KR100345448B1 - 이중 파장 광섬유 레이저 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 파장 동작을 위한 펌프광원의 추가가 필요없고 고출력동작이 가능한 이중 파장 광섬유 레이저에 관한 것으로서, 펌프 광원에 대한 유도 산란을 유발시키는 제 1, 2 광섬유, 상기 광섬유들에 연결되어 상기 광섬유들에 의해 발생된 서로 다른 제 1, 2 파장의 광을 각각 공진시키며 상기 제 1, 2 파장에 따른 반사특성을 조절할 수 있는 두 종류의 단주기 광섬유 회절격자, 상기 광섬유들에 연결되어 펌프파장을 입력시키고, 레이저 동작파장을 출력하는 파장분할다중 광섬유 결합기, 및 상기 광섬유들 사이에 연결되어 상기 공진되는 제 1, 2 파장 사이의 간섭을 제거하는 간섭제거수단을 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 파장 다중화 광통신 시스템의 광증폭기용 광원에 관한 것으로, 특히 이중 파장 레이저의 동작을 위해 두 종류의 단주기 회절격자(Short period grating)들과 파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing; WDM) 결합기를 통해 두개의 독립적인 공진기를 구성하고, 장주기 회절격자(Long period grating)를 사용하여 두 공진기 사이의 간섭을 제거하여 안정된 동작 특성을 보이는 이중 파장 광섬유 레이저(Dual wavelength fiber laser)에 관한 것이다.
최근에 광섬유(Optic fiber)의 저손실 파장대역을 최대로 활용하여 수십 테라비트(Terabit)급 광통신 속도를 얻기 위해 1.4㎛∼1.6㎛ 파장대역 이상의 초광대역 광증폭 기술에 대한 연구가 널리 진행되고 있다. 장거리 광통신 발전에 기여할 것으로 기대되는 광섬유 라만 증폭기(Raman amplifier)는 증폭 파장 대역이펌프광(Pump light)에 의해서 결정되기 때문에 이중 파장 펌프광을 사용할 경우 증폭 대역을 쉽게 확장시킬 수 있는 장점이 있다.
종래기술에서는 이중 파장 펌프 광원(Dual wavelength pump light source)은 각기 다른 파장에서 발진하는 레이저다이오드(Laser diode)나 광섬유 레이저(Optical fiber laser)의 출력을 결합하여 구현된다.
일반적으로 레이저다이오드나 광섬유 레이저는 단일 파장의 광만을 출력하기 때문에 이중 파장의 레이저를 구성하기 위해서는 파장 다중화(Wavelength Multiplexing) 장치를 사용하여 두 개의 독립된 광원의 파장을 결합하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술에 따른 이중 파장 레이저의 동작을 얻기 위한 방법을 설명한다. 통상적으로 이중 파장 펌프광원은 각기 다른 파장에서 발진하는 레이저 다이오드나 광섬유 레이저의 출력을 파장다중화장치를 통해 결합하여 구현된다.
서로 다른 두개의 파장을 결합시키기 위한 종래기술은, 도 1에 도시된 바와 같이, 마하젠더 간섭(Mach-Zehnder)계 형태의 필터를 이용하여 이중파장 레이저를 구현한다.
도 1은 서로 다른 두 개의 파장(λ1, λ2)을 결합시키기 위해서 마하젠더 형태의 광도파로(Optical Waveguide)(11)를 이용한다. 이러한 경우, 빛의 간섭현상을 이용하기 때문에 좁은 선폭의 안정된 파장을 가진 입사광이 필요하며, 이를 위해 각각의 펌프광원의 파장(λ1, λ2)이 회절격자(12,13)를 통해 안정화된 다음, 마하젠더 광도파로(11)에 입사되도록 한다.
그러나, 광도파로(11)에 빛을 주입하기 위한 삽입손실이 발생하며, 간섭계구조로 이루어져 있으므로 파장 가변이 이루어지는 경우, 펌프광원의 결합손실이 크게 발생하는 문제점이 있다. 또한, 광도파로(11)는 광섬유에 비하여 고출력 레이저가 입사할 경우 쉽게 손상될 수 있는 단점이 있다.
