KR100785096B1 - 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저 - Google Patents

희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저 Download PDF

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조영준
김종석
김승택
강성복
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저는, 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저와; 상기 반도체 레이저로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈와; 상기 집광렌즈를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광을 출력하고 이테르븀 이온에 의해 흡수되지 않은 950nm∼975nm 파장대역의 반도체 레이저에서 발출된 광이 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와; 상기 이테르븀 첨가 광섬유로부터 발출 입사된 적외광을 950nm∼975nm 파장대역과 1050nm∼1150nm 파장대역으로 분배 출력하는 커플러와; 상기 커플러를 통해 분배된 적외광 중 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역의 광에 의해 툴륨(Tm) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광을 출력하는 툴륨(Tm) 첨가 광섬유와; 상기 커플러를 통해 분배된 적외광 중 이테르븀(Yb) 이온에 의해 흡수되지 않은 950nm∼975nm 파장대역의 반도체 레이저에서 발출된 광에 의해 에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 525nm 파장대역의 녹색광을 출력하는 에르븀(Er) 첨가 광섬유와; 상기 커플러를 통해 분배된 각 파장의 적외광이 각각 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 측과 에르븀(Er) 첨가 광섬유 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 하는 공진기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명에 의하면, 상기 이테르븀(Yb) 이온에 의해 상위 변환 여기되 어 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 이테르븀(Yb) 이온에 의해 흡수되지 않은 950nm∼975nm 파장대역의 반도체 레이저에서 발출된 적외광을 각각 툴륨(Tm) 이온과 에르븀(Er) 이온에 의해 상위 변환 여기시켜 최적상태인 480nm 파장대역의 블루(Blue) 레이저와 525nm 파장대역의 그린(Green) 레이저를 방출할 수 있도록 함과 아울러, 하나의 반도체 레이저 여기 광원으로 상기한 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 및 에르븀(Er) 첨가 광섬유를 통해 동시에 최적의 블루 레이저와 그린 레이저를 함께 생성할 수 있는 등의 탁월한 효과가 있다.
광섬유 레이저, 가시광선 영역, 반도체 레이저, 집광렌즈, 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유, 커플러, 툴륨(Tm) 첨가 광섬유, 에르븀(Er) 첨가 광섬유, 공진기, 반사소자, 블루 레이저, 그린 레이저

Description

희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저{A rare-earth doped fiber laser at visible wavelength}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 가시광선 레이저를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 광섬유의 단면도 및 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 광섬유의 굴절률을 나타낸 그래프.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 광섬유 가시광선 레이저 중 툴륨(Tm) 이온과 에르븀(Er) 이온의 에너지 준위를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저에 대한 다른 실시예도.
도 6은 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저에 대한 또 다른 실시예도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10. 반도체 레이저 20. 집광렌즈
30. 제 1 반사소자 40. 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유
50. 제 2 반사소자 60. 툴륨(Tm) 첨가 광섬유
70. 제 3 반사소자 80. 에르븀(Er) 첨가 광섬유
90. 커플러 100. 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유
110. 제 1 렌즈 120. 제 2 렌즈
130. 제 4 반사소자
본 발명은 가시광선 영역의 광섬유 가시광선 레이저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 레이저의 출력단에 이테르븀(Yb) 이온의 상위 변환에 의해 입사된 적외 파장을 증폭 발진시키기 위한 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유를 설치하고, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 출력단에 분배기를 통한 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 및 에르븀(Er) 첨가 광섬유를 설치하며, 상기 각 광섬유의 입력단에 공진기 구성을 위한 반사소자를 각각 설치함으로써, 상기 이테르븀(Yb) 이온에 의해 상위 변환 여기되어 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 이테르븀(Yb) 이온에 의해 흡수되지 않은 950nm∼975nm 파장대역의 반도체 레이저 적외광을 각각 툴륨(Tm) 이온과 에르븀(Er) 이온에 의해 상위 변환 여기시켜 최적상태인 480nm 파장대역의 블루(Blue) 레이저와 525nm 파장대역의 그린(Green) 레이저를 방출할 수 있도록 함과 아울러, 하나의 반도체 레이저 여기 광원으로 상기한 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 및 에르븀(Er) 첨가 광섬유를 통해 동시에 최적의 블루 레이저와 그린 레이저를 함께 생성할 수 있도록 한 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저에 관한 것이다.
일반적으로, TV나 모니터 등 컬러로 표시되는 표시장치는 흔히 빛의 3원색이라 불리는 R(Red; 레드), G(Green; 그린), B(Blue; 블루)를 통해 컬러색을 표현하 게 되는데, 이 때 R, G, B에 의한 컬러는 각각 별도의 광원을 이용하며, 상기한 R, G, B 3원색이 혼합되어 컬러영상의 각종 다른 색상들을 생성한다.
상기와 같은 3원색 중 레드(Red)는 현재 반도체 레이저 광원이 상업적으로 이용 가능하나 그린(Green)과 블루(Blue)에 해당하는 반도체 레이저는 기술적으로 불가능 혹은 현재 R&D(Research & Development) 단계에 있다.
