technology, as well as military weapon technology, microwave wireless communication technology, and industrial marking / cutting technology.
  • high power pulse wave lasers are widely used in the fields of marking, material processing, remote sensing, or fluorescence spectroscopy
  • high power continuous wave lasers are used for communication systems, spectroscopy or imaging including optical interference tomography (OCT). It is widely used in the field.
  • laser systems that generate high power pulsed or continuous waves use a single-longitudinal mode semiconductor laser.
  • the semiconductor diode laser of the external resonator structure can satisfy both the wavelength variability and the narrow line width characteristics, the diode laser of the external resonator structure is used to overcome the disadvantage that the output of the laser beam is limited to several to several tens of mW.
  • Single-mode mode laser beam with an output of several hundred mW or more by constructing a MOPA laser system using as a master oscillator (MO) and using a tapered semiconductor gain medium as a power amplifier (PA). The method of obtaining is used.
  • MO master oscillator
  • PA power amplifier
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional high power pulsed wave laser system, using a gain-switched distributed feedback (DFB) laser diode as a main oscillator, and an InGaAs / GaAsP semiconductor optical amplifier including a 3 mm tapered portion as an output amplifier.
  • DFB distributed feedback
  • the DFB laser diode 11 generates a picosecond pulse.
  • the laser beam emitted as the main oscillator MO is collected through the lens 12 and passes through the optical isolator 13 to the portion of the output amplifier PA.
  • the lens 12 is focused on the ridge-waveguide portion 14 of the lens. Then, the output is amplified by passing through the tapered waveguide 15 of the output amplifier PA, and collected through the lens 12 to determine the output characteristic of the laser beam.
  • An object of the present invention is to provide a laser system that can obtain a stable and reproducible output by allowing the optical fiber to have a high coupling efficiency of the oscillator portion and the amplifier portion.
  • An object of the present invention is to provide a laser system that can obtain a high output with only one amplifier by configuring a loop type optical fiber resonator.
  • An object of the present invention is to provide a laser system that can obtain a laser output at a specific wavelength or several wavelengths simultaneously by constructing an optical fiber amplifier using various rare earth elements.
  • An object of the present invention is to provide a laser system capable of generating electromagnetic waves, in particular terahertz waves, by implementing a fiber laser system by a compact and simple structure made of optical fibers.
  • An object of the present invention is to provide a laser system that can have a high coupling efficiency and obtain a stable laser output by implementing a laser system made of an optical fiber.
  • An object of the present invention is to provide a laser system capable of easily and accurately adjusting the spacing of two wavelengths.
  • An object of the present invention is to provide a laser system capable of obtaining a high power laser beam using an optical fiber gain medium.
  • An object of the present invention is to provide a laser system that can obtain a stable laser output because a plurality of longitudinal modes generated from the laser diode can be a high mode matching with the wavelength variable optical filter by one longitudinal mode. have.
  • An object of the present invention is to provide a laser system capable of obtaining a laser output having one longitudinal mode due to a longitudinal mode of a laser diode having a narrow line width.
  • An object according to an embodiment of the present invention is to provide a laser system capable of obtaining high laser output power due to the additional gain of a laser diode.
  • a laser system that is, a high power pulse wave laser generation and a continuous wave laser conversion system thereof, includes an oscillation unit for generating a laser output, a connection portion connecting the oscillation unit and an optical fiber loop, and the laser output on the optical fiber loop. And an amplifier for amplifying, wherein the laser output may be repeatedly amplified by the amplifier while circulating an optical fiber loop.
  • the high power pulse wave laser generation and the continuous wave laser conversion system thereof may further include a conversion unit, and the conversion unit may be positioned on the optical fiber loop to convert the pulse wave laser output into the continuous wave laser output. have.
  • the high power pulse wave laser generation and the continuous wave laser conversion system thereof may further include an output unit, and the output unit may be positioned between the connection unit and the conversion unit to branch a part of the laser output to the conversion unit.
  • the oscillator may be a semiconductor laser diode that can be gain switched for pulsed waveform output.
  • the semiconductor laser diode may be a distributed feedback semiconductor laser diode in the form of a single species mode.
  • the semiconductor laser diode may be a plurality of longitudinal-mode fabric-perot (FP) semiconductor laser diodes, and the FP semiconductor laser diode may implement a laser having an external resonator structure by a fiber grating having a narrow line width.
  • FP longitudinal-mode fabric-perot
  • connection part may be an optical circulator allowing the laser output from the oscillation part to proceed sequentially to the first port, the second port, and the third port, wherein the oscillation part is connected to the first port, and the amplification part is the second port.
  • the third port may be connected to the output unit.
  • the amplifying unit may include a pump laser diode providing a pumping light having a wavelength different from that of the output laser, an amplifying optical fiber for amplifying the laser output, and a connection portion, a wavelength division multiplexing coupler connecting the amplifying optical fiber and the pump laser diode.
  • the amplified optical fiber may include a rare earth element, and the rare earth element may amplify a laser output by inverting the density of atoms by the pumping light.
  • the high power pulsed wave laser generation and continuous wave laser conversion system thereof may further include an optical isolator, which is positioned on the optical fiber loop to allow the laser output to travel in a single direction.
  • the output part is a connection part which can branch a part of the output laser, the connection part can branch the output in a ratio of 90:10 to 50:50, and the input to output port is configured as 1: 2 or 2: 2. Can be.
  • the conversion unit may include a distributed optical fiber having a large dispersion value, and the distributed optical fiber may convert a pulse wave into a continuous wave by causing a pulse spread phenomenon of the continuous wave laser output.
  • the dispersion optical fiber is connected to one end of the output unit, it is possible to determine the amount of dispersion by the pulse repetition rate and the entire wavelength band.
  • the laser system according to an embodiment of the present invention, the oscillator for generating a plurality of wavelengths for generating electromagnetic waves; A connection part connecting the oscillation part and the optical fiber loop; And an amplifier for amplifying an optical signal on the optical fiber loop, wherein the optical signal may be repeatedly amplified by the amplifier while circulating the optical fiber loop.
  • an optical signal having two oscillation wavelengths from the oscillation unit is mixed with a photoconductive material, and the bit frequencies according to the two oscillation wavelengths and the wavelength interval are determined by the following equation, and the terahertz waves corresponding to the bit frequencies are determined. Can be generated.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are two oscillation wavelengths, and ⁇ is the wavelength interval.
  • the oscillator may include two optical fiber Bragg gratings having different oscillation wavelengths or sample grids having two oscillation wavelengths.
  • the oscillator may include two semiconductor diodes having different oscillation wavelengths.
  • the wavelength of the reflected wave may further include a saturation absorber to form a narrow line width and the oscillation wavelength of one stable mode.
  • the electronic device may further include an output unit positioned in the optical fiber loop path to branch a portion of the optical signal.
  • the optical isolator may further include an optical isolator positioned in the optical fiber loop path to allow an optical signal output to travel in a single direction.
  • the amplifier may be a semiconductor optical amplifier, a Raman optical amplifier, or an optical amplifier to which a rare earth element is added.
  • the apparatus may further include a gain equalizer positioned in the optical fiber loop path to equalize power by equalizing a plurality of optical signal gain values.
  • the oscillation unit may include an oscillation wavelength spacing adjusting member capable of adjusting two oscillation wavelength spacings.
  • the oscillation wavelength gap adjusting member may be a strain adjusting member.
  • the strain adjusting member may apply a tension or a compressive force to the oscillation unit, adjust the wavelength interval by moving the wavelength toward the longer wavelength by applying tension and moving the wavelength toward the shorter wavelength by applying the compressive force.
  • the oscillation wavelength spacing adjusting member is a heater capable of varying the temperature of the oscillation unit, and the heater may adjust the wavelength spacing by heating the oscillation unit to move the wavelength toward a longer or shorter wavelength.
  • the oscillation wavelength spacing adjusting member is a current or voltage adjusting member, and the wavelength spacing can be adjusted by moving the wavelength toward the long or short wavelength by adjusting the current or voltage.
  • the laser system according to an embodiment of the present invention, a loop type of an optical fiber loop having an optical fiber forming a path of the movement of the beam; An oscillator of a laser diode type provided in one port of a connection part mounted on the movement path of the optical fiber and incident a beam into the optical fiber loop through the connection part, and having a plurality of longitudinal modes; And a wavelength tunable optical filter mounted in the movement path of the optical fiber and filtering by varying a beam from the oscillator having passed through the connection part into a predetermined wavelength region.
  • the laser system may include an amplifier mounted on the moving path of the optical fiber to amplify or oscillate the beam; An output unit mounted on the moving path of the optical fiber and outputting a portion of the beam passing through the tunable optical filter; And at least one optical isolator mounted on the movement path of the optical fiber to allow the beam to travel in a single direction.
  • the oscillation part is a Fabry-Perot laser diode (Fabry- laser diode).
  • the oscillation part may be coated on both sides with a high-reflection material, or one surface for output of both sides may be coated with an anti-reflection material.
  • the wavelength tunable optical filter is an optical fiber Fabry-Perot type, which can continuously vary the wavelength by adjusting the gap therebetween.
  • connection part may be an optical circulator in which the output of the beam provided from the Fabry-Perot laser diode proceeds sequentially.
  • the amplifying unit may be any one of a semiconductor optical amplifier (SOA), an optical fiber amplification containing a rare earth element, and a Raman amplifier.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • optical fiber amplification containing a rare earth element e.g., an optical fiber amplification containing a rare earth element
  • Raman amplifier e.g., an optical fiber amplification containing a rare earth element
  • the gain band of the amplifier may correspond substantially to the wavelength band of the oscillator.
  • connection part and the optical isolator may substantially correspond to the wavelength band of the oscillation part.
  • the output unit outputs a part of the beam at a preset ratio, and an input port to an output port may be provided as 1 to 2 (1: 2) or 2 to 2 (2: 2).
  • the laser system may further include an optical fiber retarder mounted on the moving path of the optical fiber to generate the variable wavelength of the beam at a high speed in the variable wavelength optical filter.
  • the optical fiber retarder may include a general optical fiber provided in the optical fiber loop and a distributed optical fiber for adjusting the dispersion of the optical fiber loop.
  • the optical fiber retarder may be provided such that the circulation time of the optical fiber loop is a multiple of the variable period of the variable wavelength optical filter.
  • the laser system is mounted on one end of the optical fiber, and generates a plurality of longitudinal mode as a light source Fabry-Perot laser diode oscillation unit of a laser diode type; And a wavelength tunable optical filter mounted on the optical fiber and varying the beam introduced from the oscillator through the optical fiber to a predetermined wavelength region, wherein the plurality of longitudinal modes and the wavelength tunable light are oscillated from the oscillator and output.
  • the window of the filter is matched and one longitudinal mode may be output.
  • the tunable optical filter includes a piezoelectric material, and a window having a constant line width of the tunable optical filter selected by interference while varying a gap applied to the tunable optical filter by changing a voltage applied to the piezoelectric material. Can move in the wavelength range and perform filtering.
  • the pulse wave can be easily converted into a continuous wave, and a high output pulse wave and a continuous wave can be obtained as necessary.
  • the optical fiber amplifier by configuring the optical fiber amplifier using a variety of rare earth-based elements, it is possible to laser output at a specific wavelength or several wavelengths at the same time.
  • a terahertz wave that is made of an optical fiber that can be implemented in a compact and simple structure and can be generated.
  • a laser system made of an optical fiber can have a high coupling efficiency and obtain a stable laser output.
  • the spacing of the two wavelengths can be easily and accurately adjusted to facilitate tuning of the terahertz wave.
  • the present invention can be mixed in a photoconductive material to generate a terahertz frequency, and thus has a high signal-to-noise ratio (SNR) and spectral resolution required by a terahertz time-domain spectroscopy system, and the specific sample to be analyzed.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • Corresponding monochromatic frequency bands can be selected for the absorption line, allowing data to be collected at the selected frequency scan distance and resolution, which is also inexpensive.
  • a plurality of longitudinal modes generated from the laser diode may be made in high mode matching with the tunable optical filter by one longitudinal mode, stable laser output may be obtained.
  • the laser output having one longitudinal mode can be obtained due to the longitudinal mode of the laser diode of narrow line width.
  • a high laser output power can be obtained due to the additional gain of the laser diode.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional high power pulse wave laser system.
  • FIG. 2 is a block diagram of a high power pulse wave laser generation and a continuous wave laser conversion system thereof according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a plan view, cross-sectional view of a semiconductor laser diode having a single longitudinal mode
  • FIG. 4 is a plan view, sectional view, and operation diagram showing another embodiment of a semiconductor laser diode having a single species mode
  • 6 is a graph showing magnitudes of a pulsed wave laser and a continuous wave laser over time
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a two-wavelength output fiber laser system for generating electromagnetic waves according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of an oscillator of the two-wavelength output fiber laser system for generating electromagnetic waves according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram of a two-wavelength output fiber laser system for generating electromagnetic waves according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an oscillator of the two-wavelength output fiber laser system for generating electromagnetic waves according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram of a two-wavelength output fiber laser system for generating electromagnetic waves according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a two-wavelength output fiber laser system for generating electromagnetic waves according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of a two-wavelength output fiber laser system for generating electromagnetic waves according to the sixth embodiment.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of a two-wavelength output fiber laser system for generating electromagnetic waves according to the seventh embodiment.
  • 15 is a diagram illustrating an output spectrum of a two-wavelength output laser optical fiber system for generating electromagnetic waves.
  • 16 is a view schematically showing some components of the tunable laser system according to the eighth embodiment of the present invention.