도 2는 종래기술의 다른 예에 따른 이중 파장 레이저 구도를 도시한 도면으로서, 파장분할다중 광섬유 결합기(WDM Coupler)를 이용하여 서로 다른 두개의 파장을 결합시키고 있다.
다시 말하면, 서로 다른 두개의 파장(λ1, λ2)을 결합시키기 위해서 광섬유 융착 방식으로 제조된 파장분할다중 광섬유 결합기(21)를 사용하며, 이런 경우 고출력 동작이 가능하나, 좁은 파장간격, 예컨대 40nm보다 작은 파장간격의 광을 결합하기 위한 파장분할다중 광섬유 결합기는 제조하기가 매우 어려우며, 높은 손실과 편광 의존성을 보이기 때문에, 근접한 파장의 두 파장을 결합시키기 어렵다는 문제점이 있다.
아울러, 도 1 및 도 2에 도시된 방법 모두 이중 파장 레이저를 구현하기 위하여 단일 파장을 발진시키는 독립적인 두 개의 펌프광원이 필요하기 때문에 제조 단가가 크게 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 이중 파장 레이저 동작을 위한 추가적인 펌프 광원이 필요없으며, 마하젠더 광도파로 결합기를 사용하지 않아 삽입 손실 및 펌프광의 결합 손실 등의 문제를 해결할 수 있으며 상대적으로 구도가 단순하여 경제적이며 고출력동작특성이 우수하고 근접한 두 개의 파장 동작이 가능한 이중 파장 레이저 구도를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 마하 젠더 간섭계를 이용한 이중 파장 레이저의 구조 개략도,
도 2는 종래 기술에 따른 광섬유 파장 분할 다중 결합기를 이용한 이중 파장 레이저의 구조 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 파장 광섬유 라만 레이저의 구조도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 WDM 광섬유 결합기의 결합비율과 단주기 광섬유 회절격자들의 반사파장을 도시한 그래프,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 WDM 광섬유 결합기의 파장에 따른 결합특성을 도시한 그래프,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 장주기 광섬유 회절격자의 파장에 따른 투과도를 도시한 그래프,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중 파장 라만 레이저의 출력 스펙트럼,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이중 파장 라만 레이저에서 각 파장의 상대적인 출력 세기 조절을 비교한 스펙트럼.
*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명*
31a, 31b, 31c : 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자
32a, 32b : 제 2 군의 단주기 광섬유 회절격자
33 : WDM 광섬유 결합기 34 : 펌프광반사수단
35: 장주기 광섬유 회절격자 36 : 제 1 활성광섬유
37 : 제 2 활성광섬유
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이중 파장 레이저는 펌프 광원에 대한 유도 산란을 유발시키는 제 1, 2 광섬유, 상기 광섬유들에 의해 발생된 서로 다른 제 1, 2 파장의 광을 각각 공진시키며 상기 제 1, 2 파장에 따른 반사특성을 조절할 수 있는 두 종류의 단주기 광섬유 회절격자, 상기 광섬유들에 펌프파장을 입력시키고, 레이저 동작파장을 출력하는 파장분할다중 광섬유 결합기, 및 상기 광섬유들 사이에 연결되어 상기 공진되는 제 1, 2 파장 사이의 간섭을 제거하는 간섭제거수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명의 이중 파장 광섬유 레이저는 펌프 광원에 대한 유도 산란을 유발시키는 제 1, 2 광섬유, 상기 광섬유들에 펌프파장을 입력시키고 레이저 동작파장을 출력시키는 파장분할다중 광섬유 결합기, 상기 제 1 광섬유와 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자로 이루어져 상기 제 1 광섬유에 의해 발생된 제 1 파장의 광을 공진시키는 