이에 대한 대처방법으로 반도체 레이저를 여기광원으로 이용하는 고체 레이저 또는 광섬유 레이저를 현재 연구, 개발 중에 있으며, 특히 상기한 광섬유 레이저의 경우 반도체 레이저의 출력단과 펌핑된 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유 사이에 반사수단을 두어 상기 반도체 레이저로부터 발출된 975nm 파장대역의 적외광을 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로 입력시켜 이테르븀(Yb) 이온에 의해 상위 변환 여기되어 1120nm 파장대역으로 발진하는 적외광과 함께 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저의 발출광 즉, 975nm 파장대역의 적외광이 토륨(Thorium: Th) 첨가 광섬유 측으로 발진 입사되면서 970nm 및 1120nm 파장대역의 적외광이 토륨(Th) 이온에 의해 상위 변환 여기되어 각각 546nm 및 480nm 파장의 가시광선 영역 즉, 그린(Green) 레이저와 블루(Blue) 레이저의 발진이 이루어지게 된다.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래 광섬유 레이저 즉, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와 토륨(Th) 첨가 광섬유를 이용한 광섬유 레이저의 경우 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 방출된 적외광을 상위 변환 여기시켜 블루(Blue)와 그린(Green) 레이저를 발생시키는 토륨(Th) 첨가 광섬유의 토륨(Th)이 악티늄계열에 속하는 방사성원소로서 사람의 인체가 방사능에 노출되어 사용상 어려움이 많은 커다란 문제점이 있었다.
또한, 상기 토륨(Th) 첨가 광섬유가 연결 설치된 종래의 광섬유 레이저를 장기간 사용할 경우 인체가 방사능에 감염되어 인체에 큰 해가 미치게 되는 등의 문제점이 발생하게 되며, 상기한 토륨(Th) 첨가 광섬유를 대체할 수 있는 물질이 요구되고 있는 실정이다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은, 반도체 레이저의 출력단에 이테르븀(Yb) 이온의 상위 변환에 의해 입사된 적외 파장을 증폭 발진시키기 위한 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유를 설치하고, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 출력단에 분배기를 통한 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 및 에르븀(Er) 첨가 광섬유를 설치하며, 상기 각 광섬유의 입력단에 공진기 구성을 위한 반사소자를 각각 설치함으로써, 상기 이테르븀(Yb) 이온에 의해 상위 변환 여기되어 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 툴륨(Tm) 이온과 에르븀(Er) 이온에 의해 상위 변환 여기시켜 최적상태인 480nm 파장대역의 블루(Blue) 레이저와 525nm 파장대역의 그린(Green) 레이저를 방출할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유 가시광선 레이저의 경우 종래 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와 함께 사용되었던 토륨(Th) 첨가 광섬유 대신 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 및 에르븀(Er) 첨가 광섬유 또는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유를 사용함으로써, 악티늄계열에 속하는 방사성원소인 토륨(Th)에 의해 인체가 방사능 위험에 노출되는 것을 방지함과 아울러, 상기한 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 및 에르븀(Er) 첨가 광섬유를 통해 인체에 해가 없는 최적의 블루 레이저와 그린 레이저를 생성할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저는, 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저와;
상기 반도체 레이저로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈와;
상기 집광렌즈를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와;
상기 이테르븀 첨가 광섬유로부터 발출 입사된 적외광을 950nm∼975nm 파장대역과 1050nm∼1150nm 파장대역으로 분배 출력하는 커플러와;
상기 커플러를 통해 분배된 적외광 중 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역의 광에 의해 툴륨(Tm) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광을 출력하는 툴륨(Tm) 첨가 광섬유와;
상기 커플러를 통해 분배된 적외광 중 반도체 레이저의 발출광인 950nm∼975nm 파장대역의 광에 의해 에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 525nm 파장대 역의 녹색광을 출력하는 에르븀(Er) 첨가 광섬유와;
상기 커플러를 통해 분배된 각 파장의 적외광이 각각 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 측과 에르븀(Er) 첨가 광섬유 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 하는 공진기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 공진기는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단으로부터 커플러를 포함하여 툴륨(Tm) 첨가 광섬유의 입력단 사이와, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단으로부터 커플러를 포함하여 에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단 사이에 반사소자를 각각 설치하여 구성하되; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단과 툴륨(Tm) 첨가 광섬유의 입력단에는 각각 제 1, 2 반사소자를 설치하여 하나의 공진기 구조를 이루고, 상기 에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단에는 제 3 반사소자를 설치하여 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단에 설치된 제 1 반사소자와 제 3 반사소자를 통해 또 하나의 공진기 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 제 1 반사소자는 미러, 광섬유 회절격자(FBG), 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 제 2 반사소자는 미러 또는 툴륨(Tm) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면인 것을 특징으로 한다.
이와 더불어, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 제 3 반사소자는 미러 또는 에르븀(Er) 첨가 광섬유의 코팅된 코팅단면인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 대한 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저는, 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저와; 상기 반도체 레이저로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈와; 상기 집광렌즈를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광에 의해 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광을 출력하는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 발진된 각 파장의 적외광이 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 하는 공진기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명에 대한 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 공진기는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단으로부터 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단 사이에 제 1, 2 반사소자를 각각 설치 구성함과 아울러, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단과 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단에 설치된 제 1, 2 반사소자에 의해 하나의 공진기 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 대한 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 제 1 반사소자는 미러, 광섬유 회절격자(FBG), 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 대한 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 제 2 반사소자는 미러 또는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면인 것을 특징으로 한다.