  • 17 is a diagram schematically showing the configuration of a tunable laser system according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram schematically showing the configuration of a tunable laser system according to a tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a high power pulse wave laser generation and its continuous wave laser conversion system 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 illustrates a laser semiconductor diode having a single longitudinal mode as an oscillator
  • FIG. 5 is a graph showing an operating mechanism of the amplifier
  • FIG. 6 is a graph showing magnitudes of pulse and continuous wave lasers over time.
  • the laser system includes an oscillator 110 and an oscillator 110 generating a laser output.
  • Connection unit 120 for connecting the optical fiber loop 130, an amplifier 140 for amplifying the laser output on the optical fiber loop 130, located on the optical fiber loop 130 to convert the pulse wave laser output to continuous wave laser output
  • an output unit 160 positioned between the connection unit 120 and the conversion unit 150 to branch a portion of the laser output to the conversion unit 150.
  • the high power pulse wave laser generation and its continuous wave laser conversion system 100 may be configured in a loop to be divided into a part for generating a high output pulse wave laser and a part for converting the pulse wave laser into a continuous wave laser output light.
  • the oscillator 110, the connector 120, the optical fiber loop 130, the amplifier 140, and the output 160 generate a high output pulse wave laser, and the converter 150 converts the pulse wave laser into a continuous wave laser. Convert
  • the oscillator 110 may be a semiconductor laser diode having a single longitudinal mode.
  • (A) is a top view
  • (b) is a front view
  • (c) is an operation view.
  • the semiconductor laser diode having a single species mode generates a high power pulsed wave laser generation and a seed laser of the main oscillator (MO) portion in the continuous wave laser conversion system 100 thereof, and the distributed feedback laser diode 112
  • the optical fiber 180 may be connected together.
  • the DFB semiconductor laser diode 112 emits laser light of one wavelength ⁇ 1 from its resonator and travels along the optical fiber core.
  • the output light of the DFB semiconductor laser diode 112 may be connected to be incident to the core layer having a higher refractive index so that light propagates in the optical fiber.
  • the oscillator 110 may be a semiconductor laser diode of a plurality of types of modes. 4 (a) is a plan view, (b) is a front view, and (c) is an operation view.
  • the multi-mode mode semiconductor laser diode may be a Fabry-Perot (FB) semiconductor laser diode 114, which is coupled with the optical fiber 180, and a portion of the optical fiber 180 includes a fiber Bragg grating 182. Consists of.
  • the grating 182 is configured as a reflector for an external resonator so that the seed laser of the main oscillator portion has only one wavelength, and the reflectance is preferably not 100%.
  • the grating 182 is a short-period having a period ⁇ composed of several periodic layers having refractive indices n 1 and n 2, and has a reflection peak corresponding to the period.
  • a grating may be generated inside the optical fiber by aligning a phase mask to the optical fiber 180 and irradiating ultraviolet (UV) light.
  • UV ultraviolet
  • the oscillation wavelength ⁇ along the period is determined according to the period of the grating and the effective refractive index n eff of the optical fiber core as follows.
  • the optical fiber Bragg grating is configured to reflect the wavelength ⁇ 1 by the period ⁇ and the effective refractive index n eff of the optical fiber.
  • the grating 182 is preferably formed in the core layer of the optical fiber 180.
  • FP Fabry- The semiconductor laser diode 114 has a high reflection (HR) coating on one side and an anti reflection (AR) coating on the other side, so that no external resonator is formed and an external resonator having the reflection peak. Together with the dragon grating 182 is implemented as a resonator.
  • the laser output light having a plurality of wavelengths ⁇ 1 to ⁇ n emitted from the FP semiconductor laser diode 114 travels along the core layer of the optical fiber, and the wavelength ⁇ 1 is partially reflected from the lattice portion having a cycle of ⁇ so that the FP semiconductor is partially reflected.
  • a resonance phenomenon occurs at the wavelength ⁇ 1 between the FP semiconductor laser diode 114 and the grating 1182.
  • the reflectance of the grating 182 is not 100%, the laser output light having the oscillation wavelength ⁇ 1 is emitted to the output terminal of the external resonator.
  • the oscillator 110 which is a semiconductor laser diode having a single species mode, outputs a picosecond pulse wave laser light by gain-switching, the output light is amplified. It is amplified in the amplifier 140 for.
  • the high power pulsed wave laser generation and its continuous wave laser conversion system 100 comprise an optical fiber, which forms an optical fiber loop 130.
  • the laser output continues to rotate in a single direction through the optical fiber loop 130, and the amplification is greatly performed while repeatedly passing through the amplifier 140.
  • This has the advantage that the amplification efficiency can be significantly improved compared to the structure in which the laser output of the seed laser is amplified while passing through a single amplifier in a linear high power laser system.
  • a high power pulse wave laser generation according to an embodiment of the present invention is compared with a structure in which a part of the laser light is lost by combining a plurality of lenses between the sheet laser and the output amplifier. Since the continuous wave laser conversion system 100 includes the optical fiber, there is an advantage that the high output power can be efficiently obtained as the laser output proceeds without loss.
  • connection part 120 is positioned between the oscillation part 110 and the optical fiber loop 130, and the connection part 120 may be an optical circulator.
  • the laser output generated from the oscillator 110 is connected to the first port of the optical circulator, which is the connector 120, by using the connector 120 between the oscillator 110 and the amplifier 140.
  • the laser output is amplified by the amplifier 140 connected to the second port and proceeds to the optical fiber of the third port through the connecting portion, which is an output unit 160 connected thereto, and the rest of the laser output is output.
  • the laser output may be repeatedly amplified while passing through the amplifier 140 along the optical fiber loop 130 again. Therefore, in the high power pulse wave laser generation and the continuous wave laser conversion system 100 thereof according to the embodiment of the present invention, the laser power is continuously amplified to generate the pulse wave laser of high power.
  • the high power pulsed wave laser generation and its continuous wave laser conversion system 100 may include an optical isolator 170 such that the laser output traveling along the optical fiber loop 130 flows only in a single direction.
  • the amplifier 140 includes a pump laser diode 142 that provides pumping light having a wavelength different from that of the output laser, an amplified fiber 146 and the connection unit 120 that amplifies the laser output, an amplified fiber 146, and a pump laser diode. And a wavelength division multiplexing coupler 144 connecting 142.
  • the amplifier 140 includes a pump laser diode 142 and a wavelength division multiplexing coupler 144 for connecting it to the optical fiber loop 130 and an amplifying optical fiber 146 to amplify the laser output, the operation thereof
  • the principle is as follows.
  • the laser light output from the pump laser diode 142 serves to put the pumping light through the wavelength division multiplexing coupler 144 connected to the amplified optical fiber 146 to which the rare earth element is added. Density inversion of atoms occurs by the pumping light, and its output is amplified while emitting laser light of a certain wavelength band depending on the type of rare earth element. At this time, it is preferable that the rare earth element emits laser light having the same wavelength band as the wavelength of the laser output which is the seed laser of the oscillation unit 110.
  • the wavelength division multiplexing connection unit 144 is used because the laser output of the oscillation unit 110 and the laser light output from the amplifying optical fiber 146 have different wavelengths. .
  • FIG. 5 illustrates an operation mechanism of the amplifying unit 140 of the high power pulse wave laser generation and the continuous wave laser conversion system 100 according to the first embodiment of the present invention, in which rare earth element erbium is added.
  • the energy level at which the density inversion of the amplified fiber occurs is shown.
  • the pump laser diode 142 operates by injecting the pumping light through the wavelength division multiplexing connection 144 to the amplified optical fiber 146 in which the erbium element is added to the general silica optical fiber.
  • Amplified laser with a wavelength of 1.55 ⁇ m ascending to the upper level ( 4 I 11/2 ) and rapidly transitioning to the second level ( 4 I 13/2 ) and staying at the third level ( 4 I 15/2 ) Emits light.
  • connection unit Part of the laser output output through the connection unit, which is an output unit 160, is used to measure measurement equipment such as a power meter or an oscilloscope through an optical spectrum analyzer (OSA) and a photodetector to analyze the laser output of the loop fiber 130.
  • the output power can be measured by the connection, and the characteristics of the laser output light at the wavelength ⁇ -domain and the characteristics of the output light at the time t-domain can be observed.
  • the continuous wave converter 150 is connected to convert a high output pulse wave into a high output continuous wave.
  • the output unit 160 preferably has an appropriate ratio of 90:10 or 50:50 to serve to output a portion of the laser output and the input to output port is configured to be 1 ⁇ 2 or 2 ⁇ 2.
  • the high power pulsed wave laser output through the output unit 160 is connected to the conversion unit 150 for continuous wave conversion.
  • the conversion unit 150 includes a dispersion optical fiber 152.
  • the pulsed wave laser light may be converted into the continuous wave laser light by a pulse spread phenomenon in which pulses of the pulse wave are spread by the dispersion amount of the distributed fiber 152 by the dispersion optical fiber 152. Therefore, the pulse wave of the pulse wave laser light can be changed into a continuous wave by using the optical fiber having a large dispersion value by a predetermined length.
  • the amount of dispersion required to spread the pulse wave is as follows. And the spectrum range (S).
  • the amount of dispersion required by the pulse repetition rate (R) and the entire spectral range (S) of the high power pulse wave laser light can be known, and the length of the entire optical fiber is determined by using the amount of dispersion per km of the dispersion fiber.
  • a pulse wave can be converted into continuous wave and can be used simply.
  • Fig. 6 (a) shows a high output pulse wave and (b) shows a high output continuous wave.
  • the pulse wave laser light is outputted from the high power pulse wave fiber laser repeatedly at a predetermined time interval (R), and the laser power is continuously passed regardless of the time interval by passing through the dispersion fiber of the constant length.
  • the continuous wave laser light can be output.
  • the high power pulse wave laser generation and the continuous wave laser conversion system 100 thereof according to the first embodiment of the present invention can be formed compactly with a simple structure, and can obtain a high power laser output with stable and high reproducibility.
  • the pulse wave can be easily converted into a continuous wave, it is possible to obtain both a high output pulse wave and a continuous wave laser output as necessary.
  • the laser system according to the second embodiment of the present invention that is, the two-wavelength output fiber laser system for electromagnetic wave generation, is simple and includes an oscillator, a connection part, an amplifier part, a saturation absorption part, a gain equalizer part, an output part, and an optical isolator. It is possible to tune the terahertz wave generated by adjusting the spacing of two wavelengths to be output accurately, and high power can be obtained by the optical fiber gain medium.
  • FIG. 7 is a block diagram of a two-wavelength output optical fiber laser system 200 for generating electromagnetic waves according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a two-wavelength output optical fiber laser system 200 for generating electromagnetic waves according to a second embodiment. Is a configuration diagram of the oscillator 210.
  • the laser system according to the second embodiment of the present invention that is, the two-wavelength output fiber laser system 200 for generating electromagnetic waves includes an optical fiber loop 230 having a loop shape, and an oscillator 210. , A connection unit 220, an amplifier 240, an output unit 250, an optical isolator 260, and a saturation absorber 270.
  • the oscillator 210 includes a grating having two different Bragg wavelengths.
  • the grid is made of a periodic number of layers having the first lattice 212 and the refractive index at the back of the flat waveguide, n 3 and n 4 values consisting of a periodic number of the layers having a refractive index of n1 and n2 values at the front of the flat plate waveguide
  • the second grating portion 214 is included.
  • the grating has different periods ⁇ 1 and ⁇ 2 to implement a laser, which is an optical signal having two wavelengths, and has a reflection peak corresponding to each period as a single period.
  • each oscillation wavelength? For each period is determined according to the period ⁇ of the lattice and the effective refractive index n eff of the optical fiber core, as described above.
  • the grating is configured to have different periods ⁇ 1 , ⁇ 2 or effective refractive indices n eff1 , n eff2 , and thus oscillate a laser optical signal having two different wavelengths.
  • the first grating portion 212 and the second grating portion 214 may be disposed to have a predetermined interval.
  • the amplifier 240 has a specific gain bandwidth, and when a signal corresponding thereto is incident, it causes amplification and oscillation.
  • the amplifier 240 may be a semiconductor amplifier (SOA), Raman amplifier (Raman) amplifier, a rare earth element-added amplifier, and has a gain band at a specific wavelength according to each characteristic.
  • the Bragg grating of the oscillator 210 Since the Bragg grating of the oscillator 210 has a characteristic of reflecting a specific wavelength, it is used as an optical signal element for wavelength selection in the fiber laser system 200.
  • connection unit 220 may be an optical circulator, and the wavelength reflected by the optical circulator is incident on the optical fiber loop 230 and continues to increase. Repeating), the optical signal of the wavelength is oscillated.
  • the first grating portion 212 and the second grating portion 214 of the oscillation portion 210 have different periods ⁇ 1 , ⁇ 2 , and different reflection wavelengths ⁇ 1 , ⁇ 2 are selected so that the optical fiber loop While passing 230, the laser beam which is an optical signal is output through the oscillation phenomenon.
  • the saturation absorption unit 270 at the front end of the oscillation unit 210 has a narrow line width and the oscillation wavelength in one stable mode due to the standing-wave saturation effect of the reflected wavelength from the oscillation unit 210. It plays a role. Furthermore, since the saturation absorption unit 270 has a linear birefringence and serves as a polarizer having more efficient saturation absorption on one polarization axis of the optical fiber, the output laser light has a stable polarization mode. That is, the saturation absorber 270 absorbs a frequency other than the frequency of the main oscillation wavelength.
  • the two-wavelength output fiber laser system 200 for generating electromagnetic waves causes the laser light to travel in a single direction through the optical isolator 260, and a part of the laser light is output through the connection part, which is an output part 250, and the remaining laser light is It is configured to increase the amplification efficiency while passing through the optical fiber loop 230 infinitely.