제 1 공진수단, 상기 제 2 광섬유와 제 2 군의 단주기 광섬유 회절격자로 이루어져 상기 제 2 광섬유에 의해 발생된 제 2 파장의 광을 공진시키는 제 2 공진수단, 상기 제 1 및 제 2 공진수단 사이에 위치하여 상기 두 공진수단간의 간섭을 제거하는 간섭제거수단, 및 상기 WDM 광섬유 결합기의 레이저 출력단에 접속되어 상기 펌프광원의 펌프파장을 반사시켜 상기 제 1 및 제 2 광섬유로 재입사시키는 펌프광 반사수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 간섭제거수단은 상기 제 1 파장과 제 2 파장에 대해 동시에 높은 손실을 갖는 장주기 광섬유 회절격자를 이용하거나, 상기 제 1 파장과 제 2 파장에 대해 동시에 높은 손실을 갖는 장주기 광섬유 회절격자를 이용하되, 상기 제 1 파장에만 높은 손실을 보이는 장주기 광섬유 회절격자와 상기 제 2 파장에만 높은 손실을 보이는 장주기 광섬유 회절격자를 추가로 이용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자는 상기 파장분할다중 광섬유 결합기의 결합영역에 직접 새겨넣는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 파장 광섬유 레이저를 도시한 도면으로서, 2차 스톡 주파수 천이된 광을 출력광으로 선택하기 위한 이중 파장 라만 레이저를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 펌프 광원(100)에 대한 유도 산란을 유발시키는 제 1, 2 활성광섬유(36,37)와, 제 1, 2 활성광섬유들(36,37)과 연결되어펌프광원(100)의 파장을 입력시키고 레이저 발진 파장(λ1, λ2)을 출력시키는 WDM광섬유 결합기(33), 제 1 활성광섬유(36)와 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자 (31a,31b,31c)로 이루어져 제 1 파장(λ1)을 발진시키는 제 1 공진수단(38)과, 제 2 활성광섬유(37)와 제 2 군의 단주기 광섬유 회절격자(32a,32b)로 이루어져 제 2 파장(λ2)을 발진시키는 제 2 공진수단(39)과, 제 1 및 제 2 파장(λ1, λ2)에 대하여 높은 손실을 갖고 두 공진수단(38,39) 사이에 위치하여 두 공진수단(38,39)간의 간섭을 제거하는 간섭제거수단으로서 장주기 광섬유 회절격자(35)와, WDM 광섬유 결합기(33)의 레이저 출력단에 접속되어 펌프광(Ip)을 반사시켜 제 1 및 제 2 활성광섬유(36,37)로 재입사시키는 펌프광 반사수단(34)을 포함한다.
여기서, 제 1 공진수단(38)의 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자 (31a,31b,31c) 중 제 1 회절격자(31a)는 WDM 광섬유 결합기(33)의 펌프광원(100) 입력단에 연결되고, 제 2 회절격자(31b)는 제 1 활성광섬유(36)와 장주기 회절격자(35)사이에 접속되며, 또 다른 하나인 제 3 회절격자(31c)는 WDM 광섬유 결합기(33)와 제 2 활성광섬유(37) 사이 즉, 제 2 파장 입력단에 접속된다.
그리고, 제 2 공진수단(39)의 제 2 군의 단주기 광섬유 회절격자(32a,32b) 중 제 4 회절격자(32b)는 제 2 활성광섬유(37)와 장주기 광섬유 회절격자(35) 사이에 위치하며, 다른 하나인 제 5 회절격자(32a)는 제 2 활성광섬유(37)와 WDM 광섬유 결합기(33) 사이, 자세히는 제 2 파장 입력단에 접속된 제 3 회절격자(31c)와 제 2 활성광섬유(37) 사이에 위치한다.
아울러, 제 1 및 제 2 공진수단(38,39)에 포함되는 제 1,2,3 회절격자 (31a,31b,31c) 및 제 4, 5 회절격자(32a,32b)는 단주기 광섬유 회절격자로서, 각각 제 1 및 제 2 활성광섬유(36,37)의 이득 파장범위 내에서 각기 다른 파장에 대한 선택적 반사 특성을 지닌다.
그리고, 펌프광 반사수단(34)은 펌프광(Ip)의 파장에 대해 최대 반사율을 가지는 단주기 광섬유 회절격자를 이용하며, WDM 광섬유 결합기(33)는 네 개의 포트(a∼d)를 구비하며 광섬유 융착 방식으로 제조되어 파장에 따른 주기적인 결합 특성을 나탄낸다.
