KR100638820B1 - 업컨버젼 광섬유 레이저 장치 - Google Patents

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키요유키 카와이
용재철
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Abstract

본 발명은 업컨버젼 광섬유 레이저 장치에 관한 것으로서, 소정의 파장광을 출력하는 여기광원과, 상기 여기광원의 출력단에 연결된 일단을 가지며, 상기 여기광원의 출력광으로부터 제1 파장광을 포함한 복수의 파장광이 얻어지도록 코어가 희토류물질로 도프된 제1 광섬유와, 상기 제1 광섬유의 일단에 형성된 제1 미러와, 상기 제1 광섬유의 타단에 형성된 제2 미러로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 미러 사이의 상기 제1 광섬유에서 공진하는 상기 복수의 파장광 중 제1 파장광을 선택하여 상기 제2 미러를 통해 출력하는 제1 공진기와, 상기 제1 광섬유의 타단에 연결된 일단을 가지며, 상기 제1 공진기로부터 입사되는 제1 파장광의 출력을 증폭시키기 위한 제2 광섬유를 포함하며, 상기 제1 파장광을 제외한 나머지 다른 파장광은 상기 제1 파장광에 비해 상기 광섬유 길이당 이득이 높은 제2 파장광을 포함하며, 상기 제1 및 제2 미러는 상기 제2 파장광보다 상기 제1 파장광에 대해 높은 반사율을 가지며, 상기 제1 광섬유는 상기 제2 파장광에 비해 상기 제1 파장광이 우선적으로 발진하도록 설정된 길이를 갖는 광섬유 레이저 장치를 제공한다.
업컨버젼(up-conversion), 업컨버젼 광섬유 레이저(up-conversion fiber laser), 파장변환(wavelength conversion), 희토류 첨가 광섬유(rare earth doped fiber)

Description

업컨버젼 광섬유 레이저 장치{UP-CONVERSION FIBER LASER APPARATUS}
도1a 및 도1b는 Pr3+ 및 Yb3+이 도프된 코어를 갖는 이중클래드 광섬유와 이를 이용한 종래의 광섬유 레이저 장치를 나타낸다.
도2는 도1b의 광섬유 레이저 장치의 기본원리를 설명하기 위한 Pr3+ 및 Yb3+의 에너지레벨을 나타낸다.
도3은 본 발명의 일실시형태에 따른 광섬유 레이저 장치를 나타낸다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 광섬유 레이저 장치의 제1 공진기에서 채용되는 원리를 설명하기 위한 그래프이다.
도5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광섬유 레이저 장치를 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
30,50: 광섬유 레이저 장치 31,51: 레이저 소자
32,52: 집광소자 35,55: 제1 광섬유
36a,56a: 제1 미러 36b,56b: 제2 미러
56c: 제3 미러 37,57: 제1 공진기
38,58: 제2 광섬유 59: 제2 공진기
본 발명은 광섬유 레이저 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안정적이면서 고효율로 특정 파장의 레이저광을 얻기 위한 업컨버젼(up-conversion) 광섬유 레이저 장치에 관한 것이다.
최근에 다양한 디스플레이 및 광기록장치분야에서, 녹색 또는 청색의 단파장을 발광하는 레이저의 수요가 늘어나고 있다. 하지만, 이러한 단파장광 레이저는 적외선 또는 적색광과 같은 장파장광 레이저에 비해 제조공정이 어렵고 단가가 매우 높다는 문제가 있다.
따라서, 비교적 저렴한 장파장광 레이저를 이용하여 단파장광을 발광하는 레이저 장치의 제조기술이 활발히 연구되고 있다. 이와 관련된 종래의 기술로서, 문헌「High-power continuous wave upconversion fiber laser at room temperature」(T.Sandrock외 다수, Optics letters Vol. 22, No. 11, Jun., 1, 1997)에서 소개된업컨버젼 광섬유 레이저 장치(up-conversion fiber laser device)가 있다.