  • connection unit Part of the laser light output through the connection unit, which is the output unit 250, is connected to a measuring device such as an oscilloscope through a power meter or an optical spectrum analyzer (OSA) and a photodetector (PD) to analyze the characteristics of the output light.
  • the output power can then be measured.
  • the characteristics of the laser output light in the wavelength-domain and the characteristics of the output light in the time-domain can be observed.
  • connection part which is the output part 250, serves to output a part of the laser light
  • connection part which is the output part 250, serves to output a part of the laser light
  • it may be configured in a ratio of 90:10 to 50:50
  • the input to output port may be configured as 1X2 or 2X2.
  • the two wavelength output fiber lasers are mixed in the photoconductive material to determine the bit frequency according to the two oscillation wavelengths ( ⁇ 1 , ⁇ 2 ) and the wavelength interval ( ⁇ ) as shown in the following equation, and the corresponding terahertz waves are generated. do.
  • the two-wavelength output fiber laser system 200 for generating electromagnetic waves may further include a gain equalizer 290.
  • the gain equalizer 290 is positioned on the optical fiber loop 230 path and serves to equalize the power of the two optical signals by equalizing the optical signal gain having two wavelengths.
  • a nonlinear polarization rotator may be used as the gain equalizer 290.
  • NPR is a parallel connection structure of a polarization controller, an in-line polarizer, and a polarization controller, in which a laser mode, a light signal linearly polarized by a linear polarizer, is rotated again.
  • a laser mode a light signal linearly polarized by a linear polarizer
  • the NPR is described as the gain equalizer 290, but the present invention is not limited thereto.
  • the gain equalizer 290 may be configured using other devices.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a two-wavelength output optical fiber laser system 300 for generating electromagnetic waves according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a two-wavelength output optical fiber laser system 300 for generating electromagnetic waves according to a third embodiment. Is a configuration diagram of the oscillation unit 310.
  • the laser system according to the third embodiment that is, the two-wavelength output fiber laser system 300 for generating electromagnetic waves
  • the two-wavelength output fiber laser system 300 for generating electromagnetic waves is similar in configuration to that of the two-wavelength output fiber laser system 200 for generating electromagnetic waves,
  • the description of the same or similar parts will be omitted, and the differences will be described in detail below.
  • the oscillator 310 includes a sample grid having a plurality of oscillation wavelengths.
  • the grating consists of several periodic layers with refractive indexes n 1 and n 2 on the optical fiber core.
  • the grating consists of a sample grating, which is a kind of special grating having reflection peaks at regular channel intervals, ⁇ represents the period of Bragg grating, and ⁇ s represents the sampling period of the grating.
  • the fabrication of the sample lattice aligns the phase mask and amplitude mask together and irradiates ultraviolet (UV) light so that the sample lattice is generated in the optical fiber core.
  • UV ultraviolet
  • the wavelength spacing ( ⁇ ) of the sample grating having reflection peaks at regular channel intervals is the oscillation wavelength ( ⁇ ) of the grating, the effective refractive index (n eff ) of the optical fiber core, and the sampling period ( ⁇ ) of the grating. s ).
  • the sample grid has a reflection peak at regular intervals and may oscillate at two or more different wavelengths.
  • it can be configured to oscillate at two wavelengths.
  • the two-wavelength output fiber laser system 300 for generating electromagnetic waves according to the third embodiment may be implemented such that the sample grid has two different reflected wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 . Oscillation wavelength is outputted.
  • FIG. 11 is a block diagram of a two-wavelength output fiber laser system 400 for generating electromagnetic waves according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the two-wavelength output optical fiber laser system 400 for generating electromagnetic waves is similar in structure to that of the two-wavelength output optical fiber laser system 200 for the electromagnetic generation according to the second embodiment, and thus, the description is simplified. The description of the same or similar parts will be omitted for the sake of brevity, and the differences will be described in detail below.
  • the oscillator 410 is configured to include a semiconductor laser diode. Specifically, two semiconductor laser diodes having different oscillation wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 are included so that the power of two oscillation wavelengths can be amplified and output.
  • the semiconductor laser is prevented from entering the semiconductor laser diode with the laser light that follows the optical fiber loop 430. It is desirable to configure so that no damage is done to the diode.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a two-wavelength output fiber laser system 500 for generating electromagnetic waves according to the fifth embodiment.
  • the laser system according to the fifth embodiment that is, the two-wavelength output fiber laser system 500 for generating electromagnetic waves is similar in configuration to the two-wavelength output fiber laser system 200 for generating electromagnetic waves, For simplicity, the description of the same or similar parts will be omitted, and the differences will be described in detail below.
  • the two-wavelength output fiber laser system 500 for generating electromagnetic waves according to the fifth embodiment includes an oscillation wavelength spacing member capable of adjusting the wavelength spacing.
  • an oscillation wavelength spacing member capable of adjusting the wavelength spacing.
  • the optical fiber grating having two different oscillation wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 may shift the reflected wavelength of the Bragg grating by applying strain or changing temperature.
  • the reflected wavelength ( ⁇ ⁇ ) of the moving lattice is the effective photoelastic constant (P e ), the axial strain ( ⁇ ), the coefficient of thermal expansion ( ⁇ ), the thermo-optic coefficient ( ⁇ ), and the applied temperature change. It is determined by ( ⁇ T).
  • strain may be applied by the strain adjusting member 580 to move two oscillation wavelengths of the gratings 512 and 514 of the oscillator 510.
  • a compression strain is applied to the first grating portion 512 of the oscillation portion 510 having two different oscillation wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2
  • a tension strain is applied to the second grating portion 514.
  • the laser light output from the two-wavelength output laser optical fiber system 500 for electromagnetic wave generation is sequentially tuned from ⁇ 1 , ⁇ 2 to ⁇ n-1 , ⁇ n , and the bit frequencies corresponding to each case are different.
  • the terahertz waves generated by beating in the photoconductive material can also be tuned sequentially.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of a two-wavelength output fiber laser system 600 for generating electromagnetic waves according to the sixth embodiment.
  • the two-wavelength output optical fiber laser system 600 for generating electromagnetic waves is similar in structure to the two-wavelength output optical fiber laser system 500 for the electromagnetic generation according to the fifth embodiment, and thus the description is simplified. The description of the same or similar parts will be omitted for the sake of brevity, and the differences will be described in detail below.
  • the two-wavelength output fiber laser system 600 for generating electromagnetic waves applies heat to adjust wavelength spacings of two different reflection wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • the reflected wavelength is moved in one direction by the optical fiber material.
  • the heater 680 is applied to the second grating part 614 to apply heat, the reflection wavelength ⁇ 2 of the optical fiber grating moves to the long wavelength side. Therefore, the output laser light can be sequentially tuned from ⁇ 1 , ⁇ 2 to ⁇ n-1 , ⁇ n , and the terahertz waves generated by beating from the photoconductive material due to different bit frequencies in each case. Can be tuned sequentially.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of a two-wavelength output fiber laser system 700 for generating electromagnetic waves according to the seventh embodiment.
  • the two-wavelength output fiber laser system 700 for generating electromagnetic waves is similar in configuration to the two-wavelength output fiber laser system 500 for the electromagnetic generation according to the fifth embodiment, and thus, the description is simplified. The description of the same or similar parts will be omitted for the sake of brevity, and the differences will be described in detail below.
  • the two-wavelength output fiber laser system 700 for generating electromagnetic waves according to the seventh embodiment includes two semiconductor laser diodes having different oscillation wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 as oscillation parts 710. 710).
  • the output laser light can be sequentially tuned from ⁇ 1 , ⁇ 2 to ⁇ n-1 , ⁇ n , and the terahertz waves generated by beating from the photoconductive material due to different bit frequencies in each case. Can be tuned sequentially.
  • Figure 15 is a view analyzing the output spectrum of the two-wavelength output laser optical fiber system (200, 300) for electromagnetic wave generation
  • Figure 15 (a) is a spectrum in the wavelength-domain
  • Figure 15 (b) is a transmission through a photoconductive material Spectrum in later frequency-domain.
  • a part output through a connection part which is an output part 250 and 350 of a laser optical fiber system 200 and 300 having two different wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • OSA optical spectrum analyzer
  • spectrums in wavelength-domains having different oscillation wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 can be obtained.
  • RF spectrum analyzer RF spectrum analyzer
  • a bit frequency ⁇ f of ⁇ 1 and ⁇ 2 can be obtained, where the bit frequency is in the range of 0.1 THz to 10 THz.
  • Reflected wavelengths of the oscillators 210 and 310 can be designed.
  • tuning from 0.1 THz to 10 THz by adjusting the reflected wavelengths of the oscillators 510, 610, and 710 It can be designed to have a range.
  • 16 is a view schematically showing some components of the tunable laser system according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the laser system according to the eighth embodiment of the present invention includes an optical fiber 810 and an oscillator 820 provided at one end of the optical fiber 810. That is, the Fabry-Perot laser diode 820 of the present embodiment (Fabry- laser diode) and a tunable optical filter 130.
  • the Fabry-Perot laser diode 820 which is a light source, has reflective surfaces 821 on both sides, and a plurality of longitudinal modes may be oscillated and output by this structure.
  • the reflective surface 821 may be provided by coating with a high-reflection material.
  • the present invention is not limited thereto, and one surface of the both surfaces of the reflective surface 821 may be coated with an anti-reflection material.
  • the variable wavelength optical filter 830 of the present exemplary embodiment may vary the wavelength of a beam emitted from the Fabry-Perot laser diode 820 by providing a piezoelectric material therein.
  • a window having a constant linewidth of the filter selected due to interference moves in the wavelength region while the pore spacing of the tunable optical filter 830 is changed. Perform filtering.
  • the plurality of longitudinal modes oscillated and output from the aforementioned Fabry-Perot laser diode 820 and the windows of the variable wavelength optical filter 830 are matched, and thus, one of the plurality of longitudinal modes ⁇ 1 to ⁇ n . ( ⁇ 1 ) is filtered and output, and one longitudinal mode matching the plurality of longitudinal modes of the Fabry-Perot laser diode 820 is sequentially output while the window of the tunable optical filter 830 moves.
  • the variable period of the wavelength tunable optical filter 830 matches the interval between the longitudinal modes of the Fabry-Perot laser diode 820.
  • the line width of one longitudinal mode of the Fabry-Perot laser diode 820 and the line width of the window of the variable wavelength optical filter 830 may be correspondingly implemented.
  • the present invention is not limited thereto.
  • 17 is a diagram schematically showing the configuration of a tunable laser system according to a ninth embodiment of the present invention.
  • a laser system that is, a tunable laser system 900, includes a loop-type optical fiber loop including an optical fiber 910, a connection portion 940, and the like.
  • An oscillator 920 provided at one port of the connector 940 and incident a beam to the resonator through the connector 940, that is, the Fabry-Pero laser diode 920 of the present embodiment. and a laser diode, an amplifier 950, a tunable optical filter 930, two optical isolators 960, and an output unit 970 for outputting some beams to the outside.
  • the output of the laser (beam) from the Fabry-Perot laser diode 920 of the present embodiment may be self-injected into the optical fiber 910 provided in the loop-shaped optical fiber loop through the connection portion 940.
  • the connection 940 here has a suitable ratio, for example 50:50, and the input to output port can be configured as 1: 2 (1: 2) or 2: 2 (2: 2).
  • the connection unit 940 may be provided as an optical circulator so that the output of the beam provided from the Fabro-Perot laser diode 920 may proceed sequentially.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the amplifier 950 has a specific gain bandwidth and generates amplification and oscillation when a signal corresponding thereto is incident.
  • the amplifier 950 preferably has a gain band capable of emitting a laser having the same band as the wavelength band of the output laser of the Fabry-Perot laser diode 920.
  • the amplifier 950 may be a semiconductor optical amplifier (SOA), a rare earth element-added amplifier, a Raman amplifier, and may have a gain band at a specific wavelength according to each characteristic.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • a rare earth element-added amplifier e.g., a Raman amplifier
  • Raman amplifier e.g., a Raman amplifier
  • a plurality of longitudinal modes generated in the Fabry-Perot laser diode 920 flow into the resonator through the connection part 940 and are combined with the gain of the amplifier 950 to form a gain band of higher output and then vary the wavelength.
  • passing through the optical filter 930 may be filtered to a specific wavelength by a window having a constant line width, the beam of the filtered wavelength may be resonated and emitted by the laser.
  • the specific wavelength is one longitudinal mode having a narrow line width
  • the longitudinal mode is a longitudinal mode selected by matching a plurality of longitudinal modes of the Fabry-Perot laser diode 920 injected from the outside of the resonator, and thus its output is Can have stable and high output power
  • the tunable optical filter 930 moves the window by varying the applied voltage and sequentially implements the tunable optical fiber laser in a filtering method by matching a plurality of longitudinal modes of the Fabry-Perot laser diode 920. Can be.
  • the optical isolator 960 of the present embodiment is mounted in the movement path of the optical fiber 910 so as to be located before and after the amplifier 950, so that the beam can travel only in a single direction in the loop type optical fiber loop. As a result, the beam is reflected in the reverse direction in the optical fiber loop, thereby preventing unnecessary incident of the beam to the optical devices.
  • the output unit 970 of the present embodiment is a portion for outputting a portion of the laser beam continuously circulated in the optical fiber loop, so as to analyze the characteristics, such as a ratio of 90:10 or 70:30 or 50:50, etc. Can have a ratio.
  • the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 18 is a graph showing the output in the wavelength-domain of the tunable laser system according to the ninth embodiment of the present invention, (a) shows the relationship between the wavelength and the domain before the beam enters the tunable optical filter. (B) is a graph showing the relationship between the wavelength and the domain when the beam passes through the tunable optical filter, and (c) is a graph showing the state where the beam is oscillated by resonance.