그 다음, 본 발명에 대한 또 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저는, 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저와; 상기 반도체 레이저로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈와; 상기 집광렌즈를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광에 의해 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광을 출력하는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 발진된 각 파장의 적외광이 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단과 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단에 제 1, 2 반사소자를 각각 설치하여 이루어진 공진기로 구성되되;
상기 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온의 상위 변환 여기에 의해 출력되는 청색광 및 녹색광의 레이저가 제 2 반사소자로부터 100% 반사작용이 이루어지지 않고 상기 반도체 레이저 측으로 되돌아가 상기 반도체 레이저를 손상시키는 것을 방지할 수 있도록 상기 제 2 반사소자의 양측과 상단에 각각 2개의 렌즈(제 1, 2 렌즈)와 1개의 반사소자(제 4 반사소자)가 설치 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명에 대한 또 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 제 2 반사소자는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온의 상위 변환 여기에 의해 출력되는 청색광 및 녹색광의 레이저가 상기 반도체 레이저 측으로 되돌아가지 않고 제 4 반사소자 측으로 대응 반사될 있도록 상기 제 4 반사소자와 대응되게 경사져 설치된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 대한 또 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 제 1 반사소자는 미러, 광섬유 회절격자(FBG), 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 제 2 반사소자는 미러, 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 제 4 반사소자는 미러인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저(이하, 광섬유 가시광선 레이저라 함.)를 도면과 대비하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 가시광선 레이저를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 광섬유의 단면도 및 측면도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 광섬유의 굴절률을 나타낸 그래프이다.
또한, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 광섬유 가시광선 레이저 중 툴륨(Tm) 이온과 에르븀(Er) 이온의 에너지 준위를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 광섬유 가시광선 레이저는, 도 1에 도시한 바와 같이 보조 광원 (미도시)으로부터 입사된 빛을 흡수하여 전자를 더 높은 에너지 상태로 여기시켜 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저(10)와; 상기 반도체 레이저(10)로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈(20)와; 상기 집광렌즈(20)를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저(10)의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 발출 입사된 적외광을 950nm∼975nm 파장대역과 1050nm∼1150nm 파장대역으로 분배 출력하는 커플러(90)와; 상기 커플러(90)를 통해 분배된 적외광 중 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역의 광에 의해 툴륨(Tm) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광을 출력하는 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)와; 상기 커플러(90)를 통해 분배된 적외광 중 공진기의 유도방출로 발진된 950nm∼975nm 파장대역의 광에 의해 에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 525nm 파장대역의 녹색광을 출력하는 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)와; 상기 커플러(90)를 통해 분배된 각 파장의 적외광이 각각 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60) 측과 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80) 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 하는 공진기를 포함하여 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저에 대하여 상세히 설명하기에 앞서, 광섬유 구조에 대해 설명하되, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)를 예로 하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
이에 따른 상기 광섬유의 경우 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 크게 반 사 또는 굴절에 의해 광에너지를 전파하는 부전도성의 도파관으로서 굴절률이 높은 코어(core)와 상기 코어를 둘러싸고 있으면서 굴절률이 낮은 영역인 클래딩(cladding)으로 구성되어 있으며, 입력된 광신호가 코어와 클래딩의 경계면에서 전반사를 반복하면서 도파한다.
이 때, 상기 광섬유 중 코어의 경우 지름이 약 2∼50㎛이면서 이테르븀(Yb)이 첨가된 실리카 광섬유(Ytterbium-doped Silica Fiber)로 이루어져 있는데, 상기한 실리카 광섬유는 현재 가장 많이 사용되고 있는 광섬유로서, 높은 온도(약 1000℃)에서도 변형이 잘 이루어지지 않고, 열팽창 계수가 작기 때문에 갑작스런 온도 변화에도 깨지지 않는 특성을 갖고 있다.
또한 상기 클래딩의 경우 지름은 약 100∼600㎛이면서 실리카(SiO2)로 이루어져 있는데, 상기한 클래딩은 광섬유를 구성하는 바깥 부분으로서, 코어처럼 석영계(즉, 실리카로 산화규소(SiO2)를 주성분으로 한 것) 유리 성분으로 제조되며, 상기 코어에 입사된 광에너지가 광섬유 밖으로 방출되지 못하도록 코어보다 굴절률이 다소 낮게 제조된다.
그리고, 상기 클래딩의 외측에는 합성수지재인 폴리머(polymer)로 코팅(Low Index Coating)되어 있어 습기나 마모로부터 광섬유를 보호하면서 취급을 용이하게 하는 역할을 수행한다.
이와 같이 구성된 광섬유 측으로 반도체 레이저(10)로부터 발출된 적외 파장의 레이저광이 입사되면 도 3에 도시한 바와 같이 광섬유 중 클래딩에서는 반도체 레이저(10)의 적외광인 950nm∼975nm 파장대역, 바람직하게는 975nm 파장의 광이 방출되고, 상기 이테르븀(Yb)이 첨가된 코어에서는 이테르븀(Yb) 이온의 상위 변환 여기에 의한 1050nm∼1150nm 파장대역, 바람직하게는 1060nm 파장의 광이 방출되게 된다.