본 발명의 실시예에서, 펌프 광원(100)은 1313㎚의 Nd:YLF 레이저를 사용하며, 레이저 동작은 유도 라만 산란 현상을 통하여 구현하고, 제1 및 제2 활성광섬유(36,37)는 라만 광섬유를 사용하며, 2차 스톡 주파수 천이에 해당하는 파장인 1500㎚와 1480㎚의 이중 파장을 레이저 발진 파장(λ1, λ2)으로 선택한다. 다시 말하면, 제 1 파장(λ1)을 선택하기 위한 하나의 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자(31a, 31b, 31c)는 1500㎚ 파장에 대해 100% 반사율의 선택적 반사 특성을 보이도록 제작되었으며, 다른 하나의 제 2 군의 단주기 광섬유 회절격자(32a, 32b)는 1480㎚의 제 2 파장(λ2)에 대해 각각 90%와 100%의 반사율을 보이도록 제작한다.
한편, 세 개의 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자들(31a,31b,31c)과 제 1 활성광섬유(36)로 이루어진 제 1 공진수단(38)은 3개의 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자를 사용하지만, WDM 광섬유 결합기의 결합영역에 직접 단주기 광섬유 회절격자를 새겨 WDM 광섬유 결합기(33)의 제 1 포트(a)와 제 3 포트(c)에 연결되는 회절격자의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 하므로써 단주기 광섬유 회절격자의 수를 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 이중파장 광섬유 레이저의 동작은 다음과 같다.
펌프 광원(100)에서 출력된 펌프광(IP)이 제 1 회절격자(31a)를 지나 WDM 광섬유 결합기(33)의 제 1 포트(a)로 입사된다. 이 때, 펌프광(Ip)의 파장(λp)에 대해 WDM 광섬유 결합기(33)는 100%에 가까운 높은 결합 비율(Coupling ratio)을 보이므로(도 4참조), 제 1 포트(a)로 입사된 펌프광(Ip)의 대부분은 제 4 포트(d)를 지나 제 1 활성 광섬유(36)로 입력된다.
계속해서, 제 1 활성광섬유(36)로 입력된 펌프광(Ip)은 제 2 회절격자(31b), 장주기 광섬유 회절격자(35) 및 제 5 회절격자(32b)를 순차적으로 통과하여 제 2 활성광섬유(37)로 입사되며, 제 2 활성광섬유(37)을 통과한 광은 WDM 광섬유 결합기(33)와 제 2 활성광섬유(37) 사이에 연결된 제 3 회절격자(31c) 및 제 4 회절격자(32a)를 투과하여 WDM 광섬유 결합기(33)의 제 3 포트(c) 및 제 2 포트(b)를 순차적으로 지나 펌프광원(100)의 파장에서 최대 반사율을 갖는 펌프광 반사수단(34)에 의해 전반사되면서 제 1, 2 활성광섬유(36, 37)로 재입사한다.
펌프광(Ip)이 왕복으로 제 1, 2 활성광섬유(36, 37)를 통과하는 과정에서 유도 산란 현상에 의해 레이저 파장(λ1λ2)이 발진하게 되며, 발진하는 파장은 레이저 활성 매질의 이득 범위 내에서 제 1 및 제 2 군의 단주기 광섬유 회절격자들 (31a,31b,31c/32a,32b)을 이용하여 선택할 수 있다.
우선, 제 1 공진수단(38)을 살펴보면, WDM 광섬유 결합기(33)는 제 1 포트와 제 4 포트(a∼d) 사이에서 제 1 파장(λ1)에 대해 100% 보다는 낮은 결합 비율을 보인다(도 4 참조). 이 경우, 제 1 및 제 2 회절격자(31a, 31b)와 제 1 활성 광섬유(36)로 이루어진 레이저 공진기가 형성되며, 제 1 파장(λ1)은 이 공진기를 통하여 발진한다. 이 때, WDM 광섬유 결합기(33)의 제 1 포트와 제 4 포트(a∼d) 사이의 결합비율이 100%보다 낮기 때문에 일부분의 광은 제 1 공진수단(38)을 빠져나와 WDM 광섬유 결합기(33)의 제 2 포트(b)를 통해 출력된다. 또한, WDM 광섬유 결합기(33)의 제 3 포트(c)로 빠져 나오는 제 1 파장(λ1)의 광은 제 3 회절격자 (31c)에 의해 반사되어 제 1 활성광섬유(36)로 재입사되거나 WDM 광섬유 결합기(33)의 제 2 포트(b)를 통해 출력된다.