  • a plurality of longitudinal modes generated from the Fabry-Perot laser diode 920 are tunable by one longitudinal mode. Since high mode matching can be achieved and stable laser output can be obtained, and a laser output having one longitudinal mode can be obtained due to the longitudinal mode of the Fabry-Perot laser diode 920 having a narrow line width. In addition, the additional gain of the Fabry-Perot laser diode 920 may result in high laser output power.
  • FIG. 19 is a diagram schematically showing the configuration of a tunable laser system according to a tenth embodiment of the present invention.
  • the laser system according to the tenth embodiment of the present invention is a fiber laser system 1000 capable of high-speed wavelength variability, as shown in FIG.
  • the optical fiber retarder 1080 is further provided on the moving path of the optical fiber 1010.
  • the optical fiber retarder 1080 of the present embodiment may adjust the time for which the beam traverses the resonator.
  • the optical fiber retarder 1080 synchronizes the time the beam traverses the resonator with the variable period of the tunable optical filter 1030 so that the filtered wavelength component is the same wavelength in the tunable optical filter 1030 after it has been traversed. Since the resonant passes through the components, the high speed tunable laser system 1000 may be realized.
  • the length of the loop type resonator and the delay time of the beam in the resonator have the following relationship as in Equation 1 below.
  • n is the number of times the beam traverses the optical fiber loop
  • ⁇ sweep is the traversal time of the beam in the optical fiber loop
  • l cavity is the length of the optical fiber 1010
  • v is the beam velocity inside the optical fiber loop.
  • the time that the beam traverses the optical fiber loop once can be calculated based on the length of the optical fiber and the speed of the beam inside the optical fiber loop, and the wavelength variable optical filter 1030 is adjusted to the variable period of the wavelength variable optical filter 1030.
  • the speed By varying the speed, the tunable optical fiber laser system 1000 can be implemented.
  • the optical fiber retarder 1080 of the present embodiment may include the above-described general optical fiber constituting the optical fiber loop, that is, the general optical fiber and the distributed optical fiber for adjusting the dispersion of the optical fiber loop, and the circulation time of the optical fiber loop is a wavelength.
  • the variable optical filter 1030 may be provided to be a multiple of a variable period.
  • the optical fiber retarder 1080 may be provided to improve the speed of the wavelength tunable.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템은, 레이저 출력을 발생시키는 발진부, 발진부와 광섬유 루프를 연결하는 연결부, 광섬유 루프 상에서 레이저 출력을 증폭시키는 증폭부, 광섬유 루프 상에 위치하여 펄스파형 레이저 출력을 연속파형 레이저 출력으로 변환시키는 변환부, 및 연결부와 변환부 사이에 위치하여 레이저 출력의 일부를 변환부로 분기시키는 출력부를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템에 따르면, 간단한 구조로 소형으로 형성될 수 있으며, 안정적이고 높은 재현성을 가지면서 고출력 레이저 출력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 간단하게 펄스파를 연속파로 변환할 수 있으므로 필요성에 따라 고출력의 펄스파와 연속파 레이저 출력을 모두 얻을 수 있다.

Description

레이저 시스템
본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 저출력 펄스파 레이저를 고출력 펄스파 레이저로 증폭시키고, 또한 상기 고출력 펄스파 레이저를 고출력 연속파 레이저로 변환시킬 수 있는 레이저 시스템에 관한 것이다.
광 레이저 기술은 의료용 생체 진단 및 감지 기술, 광센서 기술, 광통신 기술뿐만 아니라 군사용 무기 기술, 마이크로파 무선통신 기술, 산업용 마킹/절삭 기술 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
특히 고출력 펄스파 레이저는 마킹, material 프로세싱, 리모트(remote) 센싱 또는 형광 분광학 등의 분야에서 널리 이용되고 있으며, 고출력 연속파 레이저는 통신 시스템, 분광학 또는 광간섭 단층 촬영(OCT)을 포함하는 이미징 등의 분야에서 널리 이용되고 있다.
일반적으로 고출력 펄스파 또는 연속파를 발생시키는 레이저 시스템은 단일 종 모드(single-longitudinal mode) 반도체 레이저를 이용한다. 특히, 외부 공진기 구조의 반도체 다이오드 레이저는 파장가변의 용이함과 좁은 선폭 특성을 모두 만족시킬 수 있지만, 레이저빔의 출력이 수 내지 수십 mW로 제한되고 있다는 단점을 극복하기 위하여 외부 공진기 구조의 다이오드 레이저를 주 발진기(Master Oscillator; MO)로 사용하고 테이퍼드형 반도체 소자(Tapered semiconductor gain medium)를 출력 증폭기(Power Amplifier; PA)로 사용하는 MOPA 레이저 시스템을 구성하여 수백 mW 이상의 출력을 가진 단일 종 모드 레이저빔을 얻는 방법이 이용되고 있다.
도 1은 종래 고출력 펄스파 레이저 시스템의 구성도로서, DFB(gain-switched distributed feedback) 레이저 다이오드를 주 발진기로 사용하고 3mm의 테이퍼드형 부분을 포함하고 있는 InGaAs/GaAsP의 반도체 광 증폭기를 출력 증폭기로 사용하여 고출력 펄스파 레이저빔을 얻는다. DFB 레이저 다이오드(11)는 피코초(picosecond)의 펄스를 발생시키는데, 주 발진기(MO)로서 출사된 레이저 빔은 렌즈(12)를 통하여 모아져서 광 아이솔레이터(13)를 지나서 출력 증폭기(PA) 부분의 ridge-waveguide 부분(14)에 렌즈(12)를 통하여 포커싱 된다. 그리고, 출력 증폭기(PA) 부분의 테이퍼드된 도파로(15)를 지남으로써 그 출력이 증폭되고 다시 렌즈(12)를 통하여 모아짐으로써 레이저 빔의 출력 특성을 파악할 수 있다.
그러나, 이러한 종래 고출력 펄스파 레이저 시스템의 경우에는 고가의 반도체 공정 장비와 복잡한 반도체 공정 과정을 필요로 한다. 또한, 벌크형의 시스템이므로 다수의 렌즈를 이용하여 레이저빔을 결합시키므로 결합 효율이 비교적 좋지 않다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 선형적인 레이저 시스템에서는 주 발진기의 파워 증폭 부분을 한 번 거치게 되므로 레이저광의 증폭 효율이 높지 않다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 광섬유를 이용하여 발진기 부분과 증폭기 부분의 높은 결합효율을 가질 수 있도록 하여 안정적이고 재현성이 좋은 출력을 얻을 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 루프 형태의 광섬유 공진기를 구성함으로써 하나의 증폭기만으로 높은 출력을 얻을 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 간단한 구성으로 소형으로 구현될 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 펄스파를 연속파로 변환할 수 있도록 하여 필요에 따라 고출력의 펄스파와 연속파를 얻을 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 다양한 희토류계 원소를 이용하여 광섬유 증폭기를 구성함으로써 특정 파장 또는 동시에 여러 파장에서의 레이저 출력을 얻을 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 광섬유로 이루어진 소형의 간단한 구조에 의해 광섬유 레이저 시스템을 구현하여 전자파, 특히 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 광섬유로 이루어진 레이저 시스템을 구현함으로써 높은 결합 효율을 가질 수 있고 안정적인 레이저 출력을 얻을 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 두 파장의 간격을 용이하고 정확하게 조절할 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 광섬유 이득매질을 사용하여 고출력 레이저 빔을 얻을 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 레이저 다이오드로부터 발생된 다수의 종모드가 하나의 종모드씩 파장 가변 광 필터와 높은 모드 매칭이 이루어질 수 있으므로 안정적인 레이저 출력을 얻을 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 좁은 선폭의 레이저 다이오드의 종모드로 인하여 하나의 종모드를 갖는 레이저 출력을 얻을 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 레이저 다이오드의 추가적인 이득으로 인해 높은 레이저 출력 파워를 획득할 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템 즉 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템은, 레이저 출력을 발생시키는 발진부, 상기 발진부와 광섬유 루프를 연결시키는 연결부, 및 상기 광섬유 루프 상에서 상기 레이저 출력을 증폭시키는 증폭부를 포함하고, 상기 레이저 출력은 광섬유 루프를 순환하면서 상기 증폭부에 의해 반복적으로 증폭될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템은 변환부를 더 포함할 수 있으며, 상기 변환부는 광섬유 루프 상에 위치하여 펄스파형 레이저 출력을 연속파형 레이저 출력으로 변환시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템은 출력부를 더 포함할 수 있으며, 출력부는 연결부와 변환부 사이에 위치하여 레이저 출력의 일부를 변환부로 분기시킬 수 있다.
바람직하게, 발진부는 펄스파형 출력을 위해 이득 스위칭 될 수 있는 반도체 레이저 다이오드일 수 있다. 상기 반도체 레이저 다이오드는 단일 종 모드 형태의 DFB(distributed feedback) 반도체 레이저 다이오드일 수 있다. 또는 상기 반도체 레이저 다이오드는 다수의 종 모드 형태의 FP(fabry-perot) 반도체 레이저 다이오드일 수 있으며, 상기 FP 반도체 레이저 다이오드는 선폭이 좁은 광섬유 격자에 의해 외부 공진기 구조의 레이저를 구현할 수 있다.
상기 연결부는 발진부로부터의 레이저 출력이 제1포트, 제2포트 및 제3포트로 순차적으로 진행할 수 있도록 하는 광 써큘레이터일 수 있으며, 상기 발진부는 제1포트에 연결되고, 상기 증폭부는 제2포트에 연결될 수 있으며, 상기 제3포트는 출력부에 연결될 수 있다.
상기 증폭부는, 출력 레이저와 다른 파장을 가지는 펌핑광을 제공하는 펌프 레이저 다이오드, 상기 레이저 출력을 증폭시키는 증폭 광섬유, 및 연결부, 증폭 광섬유 및 펌프 레이저 다이오드를 연결하는 파장분할다중화 커플러를 포함할 수 있다.
상기 증폭 광섬유는 희토류계 원소를 포함할 수 있으며, 상기 희토류계 원소는 상기 펌핑광에 의해 원자의 밀도반전이 일어남으로써 레이저 출력을 증폭시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템은 광 아이솔레이터를 더 포함할 수 있으며, 상기 광 아이솔레이터는 광섬유 루프 상에 위치하여 레이저 출력이 단일 방향으로 진행할 수 있도록 한다.
상기 출력부는 상기 출력 레이저의 일부를 분기시킬 수 있는 연결부고, 상기 연결부는 90:10 내지 50:50의 비율로 출력을 분기시킬 수 있으며, 입력 대 출력 포트가 1:2 또는 2:2로 구성될 수 있다.
상기 변환부는 분산값이 큰 분산 광섬유를 포함할 수 있으며, 상기 분산 광섬유는 연속파형 레이저 출력의 펄스퍼짐 현상을 야기함으로써, 펄스파를 연속파로 변환시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 분산 광섬유는 출력부의 일 단에 연결되어, 펄스 반복율과 전체 파장대역에 의해 분산양을 결정할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 시스템은, 전자파 생성을 위해 복수의 파장을 발생시키는 발진부; 상기 발진부 및 광섬유 루프를 연결하는 연결부; 및 상기 광섬유 루프 상에서 광신호를 증폭시키는 증폭부;를 포함하고, 상기 광신호는 광섬유 루프를 순환하면서 상기 증폭부에 의해 반복적으로 증폭될 수 있다.
여기서, 상기 발진부로부터 두 개의 발진파장을 가지는 광신호를 광전도 물질에 혼합하여, 두 개의 발진파장과 파장간격에 따른 비트주파수를 아래 식에 의해 결정하고, 상기 비트주파수에 해당하는 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다.
Figure PCTKR2011003993-appb-I000001
여기서, λ1, λ2는 두 개의 발진파장, △λ는 파장간격임.
상기 발진부는 서로 다른 발진파장을 가지는 두 개의 광섬유 브라그 격자 또는 두 개의 발진파장을 가지는 샘플격자를 포함할 수 있다.
상기 발진부는 서로 다른 발진파장을 가지는 두 개의 반도체 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 발진부와 상기 연결부 사이에 위치하여, 발진부의 반사되는 파장이 좁은 선폭과 하나의 안정적인 모드의 발진파장을 형성하도록 하는 포화흡수부를 더 포함할 수 있다.
상기 광섬유 루프 경로에 위치하여, 상기 광신호의 일부를 분기시키는 출력부를 더 포함할 수 있다.
상기 광섬유 루프 경로에 위치하여, 광신호 출력이 단일 방향으로 진행하도록 하는 광 아이솔레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 증폭부는, 반도체 광 증폭기, 라만 광 증폭기 또는 회토류계 원소가 첨가된 광 증폭기일 수 있다.
상기 광섬유 루프 경로에 위치하여, 복수의 광신호 이득 값을 동일하게 하여 파워를 동일하게 하는 이득 등화부를 더 포함할 수 있다.
상기 발진부는 두 개의 발진 파장 간격을 조절할 수 있는 발진파장 간격조절 부재를 포함할 수 있다.
상기 발진파장 간격조절 부재는 스트레인 조절부재일 수 있다.
상기 스트레인 조절부재는 발진부에 장력 또는 압축력을 가하며, 장력을 가하여 파장을 장파장 쪽으로 이동시키고 압축력을 가하여 파장을 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절할 수 있다.
상기 발진파장 간격조절 부재는 발진부의 온도를 가변시킬 수 있는 히터이며, 상기 히터는 발진부를 가열하여 파장을 장파장 또는 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절할 수 있다.