또한, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 반도체 레이저(10)의 경우 세미컨덕터 레이저(Semiconductor Laser) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode; 'LD') 라고도 하는데, 이는 반도체 레이저 순방향 반도체 접합을 능동 매질로 사용하여 레이저를 발생시키는 다이오드 즉, 보조 광원으로부터 입사된 빛을 흡수하여 전자를 더 높은 에너지 상태로 여기시켜 적외 파장의 레이저광을 발출하는 다이오드로서, 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)를 반전시키기 위한 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 발출하여 975nm 파장의 펌핑광을 발생하여 집광렌즈(20) 및 공진기를 구성하는 제 1 반사소자(30)를 거쳐 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40) 측으로 입사되게 된다.
그리고, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 집광렌즈(20)의 경우 반도체 레이저(10)로부터 발출된 광을 집광하여 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40) 측으로 출력하는 요소로서, 중앙이 두꺼운 볼록렌즈로 이루어져 있으며, 상기 반도체 레이저(10)로부터 적외 파장의 광이 방출되면 상기 방출된 적외 파장의 광을 모아 광학적 상(像)을 맺어 이테르븀 첨가 광섬유(40) 측으로 출력시킨다.
또한, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 경우 전술한 광섬유 구조에서 예시적으로 설명한 바와 같이 이테르븀(Yb) 이온이 첨가된 코어와 상기 코어를 둘러싸고 있는 클래딩 및 상기 클래딩의 외측에 폴리머 코팅이 이루어진 코팅부로 구성되어 있어, 집광렌즈(20)를 통해 입사된 반도체 레이저(10) 광 즉, 적외 파장의 레이저광에 유도 방출되어 레이저 발진을 일으키게 된다.
즉, 상기 반도체 레이저(10)로부터 발출된 고전력 에너지인 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 이득매체인 희토류의 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 코어에 입사되게 되면 상기 코어에 입사된 적외광은 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)에 첨가되어 있는 희토류 이온인 이테르븀(Yb)을 상위 변환 여기시키면서 자발방출광(ASE: Amplified Spontaneous Emission)이 발생하게 되는데, 이 때 발생되는 자발방출광(ASE)은 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40) 내로 입력됨과 아울러 유도방출(stimulated emission)에 의해 입력된 신호광인 자발방출광이 950nm∼975nm 파장대역에서 1050nm∼1150nm 파장대역으로 증폭되는 등 상기와 같은 과정을 반복함으로써 레이저 발진이 이루어지게 된다.
더욱이, 상기와 같이 이테르븀(Yb)을 여기시키는 여기광원의 파장이 950nm∼975nm 파장대역의 광으로 1050nm∼1150nm 파장대역의 발진 파장에 가까워 상기한 여기광원 에너지의 90% 이상을 레이저 발진에 사용할 수 있고 열 발생도 적어 효율적인 발진이 가능해진다.
그리고, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 커플러(90)의 경우 한 곳의 광신호를 여러 곳으로 분배하거나 이와 반대로 여러 곳에서 오는 광신호를 한 곳으로 집합시키는 광결합기(Optical Coupler)로서, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 출력단에 연결되어 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 발진되어 입사된 적외광 즉, 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60) 측과 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80) 측으로 분배 출력한다.
또한, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)의 경우 전술한 광섬유 구조와 마찬가지로 툴륨(Tm) 이온이 첨가된 코어와 상기 코어를 둘러싸고 있는 클래딩 및 상기 클래딩의 외측에 폴리머 코팅이 이루어진 코팅부로 구성되어 있으며, 상기 커플러(90)를 통해 분배 출력된 적외광 중 공진기의 유도방출로 발진된 고전력 에너지인 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광이 이득매체인 희토류의 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)의 코어에 입사되게 되면 상기 코어에 입사된 적외광은 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)에 첨가되어 있는 희토류 이온인 툴륨(Tm)을 상위 변환 여기시키면서 자발방출광(ASE)이 발생하게 되는데, 이 때 발생되는 자발방출광(ASE)은 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60) 내로 입력됨과 아울러 유도방출에 의해 입력된 신호광인 자발방출광이 1050nm∼1150nm 파장대역에서 480nm 파장대역으로 상위 변환되는 등 상기와 같은 과정을 반복함으로써 레이저 발진이 이루어지되, 도 4a와 같이 상위 변환된 480nm의 파장에 의해 청색광의 레이저가 발진되게 된다.
그리고, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)의 경우 전술한 광섬유 구조와 마찬가지로 에르븀(Er) 이온이 첨가된 코어와 상기 코어를 둘러싸고 있는 클래딩 및 상기 클래딩의 외측에 폴리머 코팅이 이루어진 코팅부로 구성되어 있으며, 상기 커플러(90)를 통해 분배 출력된 적외광 중 공진기의 유도방출로 발진된 고전력 에너지인 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 이 득매체인 희토류의 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)의 코어에 입사되게 되면 상기 코어에 입사된 적외광은 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)에 첨가되어 있는 희토류 이온인 에르븀(Er)을 상위 변환 여기시키면서 자발방출광(ASE)이 발생하게 되는데, 이 때 발생되는 자발방출광(ASE)은 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80) 내로 입력됨과 아울러 유도방출에 의해 입력된 신호광인 자발방출광이 950nm∼975nm 파장대역에서 525nm 파장대역으로 상위 변환되는 등 상기와 같은 과정을 반복함으로써 레이저 발진이 이루어지되, 도 4b와 같이 상위 변환된 525nm의 파장에 의해 녹색광의 레이저가 발진되게 된다.