상기 문헌에는, 도1a에 도시된 바와 같이 830㎚의 출력광을 갖는 여기광원(13)과, 코어(5)에 Pr3+ 및 Yb3+인 희토류이온이 도프된 광섬유(15)를 갖는 업컨버젼 광섬유 레이저 장치(10)가 개시되어 있다.
도1b에 도시된 광섬유 레이저 장치(10)에서, 상기 여기광원은 티탄사파이어 레이저 소자(11)와 렌즈 또는 콜리메이터와 같은 집광소자(12)를 포함한다. 상기 레이저 소자(11)의 출력광은 집광소자(12)를 통해 상기 광섬유(15)의 코어(5) 또는 클래드층에 입사된다.
상기 광섬유(15)는 도1a에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 클래드층(4a,4b)에 둘러싸인 코어(5)가 Pr3+ 및 Yb3+로 도프된 구조를 갖는다. 상기 광섬유(15)에서는, 도2에 도시된 바와 같이, 여기광원(13)으로부터 약 830㎚의 광이 입사되면, Yb3+의 기저레벨 2F7/2의 전자가 여기되고 에너지레벨 2F5/2에 천이한다. 여기서 기저레벨 2F7/2에 완화될 때에, 그 에너지는 Yb3+인근의 Pr3+에 전달되고, 그 기저레벨 3H4에 있는 전자를 1G4에 여기한다. 또한, 830㎚의 여기광이 Pr3+에 직접 흡수되어 그 전자를 에너지레벨 3P0에 여기한다. 상기 레벨에서 완화될 때에, 3P0에서 3F2의 천이에 의해 635㎚의 적색광을 얻고, 3P0에서 3H5의 천이에 의해 520∼530㎚의 녹색광을 얻을 수 있다.
이렇게 얻어진 635㎚ 및 520∼530㎚의 광은 도1b에 도시된 바와 같아, 공진기(17)를 구성하는 제1 및 제2 미러(16a,16b)사이에서 공진하여 상기 각 파장의 레이저광으로 발진할 수 있다. 일반적으로, 적색광(635㎚)은 녹색광(예, 520㎚)에 비 해 이득(gain)이 높으므로, 레이저 발진 문턱치(threshold)는 적색이 녹색보다 낮다. 상기 광섬유 레이저 장치에서도 635㎚의 적색광은 520㎚의 녹색광에 비해 먼저 발진하므로, 635㎚의 적색광을 발진하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 다수의 발광변이 중 원하는 낮은 파장을 선택하여 출력하기 위해서는, 파브리페롯(Fabry-perot)을 구성하는 미러의 반사율 특성을 조절해야 한다. 즉, 상기한 광섬유 레이저 장치에서 적색광을 억제하고 녹색광을 발진하기 위해서는, 제1 및 제2 미러는 635㎚파장에 대한 낮은 반사율(바람직하게는 거의 0%)과 520∼530㎚에 대한 높은 반사율(바람직하게는 거의 100%)인 미러를 채용할 필요가 있다.
