KR100275653B1

KR100275653B1 - 편광의존형 방향성 고립기 및 이를 이용한 고리형 공진기레이저

Info

Publication number: KR100275653B1
Application number: KR1019980007065A
Authority: KR
Inventors: 김명욱; 김봉규; 전영민; 김상국
Original assignee: 박호군; 한국과학기술연구원
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2001-01-15
Also published as: US6192063B1; KR19990073862A

Abstract

본 발명에 따른 편광의존형 방향성 고립기는 광이 진행하는 경로 상에 배치되어 입사되는 광의 진행 방향에 따라 상기 입사광의 빛의 편광의 회전 방향을 변경시키기 위한 한 쌍의 제1 광학 수단; 상기 입사광을 소정의 각도로 회전시키기 위한 한 쌍의 제2 광학 수단; 및 상기 한 쌍의 제2 광학 수단 사이에 배치되어 상기 입사광의 성분중 특정 성분의 광만을 통과시키기 위한 제3 광학 수단을 구비함으로써, 양방향으로 독립적으로 발진하는 레이저 출력을 얻을 수 있다.

Description

편광의존형 방향성 고립기 및 이를 이용한 고리형 공진기 레이저

본 발명은 레이저 광학 및 이를 이용한 기술에 관한 것으로, 더 상세하게는 편광의존형 방향성 고립기 및 이를 이용한 고리형 공진기 레이저에 관한 것이다.

오늘날, 편광에 따른 빛의 진행 방향을 선택하는 기술로는 광 고립기를 이용하여 특정 편광만을 한쪽 방향으로만 진행하게 하는 방법이 널리 이용되고 있다. 이러한 종래 방법은 고리형 공진기 레이저에서 하나의 직선 편광이 한쪽 방향으로만 진행하기 때문에 역방향으로 진행하는 빛의 간섭에 의한 영향을 배제할 수 있는 효과가 있다. 그러나, 이러한 종래 방법으로서는 빛이 한쪽 방향으로만 진행하기 때문에 반대 방향으로 진행하는 레이저 광을 얻을 수 없다고 하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 고리형 공진기 레이저에서 그 편광 상태가 서로 직교하는 빛이 서로 반대 방향으로 진행하도록 유지함으로써 레이저를 양방향으로 발진시킴과 동시에 이득 매질내에서 서로 간섭을 일으키지 않는 편광의존형 방향성 고립기 및 이를 이용한 고리형 공진기 레이저를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면, 신규한 구조의 편광의존형 방향성 고립기가 제공되는데, 이 편광의존형 방향성 고립기는 광이 진행하는 경로 상에 배치되어 입사되는 광의 진행 방향에 따라 상기 입사광의 빛의 편광의 회전 방향을 변경시키기 위한 한 쌍의 제1 광학 수단; 상기 입사광을 소정의 각도로 회전시키기 위한 한 쌍의 제2 광학 수단; 및 상기 한 쌍의 제2 광학 수단 사이에 배치되어 상기 입사광의 성분중 특정 성분의 광만을 통과시키기 위한 제3 광학 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 신규한 구조의 고리형 공진기 레이저가 제공되는데, 이 고리형 공진기 레이저는 여기 광원; 상기 광원으로부터의 빛의 파장을 결합하거나 분할하기 위한 파장 분할 결합기; 상기 파장 분할 결합기로부터의 빛을 증폭하기 위한 증폭 매질; 상기 파장 분할 결합기로부터의 빛을 특정 방향으로만 진행시키기 위한 편광의존형 방향성 고립기 - 상기 증폭 매질과 상기 편광의존형 방향성 고립기는 광섬유에 의해 루프형으로 접속되어 있슴-; 및 상기 증폭 매질 및 상기 편광의존형 방향성 고립기를 통과한 빛중에서 수평 또는 수직으로 편광된 빛을 출력하기 위한 결합기를 구비하되, 상기 편광의존형 방향성 고립기는 광이 진행하는 경로 상에 배치되어 입사되는 광의 진행 방향에 따라 상기 입사광의 빛의 편광의 회전 방향을 변경시키기 위한 한 쌍의 제1 광학 수단; 상기 입사광을 소정의 각도로 회전시키기 위한 한 쌍의 제2 광학 수단; 및 상기 한 쌍의 제2 광학 수단 사이에 배치되어 상기 입사광의 성분중 특정 성분의 광만을 통과시키기 위한 제3 광학 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 편광의존형 방향성 고립기의 구성을 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 구성에서 빛의 진행 방향에 따른 편광 상태의 변화를 나타내는 설명도.