상기 발진파장 간격조절 부재는 전류 또는 전압 조절부재이며, 전류 또는 전압을 조절하여 파장을 장파장 또는 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 시스템은, 루프 타입으로서 빔의 이동 경로를 형성하는 광섬유를 구비한 광섬유 루프; 상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되는 연결부의 일측 포트에 마련되어 상기 연결부를 통해 상기 광섬유 루프로 빔을 입사하며, 다수의 종모드를 구비한 레이저 다이오드 타입의 발진부; 및 상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되며, 상기 연결부를 통과한 상기 발진부로부터의 빔을 일정한 파장 영역으로 가변함으로써 필터링하는 파장 가변 광 필터;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 레이저 시스테은, 상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되어 상기 빔을 증폭하거나 발진하는 증폭부; 상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되어 상기 파장 가변 광 필터를 통과한 상기 빔의 일부를 출력시키는 출력부; 및 상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되어 상기 빔이 단일 방향으로 진행되도록 하는 적어도 하나의 광 아이솔레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 발진부는 패브리-페로 레이저 다이오드(Fabry-
Figure PCTKR2011003993-appb-I000002
laser diode)일 수 있다.
상기 발진부는 양면이 모두 고반사(high-reflection) 물질로 코팅 처리되거나 양면 중 출력을 위한 일면이 반사방지(anti-reflection) 물질로 코팅 처리될 수 있다.
상기 파장 가변 광 필터는 광섬유 패브리-페로 타입으로서 내부의 공극 간격을 조절함으로써 파장을 연속적으로 가변할 수 있다.
상기 연결부는 상기 패브리-페로 레이저 다이오드로부터 제공되는 상기 빔의 출력이 순차적으로 진행되는 광 서큘레이터일 수 있다.
상기 증폭부는 반도체 광 증폭기(SOA), 희토류계 원소가 함유된 광섬유 증폭 및 라만(Raman) 증폭기 중 어느 하나일 수 있다.
상기 증폭부의 이득 대역은 상기 발진부의 파장 대역에 실질적으로 대응할 수 있다.
상기 연결부 및 상기 광 아이솔레이터는 상기 발진부의 파장 대역에 실질적으로 대응할 수 있다.
상기 출력부는 미리 설정된 비율로 상기 빔의 일부를 출력시키며, 입력 포트 대 출력 포트가 1 대 2(1:2) 또는 2 대 2(2:2)로 마련될 수 있다.
상기 레이저 시스템은, 상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되어 상기 파장 가변 광 필터에서 상기 빔의 파장 가변을 고속으로 발생시키는 광섬유 지연기를 더 포함할 수 있다.
상기 광섬유 지연기는, 상기 광섬유 루프로 마련되는 일반 광섬유와, 상기 광섬유 루프의 분산을 조정하는 분산 광섬유를 구비할 수 있다.
상기 광섬유 지연기는 상기 광섬유 루프의 순회 시간이 상기 파장 가변 광 필터의 가변 주기의 배수가 되도록 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 시스템은, 상기 광섬유의 일단에 장착되며, 광원으로서 다수의 종모드를 발생시키는 패브리-페로 레이저 다이오드(Fabry-
Figure PCTKR2011003993-appb-I000003
laser diode) 타입의 발진부; 및 상기 광섬유에 장착되며, 상기 발진부로부터 상기 광섬유를 거쳐 유입된 상기 빔을 일정한 파장 영역으로 가변함으로써 파장 가변 광 필터;를 포함하며, 상기 발진부에서 발진되어 출력되는 다수의 종모드와 상기 파장 가변 광 필터의 윈도우가 매칭되어 하나의 종모드가 출력될 수 있다.
상기 파장 가변 광 필터는 압전 물질을 구비하며, 상기 압전 물질에 인가되는 전압을 변화시켜 상기 파장 가변 광 필터에 구비되는 공극 간격을 변화시키면서, 간섭으로 선택된 상기 파장 가변 광 필터의 일정한 선폭을 가진 윈도우가 파장 영역에서 이동하며 필터링을 실행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광섬유를 이용하여 발진기 부분과 증폭기 부분의 높은 결합효율을 가질 수 있어 안정적이고 재현성이 좋도록 고출력을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 루프 형태의 광섬유 공진기를 구성함으로써 하나의 증폭기만으로 높은 출력을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광섬유를 이용하여 소형으로 간단하게 구성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 펄스파를 연속파로 용이하게 변환할 수 있으며, 필요에 따라 고출력의 펄스파와 연속파를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 희토류계 원소를 이용하여 광섬유 증폭기를 구성함으로써 특정 파장 또는 동시에 여러 파장에서의 레이저 출력이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 소형의 간단한 구조로 구현할 수 있는 광섬유로 이루어지며 튜닝 가능한 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광섬유로 이루어진 레이저 시스템을 구현함으로써 높은 결합효율을 가질 수 있고 안정적인 레이저 출력을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 두 파장의 간격을 용이하고 정확하게 조절할 수 있어 테라헤르츠파의 튜닝이 용이하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광전도 물질에서 혼합되어 테라헤르츠 주파수를 발생시킬 수 있으므로 테라헤르츠 시간 영역 분광 시스템에서 필요로 하는 높은 신호대 잡음비(SNR)와 스펙트럼 해상도를 가지며, 시료의 분석하고자 하는 특정한 흡수선에 대해서 해당하는 단색광 주파수 대역을 선택할 수 있으므로 선택된 주파수 스캔거리 및 해상도로 데이터를 수집할 수 있으며, 가격적인 측면에서도 저렴하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 다이오드로부터 발생된 다수의 종모드가 하나의 종모드씩 파장 가변 광 필터와 높은 모드 매칭이 이루어질 수 있으므로 안정적인 레이저 출력을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 좁은 선폭의 레이저 다이오드의 종모드로 인하여 하나의 종모드를 갖는 레이저 출력을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 다이오드의 추가적인 이득으로 인해 높은 레이저 출력 파워를 획득할 수 있다.
도 1은 종래의 고출력 펄스파 레이저 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템의 구성도이다;
도 3은 단일 종 모드를 가지는 반도체 레이저 다이오드의 평면도, 단면도 동작도이다;
도 4는 단일 종 모드를 가지는 반도체 레이저 다이오드의 다른 실시예를 나타내는 평면도, 단면도, 동작도이다;
도 5는 증폭부의 동작 메커니즘을 도시하는 그래프이다;
도 6은 펄스파 레이저와 연속파 레이저의 시간에 따른 크기를 도시한 그래프이다;
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 발진부의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다.
도 10은 제3 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 발진부의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다.
도 12는 제5 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다.
도 13은 제6 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다.
도 14는 제7 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다.
도 15는 전자파 발생용 두 파장 출력 레이저 광섬유 시스템의 출력 스펙트럼을 분석한 도면이다.
도 16은 본 발명의 제8 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템에서 일부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 제9 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 제9 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템의 파장-도메인에서의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 제10 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다.
이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)의 구성도이고, 도 3은 발진부인 단일 종 모드를 가지는 레이저 반도체 다이오드를 도시하고, 도 4는 발진부인 단일 종 모드를 가지는 레이저 반도체 다이오드의 다른 예를 도시한다. 도 5는 증폭부의 동작 메커니즘을 나타내는 그래프이고, 도 6은 펄스파 및 연속파 레이저의 시간에 따른 크기를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 시스템, 즉 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)은, 레이저 출력을 발생시키는 발진부(110), 발진부(110)와 광섬유 루프(130)를 연결하는 연결부(120), 광섬유 루프(130) 상에서 레이저 출력을 증폭시키는 증폭부(140), 광섬유 루프(130) 상에 위치하여 펄스파형 레이저 출력을 연속파형 레이저 출력으로 변환시키는 변환부(150), 및 연결부(120)와 변환부(150) 사이에 위치하여 레이저 출력의 일부를 변환부(150)로 분기시키는 출력부(160)를 포함한다.
고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)은 루프 형태로 구성되어 고출력 펄스파형 레이저를 발생시키기 위한 부분과 상기 펄스파형 레이저를 연속파형 레이저 출력광으로 변환시키기 위한 부분으로 구분할 수 있다. 발진부(110), 연결부(120), 광섬유 루프(130), 증폭부(140) 및 출력부(160)는 고출력 펄스파형 레이저를 발생시키고, 변환부(150)는 펄스파형 레이저를 연속파형 레이저로 변환시킨다.
도 3을 참조하여, 발진부(110)는 단일 종 모드를 갖는 반도체 레이저 다이오드일 수 있다. 도 3(a)는 평면도, (b)는 정면도 및 (c)는 동작도를 도시한다.
단일 종 모드를 갖는 반도체 레이저 다이오드는 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)에서 주 발진기(MO) 부분의 시드 레이저(seed laser)를 발생시키며, DFB(distributed feedback) 레이저 다이오드(112)에 광섬유(180)가 함께 연결되어 구성될 수 있다. DFB 반도체 레이저 다이오드(112)는 자체의 공진기에서 하나의 파장(λ1)의 레이저광이 나와 광섬유 코어를 따라 진행하게 된다. 상기 DFB 반도체 레이저 다이오드(112)의 출력광은 광섬유에서 빛이 진행하도록 굴절률이 더 높게 이루어진 코어층으로 잘 입사되도록 연결될 수 있다.
도 4를 참조하여, 발진부(110)는 다수 종 모드 형태의 반도체 레이저 다이오드일 수 있다. 도 4(a)는 평면도, (b)는 정면도 및 (c)는 동작도를 도시한다.
다수 종 모드 형태의 반도체 레이저 다이오드는 FB(Fabry-Perot) 반도체 레이저 다이오드(114)일 수 있으며, 이는 광섬유(180)와 함께 연결되어 있으며, 광섬유(180)의 일부에는 광섬유 브래그 격자(182)가 구성되어 있다. 격자(182)는 주 발진기 부분의 시드 레이저가 하나의 파장만을 가지도록 구현하기 위하여 외부 공진기용 반사경으로서 구성된 것으로서 반사율이 100%가 아닌 것이 바람직하다.
상기 격자(182)는 굴절률이 n1과 n2값을 갖는 주기적인 여러 층들로 이루어진 주기(Λ)를 갖는 단주기형으로서 주기에 해당하는 반사 피크를 갖는다. 상기 격자의 제작은 광섬유(180)에 위상마스크를 정렬시키고 자외선(UV)을 조사시킴으로써 광섬유의 내부에 격자가 생성될 수 있다. 상기 격자에 있어서, 주기에 따른 발진파장(λ)은 아래와 같이 격자의 주기(Λ)와 광섬유 코어의 유효굴절률(neff)에 따라서 결정된다.
λ = 2 neff Λ
따라서, 상기 광섬유 브래그 격자는 주기(Λ)와 광섬유의 유효굴절률(neff)에 의하여 파장(λ1)이 반사되도록 이루어져 있다. 상기 격자(182)는 광섬유(180)의 코어층에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 FP(Fabry-
Figure PCTKR2011003993-appb-I000004
) 반도체 레이저 다이오드(114)는 한쪽 면이 높은 반사(High Reflection, HR) 코팅되어 있고, 다른 한쪽 면이 무반사(Anti Reflection, AR) 코팅되어 있어서 자체 공진기가 형성되지 않고 상기 반사피크를 갖는 외부 공진기용 격자(182)와 함께 공진기로 구현된다. 상기 FP 반도체 레이저 다이오드(114)에서 나오는 다수의 파장(λ1 ~ λn)의 레이저 출력광이 광섬유의 코어층을 따라 진행하다가 Λ의 주기를 갖는 격자부분에서 파장 λ1이 일부 반사되어 상기 FP 반도체 레이저 다이오드(114)로 되돌아가게 됨으로써, 상기 FP 반도체 레이저 다이오드(114)와 상기 격자(1182) 사이에 파장 λ1에서 공진현상이 일어나게 된다. 이때, 상기 격자(182)의 반사율은 100%가 아니므로, 외부 공진기의 출력단으로 발진 파장 λ1의 레이저 출력광이 나오게 된다.
다시 도 2를 참조하여, 단일 종 모드를 가지는 반도체 레이저 다이오드인 발진부(110)가 이득 스위칭(gain-switching)에 의하여 피코초(picosecond)의 펄스파 레이저광을 출력하면, 이러한 출력광은 증폭을 위한 증폭부(140)에서 증폭된다.
고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)은 광섬유를 포함하여 구성되며, 이러한 광섬유는 광섬유 루프(130)를 형성한다. 레이저 출력이 광섬유 루프(130)를 계속하여 단일 방향으로 돌게 되어 증폭부(140)를 반복적으로 지나면서 크게 증폭이 이루어진다. 이는 선형의 고출력 레이저 시스템에서 시드 레이저의 레이저 출력이 하나의 증폭기를 한번 지나면서 그 출력이 증폭되는 구조인 것과 비교하여 증폭 효율이 크게 향상될 수 있는 장점이 있다. 또한, 종래의 벌크 형태의 고출력 레이저 시스템에서 시트 레이저와 출력 증폭기 사이에 다수의 렌즈를 결합함으로써 레이저광의 일부를 손실하는 구조인 것과 비교하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)은 광섬유를 포함하여 이루어져 있으므로 레이저 출력이 손실 없이 진행함에 따라 높은 출력 파워를 효율적으로 얻을 수 있는 장점이 있다.