하지만, 통상적으로, 미러를 이용하여 파장에 대한 선택성을 높은 수준으로 확보하기 어려우므로, 미러의 반사율만을 조절하여 원하는 낮은 파장의 레이저 발진만을 선택하기 곤란하며, 더욱이 높은 출력을 보장하기 어렵다. 특히, 635㎚의 적색광과 520∼530㎚의 녹색광에서와 같이, 파장 차이가 크지 않은 경우에는 미러의 반사율 조절만으로는 원하는 낮은 파장광의 발진을 얻기는 더욱 어려워진다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 미러의 반사율과 광섬유의 길이를 조정하여 이득이 큰 파장의 발진을 억압하고 이득이 작은 원하는 파장을 발진시키고, 추가적인 광섬유를 이용하여 출력효율을 향상시키는 광섬유 레이저 장치를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 실현하기 위해서, 본 발명은
소정의 파장광을 출력하는 여기광원과, 상기 여기광원의 출력단에 연결된 일단을 가지며, 상기 여기광원의 출력광으로부터 제1 파장광을 포함한 복수의 파장광이 얻어지도록 코어가 희토류물질로 도프된 제1 광섬유와, 상기 제1 광섬유의 일단에 형성된 제1 미러와, 상기 제1 광섬유의 타단에 형성된 제2 미러로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 미러 사이의 상기 제1 광섬유에서 공진하는 상기 복수의 파장광 중 제1 파장광을 선택하여 상기 제2 미러를 통해 출력하는 제1 공진기와, 상기 제1 광섬유의 타단에 연결된 일단을 가지며, 상기 제1 공진기로부터 입사되는 제1 파장광의 출력을 증폭시키기 위한 제2 광섬유를 포함하며,상기 제1 파장광을 제외한 나머지 다른 파장광은 상기 제1 파장광에 비해 상기 광섬유 길이당 이득이 높은 제2 파장광을 포함하며, 상기 제1 및 제2 미러는 상기 제2 파장광보다 상기 제1 파장광에 대해 높은 반사율을 가지며, 상기 제1 광섬유는 상기 제2 파장광에 비해 상기 제1 파장광이 우선적으로 발진하도록 설정된 길이를 갖는 광섬유 레이저 장치를 제공한다.
이러한 길이는 미러의 각 파장에 대한 반사율 비율과, 여기광에 의한 광섬유 여기정도, 각 파장에서의 공진기 손실 등에 의해 결정된다.
상기 제1 미러는 거의 완전반사가 보장되도록 상기 제1 파장광에 대해 99%이상의 반사율을 가지며, 상기 제2 미러는 상기 제1 파장광의 안정적인 발진이 보장 되도록 상기 제1 파장광에 대해 80%이상이면서 상기 제1 미러의 반사율보다는 작은 반사율을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 구체적인 실시형태에서, 상기 제1 광섬유의 코어는 Pr+3 및 Yb+3이 도프된 것을 사용할 수 있다. 이 경우에, 상기 여기광원의 반도체 레이저 소자는 출력파장이 800∼1000㎚인 적외선 레이저일 수 있다. 도프된 코어에 얻어진는 복수의 파장광은 상기 제1 파장광과 함께 상기 제1 파장광보다 높은 제2 파장광을 포함하며, 상기 제1 파장광은 520∼530㎚의 파장을 갖는 녹색광이고, 상기 제2 파장광은 635㎚의 파장을 갖는 적색광일 수 있다.
본 발명에 따른 제1 공진기로부터 얻어진 제1 파장광은 안정적이고 낮은 문턱(threshold)에서 발진하지만, 출력이 낮다는 제한성이 있다. 이를 극복하기 위해서, 본 발명은 제1 파장광 출력을 높히기 위한 제2 광섬유를 추가하는 방안을 제안한다. 이러한 방안은 2가지 실시형태로 제안될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 제2 광섬유는 통상의 광섬유형 증폭기일 수 있다. 이와 달리, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 제2 광섬유와 추가적인 미러를 포함한 인젝션 라킹형 제2 공진기를 추가할 수 있다. 상기 제2 공진기는 상기 제1 공진기와 공유되는 상기 제2 미러와 상기 제2 광섬유의 타단에 형성된 제3 미러로 이루어질 수 있다. 이러한 구조에서는, 상기 제2 미러로부터 주입되는 상기 제1 파장광의 파장과 일치하는 파장만을 증폭하는 인젝션 라킹 레이저(injection locking laser)원리가 적용된다. 상기 제3 미러는 상대적으로 낮은 반사율을 갖는 미러가 사용된다. 상기 제3 미러의 반사율은 바람직하게 4∼30%, 보다 바람직하게는 약 10%정도의 반사율을 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 일실시형태에 따른 광섬유 레이저 장치(30)를 나타낸다.
도3을 참조하면, 상기 광섬유 레이저 장치(30)는 여기광원(33)과 제1 광섬유(35)를 갖는 제1 공진기(37) 및 광증폭기용 제2 광섬유(38)를 포함한다.