도 3은 본 발명에 따른 편광의존형 방향성 고립기를 적용한 고리형 공진기 레이저의 구성도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

11, 14 : 파라데이 편광 회전판

12, 15 : 1/2 파장판

13 : 편광판

31 : 증폭 매질

32 : 여기 광원

33 : 파장 분할 결합기

34 : 광경로 또는 광섬유

35 : 편광의존형 방향성 고립기

36 : 결합기

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 편광의존형 방향성 고립기의 구성을 나타내는 것으로, 한 쌍의 파라데이 편광 회전판(11, 14)과 한 쌍의 1/2 파장판(12, 15)이 빛의 경로를 따라 배치된다. 이 한 쌍의 파라데이 편광 회전판(11, 14)은 파라데이 효과라고 하는 광학 현상을 이용한 소자로서, 빛이 진행하는 경로 상에 놓여, 빛의 진행 방향이 바뀌면 편광의 회전 방향도 바뀌는 비가역적인 특성에 따라 편광의 회전 방향을 결정하는 기능을 한다. 한 쌍의 1/2 파장판(12, 15)은 입사하는 편광의 성분에 따라 출력되는 빛의 성분을 다르게 하는 기능, 즉 본 발명에서는 입사하는 빛을 45도 회전시키는 기능을 한다. 여기서, 상기 한 쌍의 1/2 파장판중의 한 파장판(12)은 상기 한 쌍의 파라데이 회전판(11, 14) 사이에 배치된다. 마지막으로, 편광판(13)은 빛의 성분중 특정 성분의 빛, 예를 들면 수직으로 입사하는 빛의 성분은 통과시키되 수평으로 입사하는 빛의 성분은 통과시키기 않는 기능을 한다.

지금부터, 도 1의 구성에서 빛의 진행 방향에 따른 편광 상태의 변화에 대해 도 2의 (1) 내지 (4)를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 2의 (1)을 참조하여, 수직으로 편광된 빛이 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하는 경우의 편광 상태에 대해 설명한다.

수직 (도면에서, Y 방향)으로 입사된 빛은 파라데이 편광 회전판(11)에 의해 그 편광 방향이 시계 방향으로 45°회전하게 되고, 상기 45°회전된 빛은 1/2 파장판(12)를 통해 시계 반대 방향으로 45°회전되어 본래의 수직 편광 상태를 유지하게 된다. 다음에, 상기 수직 편광 상태는 편광판(13)을 통과하여, 다시 파라데이 편광 회전판(14)과 1/2 파장판(15)을 차례로 거치면서 본래의 수직 편광 상태를 유지하게 된다.

다음에, 도 2의 (2)를 참조하여, 수직으로 편광된 빛이 오른쪽에서 왼쪽으로 진행하는 경우의 편광 상태에 대해 설명한다.

수직으로 입사된 빛은 1/2 파장판(15)을 통해 그 편광 방향이 시계 반대 방향으로 45°회전되게 되고, 상기 -45°방향으로 회전된 빛은 파라데이 편광 회전판(14)을 통과하면서 상기 파라데이 편광 회전판의 방향성을 갖는 특성에 의해 이전과는 달리 시계 반대방향으로 45°회전되어 그 편광 상태가 수평을 유지하게 된다. 따라서, 상기 수평 편광 상태는 편광판(13)을 통과하지 못하게 된다.

결국, 본 발명에 따른 상기 구성에 의해 수직으로 입사하는 빛은 왼쪽에서 오른쪽으로만 진행하게 된다.

다음에, 도 2의 (3)을 참조하여, 수평으로 편광된 빛이 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하는 경우의 편광 상태에 대해 설명한다.