발진부(110)와 광섬유 루프(130) 사이에는 연결부(120)가 위치하며, 이러한 연결부(120)는 광 써큘레이터일 수 있다. 구체적으로, 발진부(110)와 증폭부(140) 사이에 연결부(120)를 이용하여 발진부(110)에서 발생하는 레이저 출력이 연결부(120)인 광 써큘레이터의 제1 포트에 연결되어 제2 포트의 광섬유로 진행하고, 제2 포트에 연결된 증폭부(140)에서 레이저 출력이 증폭된 후 제3 포트의 광섬유로 진행하여 이에 연결된 출력부(160)인 연결부를 통하여 일부의 레이저 출력은 출력되고 나머지 레이저 출력은 다시 광섬유 루프(130)를 따라서 증폭부(140)를 지나면서 반복적으로 레이저 출력이 증폭될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)에서는 레이저 출력이 계속적으로 증폭됨으로써 고출력의 펄스파 레이저 발생이 이루어질 수 있다.
고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)은 광섬유 루프(130)를 따라서 진행하는 레이저 출력이 단일 방향으로만 흐르도록 하는 광 아이솔레이터(170)를 포함할 수 있다.
증폭부(140)는 출력 레이저와 다른 파장을 가지는 펌핑광을 제공하는 펌프 레이저 다이오드(142), 레이저 출력을 증폭시키는 증폭 광섬유(146) 및 연결부(120), 증폭 광섬유(146), 펌프 레이저 다이오드(142)를 연결하는 파장분할다중화 커플러(144)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 증폭부(140)는 펌프 레이저 다이오드(142)와 이를 광섬유 루프(130)에 연결하기 위한 파장분할다중화 커플러(144) 및 레이저 출력을 증폭시키는 증폭 광섬유(146)를 포함하는데, 이의 동작 원리는 다음과 같다.
펌프 레이저 다이오드(142)에서 출력되는 레이저광은 희토류계 원소가 첨가된 증폭 광섬유(146)와 연결된 파장분할다중화 커플러(144)를 통하여 펌핑광을 넣어주는 역할을 한다. 펌핑광에 의해 원자의 밀도반전이 일어나고 희토류계 원소의 종류에 따라서 어느 특정 파장 대역의 레이저광을 방출하면서 그 출력이 증폭한다. 이 때, 희토류계 원소는 발진부(110)의 시드 레이저인 레이저 출력의 파장과 동일한 파장대역의 레이저광을 방출하는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 펌프 레이저 다이오드(142)는, 발진부(110)의 레이저 출력과 증폭 광섬유(146)에서 출력되는 레이저광이 동일 파장대역을 가지는 것과 달리, 다른 파장을 가지기 때문에 파장분할다중화 연결부(144)가 이용된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)의 증폭부(140)의 동작 메커니즘을 도시하며, 희토류계 원소인 어븀(erbium)이 첨가된 증폭 광섬유의 밀도반전이 일어나는 에너지 레벨을 도시한다. 이는 펌프 레이저 다이오드(142)를 이용하여 일반적인 실리카(silica) 광섬유에 어븀 원소가 첨가된 증폭 광섬유(146)에 파장분할다중화 연결부(144)를 통하여 펌핑광을 넣어줌으로써 동작하는데, 바닥 상태의 원자가 맬 위 준위 (4I11/2)로 올라가서 빠르게 두 번째 준위(4I13/2)로 전이하고 이에 머물고 있는 원자들은 세 번째 준위(4I15/2)로 전이하면서 1.55㎛ 파장의 증폭된 레이저광을 방출한다.
출력부(160)인 연결부를 통하여 출력된 일부의 레이저 출력은 루프 광섬유(130) 레이저 출력을 분석하기 위하여 파워미터 또는 광 스펙트럼 분석기(OSA)와 포토 디텍터(photodetector)를 통한 오실로스코프 등의 측정 장비에 연결하여 출력 파워를 측정할 수 있고, 파장 파장(λ)-도메인에서의 레이저 출력광의 특성과 시간(t)-도메인에서의 출력광의 특성을 관측할 수 있다. 또한, 상기 연속파 변환부(150)로 연결하여 고출력 펄스파를 고출력 연속파로 변환시키도록 한다. 상기 출력부(160)는 레이저 출력의 일부를 출력시키는 역할을 하도록 90:10 또는 50:50의 적당한 비율을 가지며 입력 대 출력 포트가 1×2 또는 2×2로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.
출력부(160)를 통하여 출력된 고출력 펄스파 레이저는 연속파 변환을 위한 변환부(150)에 연결된다. 변환부(150)는 분산(Dispersion) 광섬유(152)를 포함한다. 펄스파 레이저광은 분산 광섬유(152)를 통과함으로써 분산 광섬유(152)가 가지는 분산량에 의하여 펄스파의 펄스가 몇 배로 퍼지는 펄스퍼짐현상에 의하여 연속파 레이저광으로 변환될 수 있다. 따라서 상기 분산값이 큰 광섬유를 일정 길이만큼 사용하여 펄스파 레이저광의 펄스파형을 연속파형으로 바꿀 수 있는데, 이때 펄스파를 퍼지게 하기 위하여 필요한 분산의 양은 아래와 같이 펄스파의 반복율(Repetition rate, R)과 전체 펄스파의 범위(Spectral range, S)에 따라서 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2011003993-appb-I000005
따라서, 상기 고출력 펄스파 레이저광의 펄스 반복율(R)과 전체 스펙트럼상 범위(S)에 의하여 필요한 분산량을 알 수 있으며, 분산 광섬유의 km당 분산량을 이용하여 전체 광섬유의 길이를 결정하고 이를 상기 본 발명의 레이저 시스템의 연속파 변환부분에 이용함으로써 간단히 펄스파를 연속파로 변환하여 사용할 수 있다.
도 6을 참조하여, 도 6(a)는 고출력 펄스파이고, (b)는 고출력 연속파이다. 고출력 펄스파 광섬유 레이저로부터 일정한 시간간격(R)마다 한번씩 반복적으로 레이저 출력이 일어나는 펄스파형의 레이저광이 출력되고, 이는 상기 일정한 길이의 분산 광섬유를 통과함으로써 일정한 시간간격과 관계없이 계속적으로 레이저 출력이 일어나는 연속파형의 레이저광이 출력될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 고출력 펄스파 레이저 발생 및 이의 연속파 레이저 변환 시스템(100)은 간단한 구조로 소형으로 형성될 수 있으며, 안정적이고 높은 재현성을 가지면서 고출력 레이저 출력을 얻을 수 있다. 또한 간단하게 펄스파를 연속파로 변환할 수 있으므로 필요성에 따라 고출력의 펄스파와 연속파 레이저 출력을 모두 얻을 수 있는 효과가 있다.
한편, 이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예들에 따른 레이저 시스템에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 시스템, 즉 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템은 발진부, 연결부, 증폭부, 포화흡수부, 이득등화부, 출력부, 및 광 아이솔레이터를 포함하여, 간단하고 정확하게 출력되는 두 파장의 간격을 조절하여 발생하는 테라헤르츠파를 튜닝할 수 있으며 광섬유 이득매질에 의하여 고출력을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)의 구성도이고, 도 8은 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)의 발진부(210)의 구성도이다.
도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 시스템, 즉 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)은 루프 형태의 광섬유 루프(230)를 포함하여 이루어져 있으며, 발진부(210), 연결부(220), 증폭부(240), 출력부(250), 광 아이솔레이터(260) 및 포화흡수부(270)를 포함한다.
도 8을 참조하여, 발진부(210)는 서로 다른 두 개의 브라그(Bragg) 파장을 가지는 격자를 포함한다. 상기 격자는 평판 도파로의 앞쪽에 굴절률 n1과 n2값을 가지는 주기적인 여러 층들로 이루어진 제1 격자부(212)와 평판 도파로의 뒤 쪽에 굴절률이 n3와 n4값을 가지는 주기적인 여러 층들로 이루어진 제2 격자부(214)를 포함한다. 상기 격자는 두 개의 파장을 가지는 광신호인 레이저를 구현하기 위하여 서로 다른 주기(Λ1, Λ2)를 가지며, 단주기형으로서 각각의 주기에 해당하는 반사 피크를 가진다.
상기 격자의 제작은 광섬유에 위상마스크를 정렬시키고, 자외선(UV)을 조사함으로써 광섬유의 코어층 내부에 격자가 형성되도록 한다. 상기 격자에 있어서, 각 주기에 따른 각각의 발진파장(λ)은 전술한 바와 같이 격자의 주기(Λ)와 광섬유 코어의 유효굴절률(neff)에 따라 결정된다.
그러므로, 상기 격자는 서로 다른 주기(Λ1, Λ2) 또는 유효굴절율(neff1, neff2)을 가지도록 이루어져 있으므로, 그에 따라 서로 다른 두 개의 파장을 가지는 레이저 광신호를 발진하게 된다. 상기 제1 격자부(212)와 제2 격자부(214)는 일정한 간격을 가지도록 배치되는 것이 바람직하다.
다시 도 7을 참조하여, 증폭부(240)는 특정 이득 대역폭을 가지며, 이에 해당되는 신호가 입사되면 증폭 및 발진을 일으킨다. 이러한 증폭부(240)는 반도체 증폭기(SOA), 라만(Raman) 증폭기, 회토류계 원소첨가 증폭기일 수 있으며, 각각의 특성에 따라 특정한 파장에서 이득 대역을 가진다.
발진부(210)의 브라그 격자는 특정 파장을 반사시키는 특성을 가지므로 광섬유 레이저 시스템(200)에서 파장 선택을 위한 광신호소자로 이용된다.
전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)에서 연결부(220)는 광 써큘레이터일 수 있으며, 상기 광 써큘레이터를 통하여 반사된 파장이 광섬유 루프(230)에 입사되어 계속 진행하면서 증폭부(240)를 반복적으로 지나면서 해당 파장의 광신호가 발진하게 된다.
발진부(210)의 제1 격자부(212)와 제2 격자부(214)는 각기 다른 주기(Λ1, Λ2)를 가지며, 각기 다른 반사파장(λ1, λ2)이 선택되어 광섬유 루프(230)를 지나면서 발진현상을 통해 광신호인 레이저광을 출력시킨다.
발진부(210) 앞 단의 포화흡수부(270)는 발진부(210)에서의 반사된 파장이 스탠딩-웨이브 포화(standing-wave saturation) 효과에 의하여 좁은 선폭과 하나의 안정적인 모드로 발진파장이 형성하도록 하는 역할을 한다. 더욱이, 포화흡수부(270)는 선형 복굴절을 가지고 광섬유의 하나의 편광축에 더 효율적인 포화흡수를 가지는 편광자와 같은 역할을 하므로 출력되는 레이저광은 안정적인 하나의 편광모드를 가진다. 즉, 포화흡수부(270)는 주요 발진파장의 주파수 외에 다른 주파수를 흡수한다.
전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)은 광 아이솔레이터(260)를 통하여 레이저광이 단일방향으로 진행하도록 하며, 출력부(250)인 연결부를 통하여 일부의 레이저광이 출력되고 나머지 레이저광은 광섬유 루프(230)를 무한 반복적으로 지나면서 증폭효율을 높이도록 구성된다.
상기 출력부(250)인 연결부를 통하여 출력된 일부의 레이저광은 출력광의 특성을 분석하기 위해 파워미터 또는 광스펙트럼 분석기(OSA)와 포토 디텍터(photodetector; PD)를 통한 오실로스코프 등의 측정장비와 연결되어 출력파워가 측정될 수 있다. 또한, 파장-도메인에서의 레이저 출력광의 특성과 시간-도메인에서의 출력광의 특성이 관측될 수 있다.
출력부(250)인 연결부는 레이저광의 일부를 출력시키는 역할을 하므로 90:10 내지 50:50의 비율로 구성될 수 있으며, 입력 대 출력 포트가 1X2 또는 2X2로 구성될 수 있다.
두 파장 출력 광섬유 레이저는 광전도 물질에서 혼합되어 다음의 식과 같이 두 개의 발진파장(λ1, λ2)과 파장간격(△λ)에 따른 비트주파수가 결정되며, 이에 해당하는 테라헤르츠파가 발생한다.
Figure PCTKR2011003993-appb-I000006
전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)은 이득 등화부(290)를 더 포함할 수 있다.
상기 이득 등화부(290)는 광섬유 루프(230) 경로 상에 위치하며, 두 개의 파장을 가지는 광신호 이득(gain)값을 동일하게 하여 두 개 광신호의 파워를 동일하게 하는 역할을 한다.
이득 등화부(290)로는 NPR(Nonlinear polarization rotator)가 이용될 수 있다. NPR은 편광조절기(polarization controller)-선형편광기(In-line-polarizer)-편광조절기(polarization controller)의 병렬연결 구조로서, 선형편광기에 의하여 선형 편광된 광신호인 레이저 모드가 공진기를 돌아 다시 선형편광기로 입사될 때 빛의 편광 상태를 두 편광조절기를 조절함으로써 강한 레이저 모드의 이득(gain)값을 줄이고 약한 레이저 모드의 이득값을 증가시켜, 결과적으로 두 레이저 모드의 파워를 같게 해 준다. 본 실시예에서는 이득 등화부(290)로서 NPR을 예로 들어 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 장치들을 이용하여 이득 등화부(290)를 구성할 수 있다.
한편 이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(300)의 구성도이고, 도 10은 제3 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(300)의 발진부(310)의 구성도이다.
제3 실시예에 따른 레이저 시스템, 즉 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(300)은 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 10을 참조하여, 발진부(310)는 복수의 발진파장을 가지는 샘플격자를 포함하여 이루어진다. 상기 격자는 광섬유 코어에 굴절률이 n1과 n2값을 가지는 주기적인 여러 층들로 이루어져 있다. 상기 격자는 일정한 채널 간격마다 반사 피크를 가지는 특수한 격자의 일종인 샘플격자로 이루어져 있으며, Λ는 브라그 격자의 주기를 나타내고, Λs는 격자의 샘플링(sampling) 주기를 나타낸다. 상기 샘플격자의 제작은 위상마스크와 진폭 마스크를 함께 정렬시키고 자외선(UV)을 조사시켜 줌으로써 광섬유 코어에 샘플격자가 생성되도록 한다. 상기 격자에 있어서, 일정한 채널 간격마다 반사 피크를 가지는 샘플격자의 파장간격(△λ)은 아래 식과 같이 격자의 발진파장(λ)과 광섬유 코어의 유효굴절율(neff)과 격자의 샘플링 주기(Λs)에 따라 결정된다.