상기 여기광원(33)은 반도체 레이저 소자(31)와 그로부터 출력된 광을 상기 제1 광섬유(35)의 코어 또는 클래드에 집속시킬 수 있는 렌즈 또는 콜리메이터와 같은 집광소자(32)로 이루어진다.
상기 제1 광섬유(35)는 상기 레이저 출력광으로부터 원하는 제1 파장광을 업컨버젼현상에 의해서 발생시킬 수 있도록 적절한 희토류이온으로 도프된 코어를 갖는다. 상기 희토류이온에 의해 레이저 소자(31)의 출력광은 제1 파장광을 포함한 복수의 파장광(예, 제2 파장광 포함)을 발진시킬 수 있다.
상기 제1 공진기(37)는 상기 제1 광섬유(35)의 일단에 마련된 제1 미러(36a)와 상기 제1 광섬유(35)의 타단에 마련된 제2 미러(36b)를 포함한다. 상기 제1 공진기(37)에서, 원하는 제1 파장광을 낮은 문턱치에서 발진시켜 상기 제2 미러를 통해 출력할 수 있도록 상기 제1 및 제2 미러(36a,36b)는 상기 제1 파장광에 대해 고 반사성(HR) 미러로 구성되며, 상기 제2 미러(36b)는 상기 제1 미러(36a)보다 낮은 반사율을 갖는다. 바람직하게, 상기 제1 미러(36a)는 거의 완전반사성을 갖는 것이 요구되며, 바람직하게는 상기 제1 파장광에 대해 99%이상의 반사율을 갖는다. 상기 제2 미러(36b)는 상기 제1 파장광에 대해 80%이상의 반사율(보다 바람직하게는 90%이상)을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서, 원하는 제1 파장광은 다른 제2 파장광보다 이득이 작을 경우에 사용된다. 예를 들어, 도프된 희토류원소가 Pr3+ 인 경우에, 그 에너지레벨에서, 녹색파장(520∼530㎚)광은 적색파장(635㎚)에 비해 광섬유 단위길이당 이득이 작다. 따라서, 본 발명에서는, 녹색파장과 같은 이득이 작은 제1 파장광을 선택적으로 발진하기 위해서는 상기 제1 및 제2 미러(36a,36b)는 제1 파장광에 대해 비교적 높은 선택성을 갖는다. 이러한 제1 및 제2 미러(36a,36b)는 다이크로닉 미러(dichronic mirror)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 미러(36a,36b)의 파장선택성을 기반하여 제2 파장광보다 제1 파장광이 우선적으로 발진할 수 있도록 제1 광섬유(35)의 길이(L1)를 적절히 감소시키는 것이 요구된다. 본 발명에서 채용되는, 제1 파장광의 선택성을 보장하기 위해 제1 광섬유 길이를 조절하는 원리는 도4a 및 도4b에서 상세히 설명히기로 한다.
상기 제1 광섬유(35)의 길이(L1)를 감소시켜 이득이 높은 다른 파장광은 억제하고 상기 제1 파장광을 우선 발진시키는 경우에는, 그 출력이 감소되고, 높은 변환효율을 기대하기 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 제1 파장광의 출력을 증가시 키기 위한 제2 광섬유(38)를 상기 제1 광섬유(35)의 타단에 연결시킨다.
본 실시형태와 같이, 상기 제2 광섬유(38)는 통상적인 광섬유 광증폭기일 수 있다. 상기 제2 광섬유(38)는 상기 제2 미러(36b)로부터 입사된 제1 파장광을 증폭시키는 역할을 한다. 증폭도 역시 업컨버젼에 의한 이득에 의해서 발생하며, 제2 광섬유(38)도 상기 여기광원(33)에 의해 공통으로 여기되도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 상대적으로 제1 파장광에 대해 높은 반사율을 갖는 제1 및 제2 미러(36a,36b)로 구성된 공진기(37)에서 제1 광섬유(35)의 길이를 단축함으로써 상대적으로 단위길이당 이득이 작은 제1 파장광을 우선적으로 발진시키고, 그 파장광의 출력을 광섬유 증폭기(38)를 통해 증폭시킴으로써 우수한 변환효율을 갖는 광섬유 레이저 장치(30)를 제공할 수 있다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 광섬유 레이저 장치의 제1 공진기에서 채용되는 원리를 설명하기 위한 그래프이다. 본 그래프는, 도3과 유사한 구조에서, 코어가 Pr3+/Yb3+가 도프된 광섬유와 830㎚ 파장인 여기광원을 사용할 때에, 635㎚ 및 520∼530㎚파장광이 각각 발진될 수 있는 형태를 참고하여 설명될 수 있다.