이와 더불어, 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 중 상기 공진기의 경우 커플러(90)를 통해 분배된 각 파장의 적외광 즉, 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60) 측과 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80) 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 하는 요소로서, 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단으로부터 커플러(90)를 포함하여 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)의 입력단 사이와, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단으로부터 커플러(90)를 포함하여 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)의 입력단 사이에 반사소자(30,50,70)를 각각 설치하여 구성하되; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단과 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)의 입력단에는 각각 제 1, 2 반사소자(30,50)를 설치하여 하나의 공진기 구조를 이루고, 상기 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)의 입력단에는 제 3 반사소자(70)를 설치하여 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단에 설치된 제 1 반사소자(30)와 제 3 반사소자(70)를 통해 또 하나의 공진기 구 조를 이루고 있다.
이러한 공진기의 구성요소 중 상기 제 1 반사소자(30)의 경우 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단에 설치되어 반도체 레이저(10)로부터 발출되는 적외 파장의 레이저광은 통과시키고, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)에서 방출된 적외 파장의 레이저광은 반사시키는 등 특정영역의 역방향 증폭자발광을 광섬유로 재전송하는 반사기로서, 상기 반도체 레이저(10)의 여기광인 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 통과시켜 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로 입사시키고, 상기 입사된 적외광은 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)에서 상위 변환되어 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광으로 방출되는데, 이 때 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)에서 상위 변환되어 발진되는 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광을 반사시킨다.
즉, 상기한 제 1 반사소자(30)의 경우 고반사기(High Reflection)인 동시에 고투과기(High Transmission)로서, 반도체 레이저(10)로부터 발출된 950nm∼975nm 파장대역 적외선 레이저광을 펌핑(Pumping) 통과시켜 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로 출력 입사시키지만 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)에서 상위 변환된 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광은 반사하여 레이저(Laser)로 방출된다.
이와 더불어, 상기 제 1 반사소자(30)의 경우 미러(mirror) 이외에 광섬유 회절격자(Fiber Bragg Grating; FBG) 뿐만 아니라 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단이 코팅된 코팅단면을 반사기로 사용할 수 있고, 상기와 같이 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단을 코팅(Low Index Coating)하는 대신에 이테르븀이 첨가된 실리카(Silica) 광섬유를 사용할 수 있으며, 사용자의 임의에 따라 반 사기를 설치하지 않을 수도 있다.
이와 같이 반사기로서 상기 제 1 반사소자(30)를 광섬유 회절격자로 사용시에는 고반사기로서 1050nm∼1150nm 파장대역 중 원하는 특정파장의 적외광을 반사하고, 상기 제 1 반사소자(30)를 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단 코팅면으로 사용시에는 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광을 50% 이상 반사시킬 수 있으며, 상기 제 1 반사소자를 반사기로 설치하지 않을 경우 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광은 자발방출광(ASE)으로 입사된다.
그리고, 상기한 제 1 반사소자(30)와 함께 하나의 공진기를 구성하는 제 2 반사소자(50)의 경우 커플러(90)의 출력단과 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)의 입력단 사이에 설치되어 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 방출된 적외 파장의 레이저광은 통과시키고, 상기 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)에서 방출된 가시광 파장의 레이저광은 반사시키는 등 특정영역의 역방향 증폭자발광을 광섬유로 재전송하는 반사기로서, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 커플러(90)에 의해 상호 분배되어 상기 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광이 제 2 반사소자(50)로 입사되게 되면 상기 파장의 적외광 즉, 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광을 통과시켜 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)로 입사시키고, 상기 입사된 적외광은 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)에서 상위 변환되어 480nm 파장대역의 청색광이 방출되는데, 이 때 상기 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)에서 상위 변환되어 발진되는 480nm 파장대역의 청색광을 반사시킨다.
즉, 상기한 제 2 반사소자(50)의 경우 고반사기로 가시광선(Visible)을 반사하는 동시에 고투과기로 적외선(Infrared Ray)을 투과하는 특성을 가지고 있기 때문에 제 1 반사소자(30)와 제 2 반사소자(50)에 의한 공진기를 통해 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광이 유도방출에 의해 증폭되어 레이저 발진에 따라 상기 제 2 반사소자(50)를 통과하여 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)에 입사시키지만 상기 툴륨(Tm) 첨가 광섬유(60)에서 상위 변환된 480nm 파장대역의 청색광은 반사하여 블루(Blue) 레이저로 방출된다.
이와 더불어, 상기 제 2 반사소자(50)의 경우 미러 이외에 툴륨(Tm) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면을 반사기로 사용할 수도 있다.
또한, 상기 제 1 반사소자(30)와 함께 또 하나의 공진기를 구성하는 제 3 반사소자(70)의 경우 커플러(90)의 출력단과 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)의 입력단 사이에 설치되어 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 방출된 적외 파장의 레이저광은 통과시키고, 상기 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)에서 방출된 가시광 파장의 레이저광은 반사시키는 등 특정영역의 역방향 증폭자발광을 광섬유로 재전송하는 반사기로서, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 커플러(90)에 의해 상호 분배되어 상기 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 제 3 반사소자(70)로 입사되게 되면 상기 파장의 적외광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 통과시켜 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)로 입사시키고, 상기 입사된 적외광은 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)에서 상위 변환되어 525nm 파장대역의 녹색광이 방출되는데, 이 때 에르븀(Er) 첨 가 광섬유(80)에서 상위 변환되어 발진되는 525nm 파장대역의 녹색광을 반사시킨다.