수평 (도면에서, X 방향)으로 입사된 빛은 파라데이 편광 회전판(11)에 의해 그 편광 방향이 시계 방향으로 45°회전되게 되고, 상기 -45°방향으로 회전된 빛은 1/2 파장판(12)를 거치면서 다시 시계 반대 방향으로 45°회전되어 본래의 수평 편광 상태를 유지하게 된다. 따라서, 이와 같은 수평 편광 상태도 역시 편광판(13)을 통과하지 못하게 된다.

마지막으로, 도 2의 (4)를 참조하여, 수평으로 편광된 빛이 오른쪽에서 왼쪽으로 진행하는 경우의 편광 상태에 대해 설명한다.

수평으로 입사된 빛은 1/2 파장판(15)을 거쳐 그 편광 방향이 시계 반대방향으로 45°회전되게 되고, 상기 -45°방향으로 회전된 빛은 파라데이 편광 회전판(14)을 통과하면서 상기 파라데이 편광 회전판의 방향성을 갖는 특성에 의해 이전과는 달리 시계 방향으로 45°회전되어 편광 상태가 수직을 유지하게 된다. 다음에, 상기 수직 편광 상태는 편광판(13)을 통과하여, 다시 1/2 파장판(12)과 파라데이 편광 회전판(11)을 차례로 거치면서 본래의 수평 편광 상태를 유지하게 된다.

결국, 본 발명에 따른 상기 구성에 의해 수평으로 입사하는 빛은 오른쪽에서 왼쪽으로만 진행하게 된다.

따라서, 본 발명의 편광의존형 방향성 고립기에 따르면, 빛의 편광 상태에 따라 빛의 진행 방향이 결정되게 되어, 수직으로 입사하는 빛은 왼쪽에서 오른쪽으로만 진행하게 되고, 수평으로 입사하는 빛은 오른쪽에서 왼쪽으로만 진행할 수 있게 된다.

여기서, 도 1에서, 파라데이 편광 회전판(14)와 1/2 파장판(15)의 위치 그리고 파라데이 편광 회전판(11)과 1/2 파장판(12)의 위치를 바꾸어 배치할 수 있으며, 이 경우에도 상술한 것과 동일한 효과가 얻어진다는 것을 알아야 한다.

다음에, 도 3은 본 발명에 따른 편광의존형 방향성 고립기를 고리형 공진기 레이저에 적용한 경우의 구성을 도시한다.

도면에서, 31은 빛을 증폭하기 위한 증폭 매질, 32는 빛 에너지를 인가하기 위한 여기 광원, 33은 서로 다른 파장의 빛을 결합하거나 분할하기 위한 파장 분할 결합기, 34는 광경로 또는 광섬유, 35는 본 발명에 따른 편광의존형 방향성 고립기 그리고 36은 빛을 결합하거나 분할하기 위한 결합기를 각각 가리킨다. 여기서, 증폭 매질(31)과 편광의존형 방향성 고립기(35)는 광섬유(34)에 의해 접속되어 루프를 형성한다. 이러한 고리형 공진기 레이저의 동작을 살표보면, 여기 광원(32)에 의해 인가된 빛은 파장 분할 결합기(33)에 의해 동일한 파장끼리 결합되거나 분할된다. 상기 파장 결합기에 의해 결합되거나 분할된 빛은 광 경로 또는 광 섬유를 통해 양 방향, 즉 증폭 매질(31)과 편광의존형 방향성 고립기(35)를 통과하여 순환하게 된다. 이러한 순환 도중 증폭 매질(31)에 의해 빛의 에너지가 일정 레벨 이상 증폭되게 되는데, 이와 같이 증폭된 빛은 편광의존형 방향성 고립기(35)에 의해 양방향으로 독립적으로 발진하는 레이저 출력, 즉 수평 편광 출력과 수직 편광 출력을 만들게 되고, 이와 같이 만들어진 빛은 결합기(36)에 의해 추출되게 된다. 따라서, 이와 같은 구성에 의해 수평 및 수직 편광 출력, 즉 양방향으로 독립적으로 발진하는 레이저 출력이 얻어지게 된다.