상기 제1 미러 및 상기 제2 미러가 각각 520∼530㎚에서 99.9%, 90.0%의 반사율을 가지며, 업컨버젼 광섬유(즉, 제1 광섬유)는 길이 전체에 대해 동일하게 여기된다고 가정하고, 635㎚ 및 520∼530㎚ 파장광의 단위길이당 이득을 각각 Kr. Kg라 할 때에, 제1 광섬유의 길이(L1)에 따른 각 파장광의 이득은 아래와 같다.
Gr = KrL1
Gg = KgL1
또한, Pr3+에서 Kr>Kg이므로, 두 파장광에 대한 이득은 도4a와 같은 그래프로 도시할 수 있다. 즉, 635㎚ 파장광에 대한 이득(Gr)은 520∼530㎚ 파장광에 대한 이득(Gg)보다 크며, 그 이득차(ΔG)는 제1 광섬유 길이가 커질수록 증가함을 알 수 있다.
따라서, 635㎚ 파장광을 억압하고 520∼530㎚ 파장광을 발진시키기 위해서, 제1 공진기의 양 미러는 520∼530㎚파장에 대한 반사율(Rg)은 높고 635㎚파장에 대한 반사율(Rr, 바람직하게는 0%)은 낮은 것이 요구되지만, 이러한 미러는 실제로 구현하기 어렵다. 특히, 본 예와 같이 두 파장의 차이가 매우 적은 경우에는, 미러의 반사율 선택성만으로는 거의 불가능하다.
미러의 Rr/Rg는 0.1∼0.5범위에서 구현할 수 있다. 이와 같이, 통상적인 Rr/Rg는 제한되므로, 635㎚ 파장광에 대한 발진문턱과 520∼530㎚ 파장광에 대한 발진문턱을 각각 Tr, Tg라 할 때에, 각 파장광의 발진문턱(Tr,Tg)과 제1 광섬유의 길이관계는 도4b와 같은 그래프로 도시할 수 있다. 여기서, L0는 발진을 위한 최소 광섬유길이를 의미한다.
즉, 상기 제1 광섬유의 길이가 Lc보다 클 경우에는, 미러의 파장선택성이 있더라도 두 파장광의 이득차가 커지므로 635㎚ 파장광에 대한 발진문턱(Tr)이 낮으며, 따라서, 635㎚ 파장광이 우선적으로 발진하지만, 상기 제1 광섬유의 길이가 Lc 보다 작을 때는, 520∼530㎚ 파장광에 대한 발진문턱(Tg)이 작으므로, 520∼530㎚ 파장광이 우선적으로 발진할 수 있다.
이러한 원리를 이용하여, 적절한 미러의 파장선택성을 갖는 조건에서 광섬유의 길이로 감소시킴으로써 낮은 이득을 갖는 제1 파장광을 우선적으로 발진시킬 수 있다.
도5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 광섬유 레이저 장치(50)를 나타낸다.
도5를 참조하면, 상기 광섬유 레이저 장치(50)는 도3에 도시된 형태와 유사하게 여기광원(53)과, 제1 광섬유(55)를 갖는 제1 공진기(57) 및 제2 광섬유(58)를 갖는 제2 공진기(59)를 포함하며, 상기 여기광원(53)은 반도체 레이저 소자(51)와 그로부터 출력된 광을 상기 제1 광섬유(57)에 집속시킬 수 있는 렌즈 또는 콜리메이터와 같은 집광소자(52)를 포함한다.