다음으로, 제 2 공진수단(39)은 제 2 활성광섬유(37)와 그 양단에 위치한 제 2 군의 단주기 회절격자인 제 4, 5 회절격자(32a, 32b)에 의해 형성되고, 제 2 활성광섬유(37)의 일단에 연결된 제 4 회절격자(32a)는 100%보다 낮은 값의 반사율을 보이도록 제작하여 레이저 공진기의 출력경(Output coupler) 역할을 하게 한다. 제 2 파장(λ2)에 대한 WDM 광섬유 결합기(33)의 제 2 포트(b)와 제 3 포트(c)사이의결합비율은 결합기의 특성상 제 1 포트와 제 4포트(a∼d) 사이의 결합 비율과 일치하며, 100%가 되도록 제작된다(도 4 참조). 따라서 제 2 활성광섬유(37)의 일측에 연결된 제 4 회절격자(32a)를 통하여 출력된 파장은 전부 WDM 광섬유 결합기(33)의 제 2 포트(b)를 통하여 출력된다.
실제적으로, 광섬유 회절격자나 WDM 광섬유 결합기를 100%의 반사율이나 결합 비율을 보이도록 완벽하게 제작 하기는 어렵기 때문에, 이 경우 불완전한 반사율이나 결합 비율에 의해 누설되어 나오는 일부분의 빛은 서로 다른 공진기에 입사하게 되며, 이로 인해 레이저 동작이 불안정하게 될 수 있다. 제 1 파장(λ1)과 제 2 파장(λ2)에 대해 동시에 높은 손실값을 보이며 펌프광원의 파장에 대해서는 낮은 손실 값을 보이는 장주기 광섬유 회절격자(35)를 사용하면 이를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 두 개의 회절격자, 예컨대, 제 1 공진수단(38)의 제 2 회절격자(31b)와 제 2 공진수단(39)의 제 5 회절격자(32b) 사이에 장주기 광섬유 회절격자(35)를 위치시켜 두 공진수단(38,39)간의 간섭을 제거한다.
상술한 장주기 광섬유 회절격자(35)는 하나의 사용에 국한되지 않고, 좀 더 안정된 동작을 위하여 제 1 파장(λ1)에만 높은 손실을 보이는 장주기 광섬유 회절격자를 WDM 광섬유 결합기(33)와 제 2 활성광섬유(37) 사이에 위치하는 제 3 회절격자(31c)와 제 4 회절격자(32a) 사이 또는 제 2 파장(λ2)에만 높은 손실을 보이는 회절격자를 WDM 결합기(33)의 제 4 포트(d)에 추가하여 사용할 수 있다.
도 4는 도 3의 WDM 광섬유 결합기의 결합 특성과 광섬유 회절격자들의 반사파장을 도시한 그래프이다.
전술한 바와 같이, WDM 광섬유 결합기(33)는 펌프광원(100)의 파장(λp)에 대해서 100%의 높은 결합 비율을 보이며, 제 1 파장(λ1)에 대해서는 100%보다는 낮은 값의 결합비율을 보이고, 제 2 파장(λ2)에 대해서는 100%의 결합 비율을 보이도록 설계된다.
도 4에서, 점섬 34'는 펌프광원을 반사시키는 펌프광반사수단(34)으로 이용된 단주기 광섬유 회절격자의 반사 파장을 나타내며, 점선 31' 32'는 각각 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자들(31a, 31b, 31c)과 제 2 군의 단주기 광섬유 회절격자들(32a,32b)의 반사 파장대역을 나타낸다.
WDM 광섬유 결합기(33)는 파장에 따른 주기적인 결합 특성을 보이며, 펌프 광원의 파장(λp)과 출력 파장 사이에서 최소 결합비를 보이는 파장(41)이 단 한번 나타나나, 펌프 파장(λp)과 출력 파장의 간격이 충분히 클 경우 필요에 따라 두 번 또는 그 이상의 최소 결합비를 보이도록 제작 할 수 있으며, 이를 통해 제 1 파장(λ1)에 대한 결합 비율을 조절할 수 있다.