즉, 상기한 제 3 반사소자(70)의 경우 고반사기로 가시광선을 반사하는 동시에 고투과기로 적외선을 투과하는 특성을 가지고 있기 때문에 제 1 반사소자(30)와 제 3 반사소자(70)에 의한 공진기를 통해 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 유도방출에 의해 증폭되어 레이저 발진에 따라 상기 제 3 반사소자(70)를 통과하여 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)에 입사시키지만 상기 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)에서 상위 변환된 525nm 파장대역의 녹색광은 반사하여 그린(Green) 레이저로 방출된다.
이와 더불어, 상기 제 3 반사소자(70)의 경우 미러 이외에 에르븀(Er) 첨가 광섬유(80)의 코팅된 코팅단면을 사용할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저에 대한 다른 실시예를 나타낸 것이다.
한편, 본 발명에 대한 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저는, 도 5에 도시한 바와 같이 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저(10)와; 상기 반도체 레이저(10)로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈(20)와; 상기 집광렌즈(20)를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 950nm∼975nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저(10)의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외 광에 의해 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광을 출력하는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 발진된 각 파장의 적외광이 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100) 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 하는 공진기를 포함하여 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예인 광섬유 가시광선 레이저에 있어, 반도체 레이저(10), 집광렌즈(20) 및 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 경우 도 1에 도시된 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 구성요소 중 반도체 레이저(10), 집광렌즈(20) 및 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)와 동일 구조로 이루어져 있어 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예인 광섬유 가시광선 레이저 중 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 경우 도 1과 같이 구성된 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저에서 기술한 광섬유 구조와 마찬가지로 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온이 첨가된 코어와 상기 코어를 둘러싸고 있는 클래딩 및 상기 클래딩의 외측에 폴리머 코팅이 이루어진 코팅부로 구성되어 있으며, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 공진기의 유도방출로 발진된 고전력 에너지인 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저(10)의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 이득매체인 희토류의 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 코어에 입사되게 되면 상기 코어에 입사된 적외광은 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)에 첨가되어 있는 희토류 이온인 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 을 상위 변환 여기시키면서 자발방출광(ASE)이 발생하게 되는데, 이 때 발생되는 자발방출광(ASE)은 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100) 내로 입력됨과 아울러 유도방출에 의해 입력된 신호광인 자발방출광이 1050nm∼1150nm 파장대역에서 480nm 파장대역으로 상위 변환에 의한 청색광의 레이저와 950nm∼975nm 파장대역에서 525nm 파장대역으로 상위 변환에 의한 녹색광의 레이저가 발진되게 된다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예인 광섬유 가시광선 레이저 중 공진기의 경우 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 발진된 각 파장의 적외광 즉, 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100) 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 하는 요소로서, 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단으로부터 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 입력단 사이에 제 1, 2 반사소자(30,50)를 각각 설치 구성함과 아울러, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단과 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 입력단에 설치된 제 1, 2 반사소자(30,50)에 의해 하나의 공진기 구조를 이루고 있다.
이러한 공진기의 구성요소 중 상기 제 1 반사소자(30)의 경우 도 1에 도시된 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저 구성요소 중 공진기를 이루는 제 1 반사소자(30)와 동일 구조 및 동일 역할을 수행함에 따라 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 미러(mirror) 이외에 광섬유 회절격자(Fiber Bragg Grating; FBG) 뿐만 아니라 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단이 코팅된 코팅단면을 반사기로 사용할 수 있고, 상기와 같이 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단을 코팅(Low Index Coating)하는 대신에 이테르븀이 첨가된 실리카(Silica) 광섬유를 사 용할 수 있으며, 사용자의 임의에 따라 반사기를 설치하지 않을 수도 있다.
이와 같이 반사기로서 상기 제 1 반사소자(30)를 광섬유 회절격자로 사용시에는 고반사기로서 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광 모두를 반사하고, 상기 제 1 반사소자(30)를 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단 코팅면으로 사용시에는 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광을 50% 이상 반사시킬 수 있으며, 상기 제 1 반사소자를 반사기로 설치하지 않을 경우 1050nm∼1150nm 파장대역의 적외광은 자발방출광(ASE)으로 입사된다.
또한, 상기 제 1 반사소자(30)와 함께 하나의 공진기를 구성하는 제 2 반사소자(50)의 경우 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 출력단과 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 입력단 사이에 설치되어 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 방출된 적외 파장의 레이저광은 통과시키고, 상기 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)에서 방출된 가시광 파장이 레이저광은 반사시키는 등 특정영역의 역방향 증폭자발광을 광섬유로 재전송하는 반사기로서, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 제 2 반사소자(50)로 입사되게 되면 상기 파장의 적외광 즉, 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 통과시켜 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)로 입사시키고, 상기 입사된 적외광은 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)에서 상위 변환되어 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광이 방출되는데, 이 때 상기 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)에서 상위 변환되어 발진되는 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광을 반사시킨다.