상기 제1 광섬유(57)는 상기 레이저 출력광으로부터 원하는 제1 파장광을 발생시킬 수 있도록 Pr+3/Yb+3와 같은 희토류이온으로 도프된 코어를 갖는다. 예를 들어, 상기 반도체 레이저 소자(51)의 출력광이 810∼850㎚일 때에, Pr+3/Yb+3에 도프된 코어에서는 635㎚ 및 520∼530㎚ 파장광이 발진될 수 있다.
상기 제1 공진기(57)는 상기 제1 광섬유(55)의 일단에 마련된 제1 미러(56a)와 상기 제1 광섬유(55)의 타단에 마련된 제2 미러(56b)를 포함한다. 바람직하게, 상기 제1 미러(56a)는 거의 완전반사성을 갖도록, 원하는 파장광에 대해 99%이상의 반사율을 가지며, 상기 제2 미러(56b)는 상기 원하는 파장광에 대해 80%이상의 반사율을 갖는다. 또한, 상기 제1 및 제2 미러(56a,56b)는 원하는 파장광에 대한 높은 선택성을 갖는다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 미러(56a,56b)는 635㎚에서보다 높은 520∼530㎚에서의 반사율을 갖는다.
이와 같은 제1 및 제2 미러(56a,56b)를 이용하여, 높은 반사율을 갖는 제1 파장광을 낮은 문턱치에서 발진시켜 상기 제2 미러(56b)를 통해 출력할 수 있는 제1 공진기(57)를 구성할 수 있다.
또한, 미러의 파장선택성과 함께 제2 파장광보다 낮은 이득을 갖는 제1 파장광이 우선적으로 발진할 수 있도록 제1 광섬유(55) 길이를 적절한 수준으로 감소시키는 것이 요구된다. 이러한 제1 광섬유(55) 길이(L1)의 감소로 인해 상기 제1 파장광을 우선 발진하지만, 그 출력이 감소된다. 이러한 감소된 제1 파장광의 출력을 증가시키기 위한 제2 광섬유(58)를 상기 제1 광섬유(55)의 타단에 연결시킨다.
본 실시형태에서는, 상기 제2 광섬유(58)에 상기 제2 미러(56b)와 추가적인 제2 공진기(59)를 구성하기 위해서 상기 제2 광섬유(58)의 타단에 제3 미러(56c)로 형성한다. 이러한 제2 공진기(59)는 인젝션 라킹 레이저 원리를 이용하여 상기 제2 미러(56b)로부터 주입되는 상기 제1 파장광의 파장과 일치하는 파장광만을 증폭하여 상기 제3 미러(56c)를 통해 출력할 수 있다. 상기 제3 미러(56c)는 충분한 출력 증가를 위해서, 바람직하게는 제1 파장광에 대해 4∼30%의 반사율을 가지며, 보다 바람직하게는 약 10%의 반사율을 갖는다. 또한, 상기 제2 광섬유(58)는 상기 제1 광섬유(55)와 달리 효율을 높히기 위한 발진조건을 고려하여 충분한 길이(L2)를 갖도록 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는, 제2 광섬유(58)도 여기광원(53)에 의해 공통으로 여기되는 구조를 갖지만, 제2 광섬유(58)를 위한 별도의 여기광원을 가질 수 도 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 상대적으로 제1 파장광에 대해 높은 반사율을 갖는 제1 및 제2 미러(56a,56b)로 구성된 제1 공진기(57)에서 제1 광섬유(55)의 길이(L1)를 감소시킴으로써 상대적으로 작은 이득을 갖는 제1 파장광을 우선적으로 발진시키고, 그 파장광의 낮은 출력을 제2 공진기(59)의 인젝션 라킹 레이저 원리를 통해 증폭시켜 향상시킴으로써 우수한 변환효율을 갖는 광섬유 레이저 장치(50)를 제공할 수 있다.