△λ = λ2 / (2neffΛ)
따라서, 상기 샘플격자는 일정한 간격마다 반사피크를 가지며, 서로 다른 두 개 또는 그 이상의 파장에서 발진할 수 있다. 바람직하게는, 두 개의 파장에서 발진하도록 구성할 수 있다.
다시, 도 9를 참조하여, 제3 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(300)은, 샘플격자가 두 개의 서로 다른 반사파장(λ1, λ2)을 가지도록 구현하여 두 개의 발진파장이 출력되도록 한다.
한편 이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(400)의 구성도이다.
제4 실시예에 따른 레이저 시스템, 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(400)은 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
발진부(410)는 반도체 레이저 다이오드를 포함하여 구성된다. 구체적으로, 각기 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 두 개의 반도체 레이저 다이오드를 포함하여 두 개의 발진파장의 파워가 증폭되어 출력될 수 있도록 한다.
이 때, 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(400)의 연결부(420)인 광 써큘레이터의 순서를 바꾸어 줌으로써 광섬유 루프(430)를 따라 도는 레이저광이 반도체 레이저 다이오드로 들어가지 않도록 하여 반도체 레이저 다이오드에 어떠한 손상도 가하지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.
한편 이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 레이저 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 12는 제5 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(500)의 구성도이다.
제5 실시예에 따른 레이저 시스템, 즉 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(500)은 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
제5 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(500)은 파장간격을 조절할 수 있는 발진파장 간격조절 부재를 포함한다. 두 개의 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)의 파장간격을 조절함으로써, 광전도 물질에서 혼합되어 출력되는 전자파인 테라헤르츠파의 조절이 가능하다.
이 때, 두 개의 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 광섬유 격자는 스트레인(strain)을 가하거나 온도를 변화시켜 줌으로써 브라그 격자의 반사파장을 이동시킬 수 있다. 이동하는 격자의 반사파장(△λ)은 아래 식과 같이 유효 광탄성 상수(Pe), 축방향(axial) 스트레인(ε), 열팽창 계수(α), 열광학 계수(ξ), 및 가해지는 온도변화(△T)에 의해 결정된다.
△λ/λ = (1-Pe)ε+(α+ξ)△T
도 12를 참조하여, 스트레인 조절부재(580)에 의해 스트레인을 가하여 발진부(510)의 격자(512, 514)의 두 발진파장을 이동시킬 수 있다. 두 개의 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 발진부(510)의 제1 격자부(512)에는 압축력(compression strain)을 가하여 주고, 제2 격자부(514)에는 인장력(tension strain)을 가하여 줌으로써, λ1, λ2의 반사파장 중 압축력이 가해지는 반사파장(λ1)은 단파장 쪽으로 이동하고, 인장력이 가해진 다른 하나의 반사파장(λ2)은 장파장 쪽으로 이동한다.
그러므로, 전자파 발생용 두 파장 출력 레이저 광섬유 시스템(500)에서 출력되는 레이저광은 λ1, λ2로부터 λn-1, λn까지 순차적으로 튜닝되고, 각각의 경우에 해당되는 비트주파수가 다르므로 광전도 물질에서 비팅되어 발생하는 테라헤르츠파도 순차적으로 튜닝될 수 있다.
한편 이하에서는 본 발명의 제6 실시예에 따른 레이저 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 13은 제6 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(600)의 구성도이다.
제6 실시예에 따른 레이저 시스템, 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(600)은 제5 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(500)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 13을 참조하여, 제6 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(600)은 두 개의 서로 다른 반사파장(λ1, λ2)의 파장간격을 조절하기 위하여 열을 가한다.
광섬유 격자에 열을 가하면 광섬유 재질에 의하여 반사파장이 한 방향으로 이동한다. 제2 격자부(614)에 히터(680)를 배치하여 열을 가하면 광섬유 격자의 반사파장(λ2)이 장파장 쪽으로 이동한다. 따라서, 출력되는 레이저광은 λ1, λ2로부터 λn-1, λn까지 순차적으로 튜닝될 수 있고, 각각의 경우에 해당되는 비트주파수가 다르므로 광전도 물질에서 비팅되어 발생하는 테라헤르츠파도 순차적으로 튜닝될 수 있다.
한편 이하에서는 본 발명의 제7 실시예에 따른 레이저 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 14는 제7 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(700)의 구성도이다.
제7 실시예에 따른 레이저 시스템, 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(700)은 제5 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(500)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 14를 참조하여, 제7 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(700)은, 발진부(710)로서 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 두 개의 반도체 레이저 다이오드(710)를 구비한다. 두 개의 반도체 레이저 다이오드(710)의 구동 전류 또는 전압을 다르게 조절함으로써 하나의 발진파장(λ1)이 단파장 쪽으로 이동하고, 다른 하나의 발진파장(λ2)이 장파장 쪽으로 이동하도록 구성할 수 있다. 따라서, 출력되는 레이저광은 λ1, λ2로부터 λn-1, λn까지 순차적으로 튜닝될 수 있고, 각각의 경우에 해당되는 비트주파수가 다르므로 광전도 물질에서 비팅되어 발생하는 테라헤르츠파도 순차적으로 튜닝될 수 있다.
도 15는 전자파 발생용 두 파장 출력 레이저 광섬유 시스템(200, 300)의 출력 스펙트럼을 분석한 도면으로서 도 15(a)는 파장-도메인에서의 스펙트럼, 도15(b)는 광전도 물질을 투과한 후의 주파수-도메인에서의 스펙트럼이다.
도 15(a), (b)를 참조하여, 두 개의 서로 다른 파장(λ1, λ2)을 가지는 레이저 광섬유 시스템(200, 300)의 출력부(250, 350)인 연결부를 통해 출력된 일부 레이저광을 광 스펙트럼 분석기(OSA)를 통하여 관측하여 보면 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 파장-도메인에서의 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이를 광전도 물질에 입사시키고 그 출력을 RF 스펙트럼 분석기를 통하여 관측하여 보면, λ1, λ2의 비트 주파수(△f)를 얻을 수 있으며, 이 때 비트 주파수는 0.1THz에서 10THz의 범위 내에 위치하도록 발진부(210, 310)의 반사파장을 설계할 수 있다.
또한, 제5 내지 제7 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 레이저 광섬유 시스템(500, 600, 700)에서, 발진부(510, 610, 710)의 반사파장을 조절함으로써 0.1THz에서 10THz까지의 튜닝범위를 가지도록 설계할 수 있다.
한편 이하에서는 본 발명의 제8실시예에 따른 레이저 시스템에 대해 설명하되 전술한 실시예들과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 16은 본 발명의 제8 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템에서 일부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제8 실시예에 따른 레이저 시스템, 즉 파장 가변 레이저 시스템(800)은, 광섬유(810)와, 광섬유(810)의 일단부에 구비되는 발진부(820), 즉 본 실시예의 패브리-페로 레이저 다이오드(820, Fabry-
Figure PCTKR2011003993-appb-I000007
laser diode)와, 파장 가변 광 필터(130)를 구비한다.
여기서, 광원인 패브리-페로 레이저 다이오드(820)는 양쪽에 반사면(821)을 구비하는데, 이러한 구조에 의해 다수의 종모드가 발진되어 출력될 수 있다. 여기서 반사면(821)은 고반사(high-reflection) 물질로 코팅 처리됨으로써 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 반사면(821)의 양면 중 출력을 위한 일면이 반사방지(anti-reflection) 물질로 코팅 처리될 수 있음은 당연하다.
본 실시예의 파장 가변 광 필터(830)는, 내부에 압전 물질을 구비함으로써 패브리-페로 레이저 다이오드(820)로부터 발산되는 빔의 파장을 가변할 수 있다. 부연 설명하면, 압전 물질에 인가되는 전압을 변화시켜주면, 파장 가변 광 필터(830)의 공극 간격이 변화되면서 간섭으로 선택된 필터의 일정한 선폭(linewidth)을 가진 윈도우(window)가 파장 영역에서 이동하며 필터링을 실행한다.
이때, 전술한 패브리-페로 레이저 다이오드(820)에서 발진되어 출력되는 다수의 종모드와 파장 가변 광 필터(830)의 윈도우가 매칭되어 다수의 종모드(λ1~λn) 중 하나의 종모드(λ1)가 필터링되어 출력되고, 파장 가변 광 필터(830)의 윈도우가 이동하면서 순차적으로 패브리-페로 레이저 다이오드(820)의 다수의 종모드와 매칭된 하나의 종모드가 출력된다. 이때, 파장 가변 광 필터(830)의 가변주기는 패브리-페로 레이저 다이오드(820)의 종모드 사이의 간격과 맞추는 것이 바람직하다.
여기서, 패브리-페로 레이저 다이오드(820)의 하나의 종모드의 선폭과 파장 가변 광필터(830)의 윈도우의 선폭은 대응되게 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편 이하에서는 본 발명의 제9실시예에 따른 레이저 시스템에 대해 설명하되 전술한 실시예들과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 17은 본 발명의 제9 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 레이저 시스템, 즉 파장 가변 레이저 시스템(900)은, 광섬유(910)를 구비하는 루프(loop) 타입의 광섬유 루프와, 연결부(940)와, 연결부(940)의 일측 포트에 구비되어 연결부(940)를 통해 공진기로 빔을 입사하는 발진부(920), 즉 본 실시예의 패브리-페로 레이저 다이오드(920, Fabry-
Figure PCTKR2011003993-appb-I000008
laser diode)와, 증폭부(950)와, 파장 가변 광 필터(930)와, 2개의 광 아이솔레이터(960)와, 일부 빔을 외부로 출력하는 출력부(970)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 패브리-페로 레이저 다이오드(920)에서 나오는 레이저(빔)의 출력은 연결부(940)를 통하여 루프 형태의 광섬유 루프에 구비되는 광섬유(910)에 자체적으로 주입(self-injection)될 수 있다. 여기서 연결부(940)는 적당한 비율, 예를 들면 50:50의 비율을 가지며, 입력 대 출력 포트가 1:2(1:2) 또는 2:2(2:2)로 구성될 수 있다. 또한, 연결부(940)는 패브로-페로 레이저 다이오드(920)로부터 제공되는 빔의 출력이 순차적으로 진행될 수 있도록 광 서큘레이터로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
증폭부(950)는 특정 이득 대역 폭을 구비하며 이에 해당되는 신호가 입사되면 증폭 및 발진을 발생시킨다. 증폭부(950)는 패브리-페로 레이저 다이오드(920)의 출력 레이저의 파장 대역과 동일한 대역의 레이저를 발산할 수 있는 이득 대역을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 증폭부(950)는 반도체 광 증폭기(SOA), 희토류계 원소 첨가 증폭기, 라만(Raman) 증폭기일 수 있으며, 각각의 특성에 따라 특정한 파장에서 이득 대역을 가질 수 있다.
따라서, 패브리-페로 레이저 다이오드(920)에서 발생되는 다수의 종모드는 연결부(940)를 통해 공진기 내로 유입되며, 증폭부(950)의 이득과 합쳐져서 더 높은 출력의 이득 대역을 형성한 후 파장 가변 광 필터(930)를 지나면서 일정한 선폭을 가진 윈도우에 의하여 특정한 파장으로 필터링될 수 있으며, 필터링된 파장의 빔이 공진하여 레이저로 발산할 수 있다.
여기서, 상기 특정한 파장은, 좁은 선폭을 갖는 하나의 종모드인데, 이 종모드는 공진기 외부에서 주입된 패브리-페로 레이저 다이오드(920)의 다수의 종모드와 매칭에 의하여 선택된 종모드이므로 그 출력이 안정적이고 높은 출력 파워를 가질 수 있다
또한, 파장 가변 광 필터(930)는 인가되는 전압을 가변시킴으로써 윈도우를 이동하며, 순차적으로 패브리-페로 레이저 다이오드(920)의 다수의 종모드와 매칭에 의한 필터링 방식으로 파장 가변된 광섬유 레이저를 구현할 수 있다.
한편, 본 실시예의 광 아이솔레이터(960)는, 증폭부(950)의 전후에 위치하도록 광섬유(910)의 이동 경로에 장착되어, 루프 타입의 광섬유 루프에서 빔이 단일 방향으로만 진행할 수 있도록 한다. 이로 인해 광섬유 루프에서 빔이 역 방향으로 반사 이동되어 광 소자들에 불필요한 빔의 입사가 발생되는 것을 저지할 수 있다.
본 실시예의 출력부(970)는, 광섬유 루프에서 계속적으로 순환되는 레이저 빔의 일부를 출력하는 부분으로서 특성을 분석하기 위해 일정 비율, 예를 들면 90:10 또는 70:30 또는 50:50 등의 비율을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다
한편, 도 18은 본 발명의 제9 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템의 파장-도메인에서의 출력을 나타낸 그래프로서, (a)는 빔이 파장 가변 광 필터에 들어가기 전 파장과 도메인의 관계를 도시한 그래프이고, (b)는 빔이 파장 가변 광 필터를 통과할 때 파장과 도메인의 관계를 도시한 그래프이며, (c)는 빔이 공진하여 발진된 상태를 도시한 그래프이다.