즉, 상기한 제 2 반사소자(50)의 경우 고반사기로 가시광선(Visible)을 반사하는 동시에 고투과기로 적외선(Infrared Ray)을 투과하는 특성을 가지고 있기 때문에 제 1 반사소자(30)와 제 2 반사소자(50)에 의한 공진기를 통해 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 유도방출에 의해 증폭되어 레이저 발진에 따라 상기 제 2 반사소자(50)를 통과하여 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)에 입사시키지만 상기 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)에서 상위 변환된 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광은 반사하여 각각 블루(Blue) 레이저와 그린(Green) 레이저로 방출된다.
이와 더불어, 상기 제 2 반사소자(50)의 경우 미러 이외에 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 입력단이 코팅된 코팅단면을 반사기로 사용할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 광섬유 가시광선 레이저에 대한 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.
그 다음, 본 발명에 대한 또 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저는, 도 5에 도시한 본 발명의 다른 실시예인 광섬유 가시광선 레이저 구조 즉, 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저(10)와; 상기 반도체 레이저(10)로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈(20)와; 상기 집광렌즈(20)를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 950nm∼975nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저(10)의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬 유(40)와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광에 의해 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광을 출력하는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 발진된 각 파장의 적외광이 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100) 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단과 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 입력단에 제 1, 2 반사소자(30,50)를 각각 설치하여 이루어진 공진기로 구성된 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저를 기본 구조로 하되, 상기한 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저 중 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)로부터 발진되는 청색광 및 녹색광의 레이저가 제 2 반사소자(50)로부터 100% 반사되지 않고 반도체 레이저(10) 측으로 되돌아가 상기 반도체 레이저(10)를 손상시키는 것을 방지할 수 있도록 하기 위하여 도 6에 도시한 바와 같이 상기 제 2 반사소자(50)의 양측과 상단에 각각 2개의 렌즈(제 1, 2 렌즈)(110,120)와 1개의 반사소자(제 4 반사소자)(130)를 설치 구성한 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 또 다른 실시예인 광섬유 가시광선 레이저에 있어, 반도체 레이저(10), 집광렌즈(20), 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40), 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 경우 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예인 광섬유 가시광선 레이저 구성요소 중 반도체 레이저(10), 집광렌즈(20), 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40), 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)와 동일 구조로 이루어져 있어 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예인 광섬유 가시광선 레이저 중 공진기의 경우 도 5에 도시한 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저의 구성요소 중 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 입력단과 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 입력단에 제 1, 2 반사소자(30,50)를 각각 설치하여 이루어진 공진기와 동일한 구조로 이루어짐과 동시에 동일한 역할을 수행함에 따라 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 이 때 상기 제 1 반사소자는 미러, 광섬유 회절격자(FBG), 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 제 2 반사소자는 미러, 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어져 있다.
그리고, 상기한 공진기 구조에 있어 제 2 반사소자(50)의 경우 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온의 상위 변환 여기에 의해 상기 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)로부터 출력 발진되는 청색광 및 녹색광의 레이저가 상기 반도체 레이저(10) 측으로 되돌아가지 않고 제 4 반사소자 측으로 대응 반사될 있도록 상기 제 4 반사소자와 대응되게 경사져 설치되어 있다.
또한, 또 다른 실시예의 광섬유 가시광선 레이저에 있어, 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)로부터 발진되는 청색광 및 녹색광의 레이저가 제 2 반사소자(50)로부터 100% 반사되지 않고 반도체 레이저(10) 측으로 되돌아가 반도체 레이저(10)를 손상시키는 것을 방지하기 위해 상기 제 2 반사소자(50)의 입력단 및 출력단과 상기 제 2 반사소자(50)의 상단에 제 1 렌즈(110) 및 제 2 렌즈(120)와 제 4 반사소자(130)가 각각 설치되어 있는데, 이 때 상기 제 1 렌즈(110) 및 제 2 렌즈(120)의 경우 반도체 레이저(10)와 공진기 중 제 1 반사소자(30) 사이에 설치되어 상기 반도체 레이저(10)로부터 발출된 적외 파장의 레이저광을 집광하여 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40) 측으로 출력하는 집광렌즈(20)와 동일 구조인 중앙이 두꺼운 볼록렌즈로 이루어져 있으면서 이테르븀 첨가 광섬유(40)에서 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 1, 2차로 모아 광학적 상(像)을 맺어 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100) 측으로 출력시킨다.
즉, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)에서 출력된 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)의 출력단과 연결 접속된 제 1 렌즈(110)를 통해 집광되어 제 2 반사소자(50) 측으로 방출되게 되고, 상기와 같이 방출된 적외광은 고반사기이면서 고투과로서 가시광선은 반사시키고 적외선은 투과시키는 제 2 반사소자(50)를 통과하여 제 2 렌즈(120)로 입사되면서 상기 제 2 렌즈(120)를 통해 집광되어 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100) 측으로 출력되게 된다.
그리고, 상기 제 2 반사소자(50)의 상단에 설치된 제 4 반사소자(130)의 경우 미러로 이루어져 있으며, 가시광선을 반사시키는 고반사기로서 제 2 반사소자(50)에서 반사된 레이저광 중 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광인 가시광선을 반사시키게 되는데, 이 때 상기와 같이 제 2 반사소자(50)의 상단에 제 4 반사소자(130)를 설치할 경우 이득매질인 툴륨-에르븀 첨가 광섬유에서 증폭하고 발생하는 원하지 않는 역반사(back reflection)에 의해 광시스템에 영향을 주는 여러 가지 광학적 특성을 차단할 수 있다.