도3 및 도5에 도시된 광섬유 레이저 장치는 상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유를 구분하여 도시하고 설명하였으나, 제1 및 제2 광섬유는 하나의 광섬유의 다른 부분일 수 있다. 이 경우에, 상기 미러는 광섬유 격자 미러일 수 있다. 상기 미러로는 다이크로닉 미러 또는 광섬유 격자 미러 외에도 본 발명의 반사율조건을 만족하면 다양한 형태가 채용될 수 있다.
또한, 본 발명에 채용되는 제1 및 제2 광섬유는 단일모드 광섬유, 멀티모드 광섬유, 이중클래딩 광섬유, 편광유지 광섬유로 구성된 그룹으로부터 선택된 것일 수 있다.
상술된 실시형태에서는, 제1 및 제2 광섬유가 공통으로 하나의 여기광원에 의해 여기되는 구조를 갖지만, 각각 독립적인 여기광원을 사용하거나, 복수의 여기광원으로 각 광섬유를 여기시키는 공지된 다양한 구조로 변형되어 실시될 수 있으며, 이 범위 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광섬유의 길이를 조절하여 제한된 미러의 파장선택성을 극복함으로써 보다 효과적으로 장파장의 발진을 억압하고 단파장의 발진시키는 동시에, 추가적인 광섬유를 이용하여 출력효율을 향상시킴으로써 높은 변환효율을 갖는 광섬유 레이저 장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 소정의 파장광을 출력하는 여기광원;
    상기 여기광원의 출력과 연결된 일단을 가지며, 상기 출력광으로부터 업컨버젼현상에 의해 제1 파장광을 포함한 복수의 파장광이 얻어지도록 코어가 희토류물질로 도프된 제1 광섬유;
    상기 제1 광섬유의 일단에 형성된 제1 미러와, 상기 제1 광섬유의 타단에 형성된 제2 미러로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 미러 사이의 상기 제1 광섬유에서 공진하는 상기 복수의 파장광 중 제1 파장광을 선택하여 상기 제2 미러를 통해 출력하는 제1 공진기; 및
    상기 제1 광섬유의 타단에 연결된 일단을 가지며, 상기 제1 공진기로부터 입사되는 제1 파장광의 출력을 증폭시키기 위한 제2 광섬유를 포함하며,
    상기 제1 파장광을 제외한 나머지 다른 파장광은 상기 제1 파장광에 비해 상기 광섬유 길이당 이득이 높은 제2 파장광을 포함하고, 상기 제1 및 제2 미러는 상기 제2 파장광보다 상기 제1 파장광에 대해 높은 반사율을 가지며, 상기 제1 광섬유는 상기 제2 파장광에 비해 상기 제1 파장광이 우선적으로 발진하도록 설정된 길이를 갖는 광섬유 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 미러는 상기 제1 파장광에 대해 99%이상의 반사율을 가지며,
    상기 제2 미러는 상기 제1 파장광에 대해 80%이상의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광섬유의 코어는 Pr+3 및 Yb+3이 도프된 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 여기광원은 반도체 레이저 소자와 집광소자를 포함하며, 상기 레이저 소자는 출력파장이 800∼1000㎚인 적외선 레이저인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 파장광은 520∼530㎚의 파장을 가지며, 상기 제2 파장광은 635㎚의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 장치.
  6. 제1항에 있어서
    상기 제2 광섬유는 광섬유형 업컨버젼 증폭기인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 미러와 상기 제2 광섬유의 타단에 형성된 제3 미러로 이루어진 인젝션 라킹형 제2 공진기를 더 포함하며, 상기 제2 공진기는 상기 제2 미러로부터 주입되는 상기 제1 파장광의 파장과 일치하는 파장만을 업컨버젼현상을 이용하여 증폭하여 상기 제3 미러를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 미러는 4∼30%의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광섬유 및 제2 광섬유는 하나의 광섬유이며,
    상기 제2 미러는 광섬유 격자 미러인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 광섬유는 단일모드 광섬유, 멀티모드 광섬유, 이중클래딩 광섬유, 편광유지 광섬유로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 장치.
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