비록 본 발명이 바람직한 실시예를 참조로 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되어 있지 않으며, 본 발명의 본질과 범위를 벗어나지 않고 본 실시예의 다양한 변형과 수정이 있을 수 있다는 것을 본 기술 분야의 숙련자는 알아야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 편광의존형 방향성 고립기에 따르면, 빛의 편광 상태에 따라 그 진행 방향이 결정되게 되어, 이득 매질내에서 서로 간섭을 일으키지 않고 빛의 편광 방향이 직교하는 양방향으로 발진하는 레이저를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

편광의존형 방향성 고립기에 있어서,

광이 진행하는 경로 상에 배치되어 입사되는 광의 진행 방향에 따라 상기 입사광의 빛의 편광의 회전 방향을 변경시키기 위한 한 쌍의 제1 광학 수단;

상기 입사광을 소정의 각도로 회전시키기 위한 한 쌍의 제2 광학 수단; 및

상기 한 쌍의 제2 광학 수단 사이에 배치되어 상기 입사광의 성분중 특정 성분의 광만을 통과시키기 위한 제3 광학 수단

을 구비하는 편광의존형 방향성 고립기.
제1항에 있어서,

상기 한쌍의 제1 광학 수단, 한쌍의 제2 광학 수단 및 제3 광학 수단은 각각 한 쌍의 파라데이 편광 회전판, 한 쌍의 1/2 파장판, 및 편광판을 포함하는 편광의존형 방향성 고립기.
제1항에 있어서,

상기 제3 광학 수단은 상기 한 쌍의 제2 광학 수단 사이에 배치되어 있는 편광의존형 방향성 고립기.
제1항에 있어서,

상기 제3 광학 수단은 수직으로 입사하는 광의 성분은 통과시키되, 수평으로 입사하는 광의 성분은 통과시키기 않는 편광의존형 방향성 고립기.
제1항에 있어서,

상기 한 쌍의 제2 광학 수단은 입사하는 빛을 45°회전시키는 편광의존형 방향성 고립기.
고리형 공진기 레이저에 있어서,

여기 광원;

상기 광원으로부터의 빛의 파장을 결합하거나 분할하기 위한 파장 분할 결합기;

상기 파장 분할 결합기로부터의 빛을 증폭하기 위한 증폭 매질;

상기 파장 분할 결합기로부터의 빛을 특정 방향으로만 진행시키기 위한 편광의존형 방향성 고립기 - 상기 증폭 매질과 상기 편광의존형 방향성 고립기는 광섬유에 의해 루프형으로 접속되어 있슴-; 및

상기 증폭 매질 및 상기 편광의존형 방향성 고립기를 통과한 빛중에서 수평 또는 수직으로 편광된 빛을 출력하기 위한 결합기

를 구비하되,

상기 편광의존형 방향성 고립기는

광이 진행하는 경로 상에 배치되어 입사되는 광의 진행 방향에 따라 상기 입사광의 빛의 편광의 회전 방향을 변경시키기 위한 한 쌍의 제1 광학 수단;

상기 입사광을 소정의 각도로 회전시키기 위한 한 쌍의 제2 광학 수단; 및

상기 한 쌍의 제2 광학 수단 사이에 배치되어 상기 입사광의 성분중 특정 성분의 광만을 통과시키기 위한 제3 광학 수단

을 구비하는 고리형 공진기 레이저.
제6항에 있어서,

상기 한쌍의 제1 광학 수단, 한쌍의 제2 광학 수단 및 제3 광학 수단은 각각 한 쌍의 파라데이 편광 회전판, 한 쌍의 1/2 파장판, 및 편광판을 포함하는 고리형 공진기 레이저.
제6항에 있어서,

상기 제3 광학 수단은 상기 한쌍의 제2 광학 수단 사이에 배치되어 있는 고리형 공진기 레이저.
제6항에 있어서,

상기 제3 광학 수단은 수직으로 입사하는 광의 성분은 통과시키되, 수평으로 입사하는 광의 성분은 통과시키기 않는 고리형 공진기 레이저.
제6항에 있어서,

상기 한 쌍의 제2 광학 수단은 입사하는 빛을 45°회전시키는 고리형 공진기 레이저.