부연 설명하면, 도 18의 (a)를 통해, 광섬유 루프에 패브리-페로 레이저 다이오드(920)로부터 발생되는 다수의 종모드의 빔이 입사되어 증폭부(950)의 이득과 함께 광섬유 루프의 전체 이득이 형성됨을 알 수 있다.
또한, 도 18의 (b)를 통해, 빔이 파장 가변 광 필터(930)를 지나면서 일정한 선폭의 윈도우에 의한 종모드와 패브리-페로 레이저 다이오드(920)의 종모드 중 하나의 종모드가 매칭되어 하나의 단일 종모드가 필터링됨을 알 수 있다.
그리고, 도 18의 (c)를 통해, 빔이 광섬유 루프를 순회하면서 레이저로 발진하고, 파장 가변 광 필터(930)의 가변에 의하여 패브리-페로 레이저 다이오드(920)의 다른 종모드 중 하나와 모드 매칭된 하나의 종모드가 순차적으로 가변됨으로서 파장 가변 레이저 출력의 스펙트럼을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제9 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템(900)에 의하면, 패브리-페로 레이저 다이오드(920)로부터 발생된 다수의 종모드가 하나의 종모드씩 파장 가변 광 필터(930)와 높은 모드 매칭이 이루어질 수 있으므로 안정적인 레이저 출력을 얻을 수 있으며, 아울러 좁은 선폭의 패브리-페로 레이저 다이오드(920)의 종모드로 인하여 하나의 종모드를 갖는 레이저 출력을 얻을 수 있다. 또한 패브리-페로 레이저 다이오드(920)의 추가적인 이득으로 인해 높은 레이저 출력 파워를 획득할 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 제10 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템에 대해서 설명하되, 전술한 실시예들과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 19는 본 발명의 제10 실시예에 따른 파장 가변 레이저 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 제10 실시예에 따른 레이저 시스템, 즉 파장 가변 레이저 시스템(1000)은 고속의 파장 가변이 가능한 광섬유 레이저 시스템(1000)으로서, 도 19에 도시된 바와 같이, 전술한 다른 실시예들에서 상술한 구성 이외에도, 광섬유(1010)의 이동 경로에 장착되는 광섬유 지연기(1080)를 더 구비한다.
본 실시예의 광섬유 지연기(1080)는 빔이 공진기를 순회하는 시간을 조절할 수 있다. 광섬유 지연기(1080)는 빔이 공진기를 순회하는 시간과 파장 가변 광 필터(1030)의 가변 주기를 동기화(synchronization)시킴으로써, 필터링된 파장 성분은 순회한 후에 파장 가변 광 필터(1030)에서 동일한 파장 성분으로 통과하여 공진하므로, 고속의 파장 가변 레이저 시스템(1000)을 구현할 수 있다.
부연 설명하면, 루프 타입 공진기의 길이와 공진기 내 빔의 지연 시간은 다음의 식 1과 같은 관계를 갖는다.
Figure PCTKR2011003993-appb-I000009
여기서, n은 빔이 광섬유 루프를 순회하는 횟수이며, τsweep은 광섬유 루프에서의 빔의 순회 시간이고, lcavity은 광섬유(1010)의 길이이며, ν는 광섬유 루프 내부에서의 빔 속도이다.
따라서, 빔이 광섬유 루프를 1회 순회하는 시간은 광섬유의 길이와 광섬유 루프 내부에서의 빔의 속도에 계산할 수 있으며, 이를 파장 가변 광 필터(1030)의 가변 주기로 맞추어 파장 가변 광 필터(1030)를 가변시키면 고속의 파장 가변 광섬유 레이저 시스템(1000)을 구현할 수 있다.
본 실시예의 광섬유 지연기(1080)는 광섬유 루프를 구성하는 전술한 일반 광섬유, 즉 일반 광섬유와, 광섬유 루프의 분산(dispersion)을 조정하는 분산 광섬유를 구비할 수 있으며, 광섬유 루프의 순회 시간이 파장 가변 광 필터(1030)의 가변 주기의 배수가 되도록 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제10 실시예의 파장 가변 시스템(1000)에 따르면, 광섬유 지연기(1080)를 구비함으로써 파장 가변의 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (30)

  1. 레이저 출력을 발생시키는 발진부;
    상기 발진부 및 광섬유 루프를 연결하는 연결부; 및
    상기 광섬유 루프 상에서 상기 레이저 출력을 증폭시키는 증폭부;
    를 포함하고,
    상기 레이저 출력은 광섬유 루프를 순환하면서 상기 증폭부에 의해 반복적으로 증폭되는 레이저 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유 루프 상에 위치하여 펄스파형 레이저 출력을 연속파형 레이저 출력으로 변환시키는 변환부를 더 포함하는 레이저 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결부와 변환부 사이에 위치하여, 상기 레이저 출력의 일부를 상기 변환부로 분기시키는 출력부를 더 포함하는 레이저 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발진부는 펄스파형 출력을 위해 이득 스위칭(gain-switching) 되는 반도체 레이저 다이오드인 레이저 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 다이오드는 단일 종 모드 형태의 DFB(Distributed feedback) 반도체 레이저 다이오드인 레이저 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 다이오드는 다수의 종 모드 형태의 FP(Fabry-Perot) 반도체 레이저 다이오드이고, 상기 FP 반도체 레이저 다이오드는 단일 종 모드의 레이저 출력을 위하여 선폭이 좁은 광섬유 격자에 의해 외부 공진기 구조의 레이저를 구현하는 레이저 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 발진부로부터의 레이저 출력이 제1 포트, 제2 포트 및 제3 포트로 순차적으로 진행하도록 하는 광 써큘레이터이고, 상기 발진부는 제1 포트에 연결되고, 상기 증폭부는 제2 포트에 연결되며, 상기 제3포트는 상기 출력부에 연결되는 레이저 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증폭부는,
    출력 레이저와 다른 파장을 가지는 펌핑광을 제공하는 펌프 레이저 다이오드;
    상기 레이저 출력을 증폭시키는 증폭 광섬유; 및
    연결부, 증폭 광섬유 및 펌프 레이저 다이오드를 연결하는 파장분할다중화 커플러;
    를 포함하는 레이저 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 증폭 광섬유는 희토류계 원소를 포함하고, 상기 희토류계 원소를 상기 레이저 출력과 동일한 파장대역의 레이저광을 방출하며, 상기 희토류계 원소는 상기 펌핑광에 의해 원자의 밀도반전이 일어남으로써 레이저 출력을 증폭시키는 레이저 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유 루프 상에 위치하여, 레이저 출력이 단일 방향으로 진행하도록 하는 광 아이솔레이터를 더 포함하는 레이저 시스템.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 출력 레이저의 일부를 분기시키는 연결부며, 상기 연결부는 90:10 내지 50:50의 비율로 출력을 분기시키며, 입력 대 출력포트가 1:2 또는 2:2인 레이저 시스템.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 변환부는 분산값이 큰 분산 광섬유를 포함하고, 상기 분산 광섬유는 연속파형 레이저 출력의 펄스퍼짐 현상을 야기하며,
    상기 분산 광섬유는 상기 출력부의 일 단에 연결되어, 펄스 반복율과 전체 파장대역에 의해 분산량을 결정하는 레이저 시스템.
  13. 전자파 생성을 위해 복수의 파장을 발생시키는 발진부;
    상기 발진부 및 광섬유 루프를 연결하는 연결부; 및
    상기 광섬유 루프 상에서 광신호를 증폭시키는 증폭부;
    를 포함하고,
    상기 광신호는 광섬유 루프를 순환하면서 상기 증폭부에 의해 반복적으로 증폭되는 레이저 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 발진부로부터 두 개의 발진파장을 가지는 광신호를 광전도 물질에 혼합하여, 두 개의 발진파장과 파장간격에 따른 비트주파수를 아래 식에 의해 결정하고, 상기 비트주파수에 해당하는 테라헤르츠파를 발생시키는 레이저 시스템.
    Figure PCTKR2011003993-appb-I000010
    여기서, λ1, λ2는 두 개의 발진파장, △λ는 파장간격임.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 발진부는, 서로 다른 발진파장을 가지는 두 개의 광섬유 브라그 격자 또는 두 개의 발진파장을 가지는 샘플격자 및 서로 다른 발진파장을 가지는 두 개의 반도체 다이오드를 포함하는 레이저 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 발진부와 상기 연결부 사이에 위치하여, 발진부의 반사되는 파장이 좁은 선폭과 하나의 안정적인 모드의 발진파장을 형성하도록 하는 포화흡수부를 더 포함하는 레이저 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 광섬유 루프 경로에 위치하여, 상기 광신호의 일부를 분기시키는 출력부; 및
    상기 광섬유 루프 경로에 위치하여, 광신호 출력이 단일 방향으로 진행하도록 하는 광 아이솔레이터를 더 포함하며,
    상기 증폭부는, 반도체 광 증폭기, 라만 광 증폭기 또는 회토류계 원소가 첨가된 광 증폭기인 레이저 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 광섬유 루프 경로에 위치하여, 복수의 광신호 이득 값을 동일하게 하여 파워를 동일하게 하는 이득 등화부를 더 포함하는 레이저 시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 발진부는 두 개의 발진 파장 간격을 조절할 수 있는 발진파장 간격조절 부재를 포함하는 레이저 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 발진파장 간격조절 부재는, 상기 발진부에 장력 또는 압축력을 가하며, 장력을 가하여 파장을 장파장 쪽으로 이동시키고 압축력을 가하여 파장을 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절하는 스트레인 조절부재인 레이저 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 발진파장 간격조절 부재는 발진부의 온도를 가변시킬 수 있는 히터이며, 상기 히터는 발진부를 가열하여 파장을 장파장 또는 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절하는 레이저 시스템.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 발진파장 간격조절 부재는 전류 또는 전압 조절부재이며, 전류 또는 전압을 조절하여 파장을 장파장 또는 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절하는 레이저 시스템.
  23. 루프 타입으로서 빔의 이동 경로를 형성하는 광섬유를 구비한 광섬유 루프;
    상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되는 연결부의 일측 포트에 마련되어 상기 연결부를 통해 상기 광섬유 루프로 빔을 입사하며, 다수의 종모드를 구비한 레이저 다이오드 타입의 발진부; 및
    상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되며, 상기 연결부를 통과한 상기 발진부로부터의 빔을 일정한 파장 영역으로 가변함으로써 필터링하는 파장 가변 광 필터;
    를 포함하는 레이저 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되어 상기 빔을 증폭하거나 발진하는 증폭부;
    상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되어 상기 파장 가변 광 필터를 통과한 상기 빔의 일부를 출력시키는 출력부; 및
    상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되어 상기 빔이 단일 방향으로 진행되도록 하는 적어도 하나의 광 아이솔레이터를 더 포함하는 레이저 시스템.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 발진부는 패브리-페로 레이저 다이오드(Fabry-
    Figure PCTKR2011003993-appb-I000011
    laser diode)이며, 양면이 모두 고반사(high-reflection) 물질로 코팅 처리되거나 양면 중 출력을 위한 일면이 반사방지(anti-reflection) 물질로 코팅 처리되는 레이저 시스템.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 파장 가변 광 필터는 광섬유 패브리-페로 타입으로서 내부의 공극 간격을 조절함으로써 파장을 연속적으로 가변하는 레이저 시스템.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 패브리-페로 레이저 다이오드로부터 제공되는 상기 빔의 출력이 순차적으로 진행되며,
    상기 증폭부는 반도체 광 증폭기(SOA), 희토류계 원소가 함유된 광섬유 증폭 및 라만(Raman) 증폭기 중 어느 하나이며,
    상기 증폭부의 이득 대역은 상기 발진부의 파장 대역에 실질적으로 대응하며,
    상기 연결부 및 상기 광 아이솔레이터는 상기 발진부의 파장 대역에 실질적으로 대응하고,
    상기 출력부는 미리 설정된 비율로 상기 빔의 일부를 출력시키며, 입력 포트 대 출력 포트가 1 대 2(1:2) 또는 2 대 2(2:2)로 마련되는 레이저 시스템.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 광섬유의 상기 이동 경로에 장착되어 상기 파장 가변 광 필터에서 상기 빔의 파장 가변을 고속으로 발생시키는 광섬유 지연기를 더 포함하며,
    상기 광섬유 지연기는, 상기 광섬유 루프로 마련되는 일반 광섬유와, 상기 광섬유 루프의 분산을 조정하는 분산 광섬유를 구비하고, 상기 광섬유 루프의 순회 시간이 상기 파장 가변 광 필터의 가변 주기의 배수가 되도록 마련되는 레이저 시스템.
  29. 광섬유;
    상기 광섬유의 일단에 장착되며, 광원으로서 다수의 종모드를 발생시키는 패브리-페로 레이저 다이오드(Fabry-
    Figure PCTKR2011003993-appb-I000012
    laser diode) 타입의 발진부; 및
    상기 광섬유에 장착되며, 상기 발진부로부터 상기 광섬유를 거쳐 유입된 상기 빔을 일정한 파장 영역으로 가변함으로써 파장 가변 광 필터;
    를 포함하며,
    상기 발진부에서 발진되어 출력되는 다수의 종모드와 상기 파장 가변 광 필터의 윈도우가 매칭되어 하나의 종모드가 출력되는 레이저 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 파장 가변 광 필터는 압전 물질을 구비하며,
    상기 압전 물질에 인가되는 전압을 변화시켜 상기 파장 가변 광 필터에 구비되는 공극 간격을 변화시키면서, 간섭으로 선택된 상기 파장 가변 광 필터의 일정한 선폭을 가진 윈도우가 파장 영역에서 이동하며 필터링을 실행하는 레이저 시스템.
PCT/KR2011/003993 2010-06-04 2011-06-01 레이저 시스템 WO2011152654A2 (ko)

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