아울러, 각각의 공진수단(38,39)을 구성하는 회절격자들의 파장에 따른 반사 특성을 동시에 변화시킴으로써 각각의 출력 파장을 가변시킬 수 있다. 그러나, 공진수단을 구현하는 회절격자들 중 하나만을 선택하여 파장을 가변시킬 경우, 공진기를 구성하기 위한 두 종류의 회절격자 사이의 파장에 따른 반사 특성이 일치하지않기 때문에 레이저의 발진 조건이 성립되지 않고, 결과적으로 그 파장의 출력광 세기는 감소하게 된다. 이런 경우, 파장에 따른 반사 특성이 어긋나는 정도에 따라 출력광의 세기가 줄어들기 때문에, 파장의 가변 정도를 조절하여 발진되는 파장의 세기를 제어할 수 있음에 따라 상대적인 파장의 세기를 제어할 수 있게 된다.
이와 같은 광섬유 회절격자의 파장에 따른 반사 특성 변화는 광섬유 회절격자를 잡아늘이거나(Stretching) 압축시키는(Compression) 역학적인 변형을 가함으로써 출력파장을 가변할 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 1313㎚ 펌프 광원을 이용하여 2차 스톡 주파수 천이된 1480㎚ 파장대와 1500㎚ 파장대의 두개의 파장을 동시에 출력시키는 이중 파장 캐스캐이드 라만 광섬유 레이저에 사용되는 WDM 광섬유 결합기(도 5a)와 장주기 광섬유 회절격자(도 5b)의 특성을 도시하고 있다.
도 5a는 WDM 광섬유 결합기의 파장에 따른 결합 특성을 나타내는 그래프이고, 도 5b는 장주기 광섬유 회절격자(35)의 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, WDM 광섬유 결합기(33)는 1313㎚의 펌프 파장(λp)과 1480㎚의 제 2 파장(λ2)에 대해 100%에 가까운 결합특성을 보이며, 1500㎚의 제 1 파장(λ1)에 대해서는 70% 정도의 결합특성을 보인다. 또한 제 1 차 스톡 주파수 천이에 해당하는 파장인 1400㎚ 파장대에 내부 공진기를 형성하기 위해서 1400㎚ 파장대에는 매우 낮은 결합 효율을 보인다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 1500㎚의 제 1 파장(λ1)에 대해서는 -9dB의 투과특성을 보이고 1480㎚의 제 2 파장(λ2)에 대해서는 -11dB의 투과특성을 보임에 따라 장주기 광섬유 회절격자(35)는 제 1 파장(λ1)과 제 2 파장(λ2)에 대해 동시에 낮은 투과 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중 파장 광섬유 라만 레이저의 출력 스펙트럼을 도시한 그래프로서, 1차 스톡 주파수 천이된 파장은 1400㎚ 근처에서 발생하였으며 레이저 출력 파장인 2차 스톡 주파수 천이된 파장은 광섬유 회절 격자에 의해 선택된 1480㎚와 1500㎚에서 발생함을 알 수 있다.
도 7은 발진 파장들의 상대적 세기를 조절하는 실험 결과를 나타내는 그래프로서, 제 2 활성광섬유(37)와 장주기 광섬유 회절격자(35) 사이에 위치하는 제 5 회절격자(32b)의 반사 특성만을 변화시킴으로 두 출력파장의 상대적인 세기가 조절됨을 알 수 있다.
다시 말하면, 1480㎚와 1500㎚ 파장에서 발진하는 파장에 대한 세기 조절이 독립적으로 이루어진다.
이와 같이 두개의 파장이 발진되며 그 상대적인 세기가 조절되는 라만 레이저는, 이를 펌프 광원으로 사용하는 광 증폭기에서 이득 특성을 제어하는데 유용하게 사용 될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 2차 스톡 주파수 천이를 이용한 라만 레이저를 구현하였지만, 고차 스톡 주파수 천이된 라만 레이저에서도 얼마든지 응용 가능하다. 이 경우, 라만 이득의 영역내에서만 레이저의 동작이 가능하다.
라만레이저 뿐 아니라 파장 선택폭이 넓은 이득 첨가 광섬유를 이용한 광섬유 레이저에도 활성매질의 이득 파장 범위내에서 두 개의 파장을 동시에 발진시키기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 이중 파장 레이저는 광증폭기의 펌프광원으로서 재사용될 경우, 증폭기의 이득 파장영역을 확장시킴과 동시에 이득 평탄화를 능동적으로 구현할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 이중 파장 광섬유 레이저는 종래의 구도에 비하여 경제적이며, 고출력 동작이 가능하고, 또한 출력 파장과 세기 조절이 용이한 효과가 있으며, 또한, 펌프광의 선택에 따라 여러 파장대의 광출력을 얻어 낼 수도 있고, 경제성이 높으며 안정된 레이저 동작을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 광증폭기의 펌프광원으로 재사용될 경우, 증폭기의 이득 파장 영역을 확장시킴과 동시에 이득 평탄화를 능동적으로 구현할 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 이중 파장 레이저에 있어서,펌프 광원에 대한 유도 산란을 유발시키는 제 1, 2 광섬유;상기 광섬유들에 의해 발생된 서로 다른 제 1, 2 파장의 광을 각각 공진시키며 상기 제 1, 2 파장에 따른 반사특성을 조절할 수 있는 두 종류의 단주기 광섬유 회절격자;상기 광섬유들에 펌프파장을 입력시키고, 레이저 동작파장을 출력하는 파장분할다중 광섬유 결합기; 및상기 광섬유들 사이에 연결되어 상기 공진되는 제 1, 2 파장 사이의 간섭을 제거하는 간섭제거수단를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이중 파장 광섬유 레이저.
- 이중 파장 레이저에 있어서,펌프 광원에 대한 유도 산란을 유발시키는 제 1, 2 광섬유;상기 광섬유들에 펌프파장을 입력시키고 레이저 동작파장을 출력시키는 파장분할다중 광섬유 결합기;상기 제 1 광섬유와 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자로 이루어져 상기 제 1 광섬유에 의해 발생된 제 1 파장의 광을 공진시키는 제 1 공진수단;상기 제 2 광섬유와 제 2 군의 단주기 광섬유 회절격자로 이루어져 상기 제 2 광섬유에 의해 발생된 제 2 파장의 광을 공진시키는 제 2 공진수단;상기 제 1 및 제 2 공진수단 사이에 위치하여 상기 두 공진수단간의 간섭을 제거하는 간섭제거수단; 및상기 WDM 광섬유 결합기의 레이저 출력단에 접속되어 상기 펌프광원의 펌프파장을 반사시켜 상기 제 1 및 제 2 광섬유로 재입사시키는 펌프광 반사수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이중 파장 광섬유 레이저.
- 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 간섭제거수단은,상기 제 1 파장과 제 2 파장에 대해 동시에 높은 손실을 갖는 장주기 광섬유 회절격자를 이용하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 광섬유 레이저.
- 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 간섭제거수단은,상기 제 1 파장과 제 2 파장에 대해 동시에 높은 손실을 갖는 장주기 광섬유 회절격자를 이용하되, 상기 제 1 파장에만 높은 손실을 보이는 장주기 광섬유 회절격자와 상기 제 2 파장에만 높은 손실을 보이는 장주기 광섬유 회절격자를 추가로이용하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 광섬유 레이저.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자는,상기 파장분할다중 광섬유 결합기의 펌프파장 입력단에 위치한 제 1 단주기 광섬유 회절격자;상기 제 1 광섬유와 상기 간섭제거수단 사이에 접속된 제 2 단주기 광섬유 회절격자; 및상기 파장분할다중 광섬유 결합기와 상기 제 2 광섬유 사이에 접속된 제 3 단주기 광섬유 회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 광섬유 레이저.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 2 군의 단주기 광섬유 회절격자는,상기 제 2 광섬유와 상기 간섭제거수단 사이에 위치하는 제 4 단주기 광섬유 회절격자; 및상기 제 2 광섬유와 상기 파장분할다중 광섬유 결합기 사이에 위치하는 제 5 단주기 광섬유 회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 광섬유 레이저.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 군의 단주기 광섬유 회절격자는,상기 파장분할다중 광섬유 결합기의 결합영역에 직접 새겨넣은 단주기 광섬유 회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 파장 광섬유 레이저.
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