이상의 또 다른 실시예인 광섬유 가시광선 레이저의 작동과정에 있어, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 방출됨과 동시에 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)에 입사되어 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온의 상위 변환 여기에 의해 상기 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)로부터 청색광 및 녹색광의 레이저가 발진되는 과정까지를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기와 같이 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광이 제 1 렌즈(110)를 거쳐 집광된 상태로 제 2 반사소자(50)에 입사됨과 동시에 고반사기이면서 고투과로서 가시광선은 반사시키고 적외선은 투과시키는 제 2 반사소자(50)를 통과하여 제 2 렌즈(120)를 거쳐 집광된 상태로 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100) 측으로 입사되게 되면 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)에서 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광이 방출되는데, 이 때 상기 제 2 반사소자(50)는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유(40)로부터 발진되어 제 1 렌즈(110)를 거쳐 공급되는 적외 파장의 레이저광인 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 광은 투과시키지만 상기 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)로부터 발진된 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광인 가시광선은 반사시킨다.
그리고, 상기 제 2 반사소자에서 반사된 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광은 다시 상기 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)로부터 출력 발진되는 청색광 및 녹색광의 레이저가 상기 반도체 레이저(10) 측으로 되돌아가는 역반사(back reflection)가 일어나지 않도록 하기 위해 상기 제 2 반사소자(50)의 상단에 설치된 제 4 반사소자(130)에 의해 다시 반사되어 480nm 파장대역과 525nm 파장대역에 의한 블루(Blue) 레이저와 그린(Green) 레이저가 방출되게 된다.
즉, 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)의 입력단인 동시에 제 2 반사소자(50)의 상측에 제 4 미러(130)를 설치하지 않을 경우 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유(100)로부터 원하지 않은 광이 역반사에 의해 반도체 레이저(10) 측으로 되돌아올 시 상기 반도체 레이저(10)는 여러 가지 시스템 성능에 악영향을 미치는 광학적 특성들이 나타나게 되며, 이 때 물론 950nm∼975nm 파장대역의 적외 파장을 발출하는 반도체 레이저(10)도 광원이기 때문에 반사되어 펌프광으로 입사할 경우 950nm∼975nm 파장대역 적외선 반도체 레이저(10) 효율이 크게 떨어지거나 손상을 입게 되는 등의 문제점을 발생시키게 된다.
이상에서와 같이 상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명의 광섬유 가시광선 레이저는, 반도체 레이저의 출력단에 이테르븀(Yb) 이온의 상위 변환에 의해 입사된 적외 파장을 증폭 발진시키기 위한 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유를 설치하고, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 출력단에 분배 기를 통한 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 및 에르븀(Er) 첨가 광섬유를 설치하며, 상기 각 광섬유의 입력단에 공진기 구성을 위한 반사소자를 각각 설치함으로써, 상기 이테르븀(Yb) 이온에 의해 상위 변환 여기되어 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 방출된 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 툴륨(Tm) 이온과 에르븀(Er) 이온에 의해 상위 변환 여기시켜 최적상태인 480nm 파장대역의 블루(Blue) 레이저와 525nm 파장대역의 그린(Green) 레이저를 방출할 수 있는 등의 탁월한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유 가시광선 레이저의 경우 종래 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와 함께 사용되었던 토륨(Th) 첨가 광섬유 대신 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 및 에르븀(Er) 첨가 광섬유 또는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유를 사용함으로써, 악티늄계열에 속하는 방사성원소인 토륨(Th)에 의해 인체가 방사능 위험에 노출되는 것을 방지함과 아울러, 상기한 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 및 에르븀(Er) 첨가 광섬유를 통해 인체에 해가 없는 최적의 블루 레이저와 그린 레이저를 생성할 수 있는 등의 효과 역시 있다.

Claims (12)

  1. 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저와;
    상기 반도체 레이저로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈와;
    상기 집광렌즈를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와;
    상기 이테르븀 첨가 광섬유로부터 발출 입사된 적외광을 950nm∼975nm 파장대역과 1050nm∼1150nm 파장대역으로 분배 출력하는 커플러와;
    상기 커플러를 통해 분배된 적외광 중 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역의 광에 의해 툴륨(Tm) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광을 출력하는 툴륨(Tm) 첨가 광섬유와;
    상기 커플러를 통해 분배된 적외광 중 공진기의 유도방출로 발진된 950nm∼975nm 파장대역의 광에 의해 에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 525nm 파장대역의 녹색광을 출력하는 에르븀(Er) 첨가 광섬유와;
    상기 커플러를 통해 분배된 각 파장의 적외광이 각각 툴륨(Tm) 첨가 광섬유 측과 에르븀(Er) 첨가 광섬유 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 하는 공진기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공진기는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단으로부터 커플러를 포함하여 툴륨(Tm) 첨가 광섬유의 입력단 사이와, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단으로부터 커플러를 포함하여 에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단 사이에 반사소자를 각각 설치하여 구성하되;
    상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단과 툴륨(Tm) 첨가 광섬유의 입력단에는 각각 제 1, 2 반사소자를 설치하여 하나의 공진기 구조를 이루고, 상기 에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단에는 제 3 반사소자를 설치하여 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단에 설치된 제 1 반사소자와 제 3 반사소자를 통해 또 하나의 공진기 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 반사소자는 미러, 광섬유 회절격자(FBG), 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 반사소자는 미러 또는 툴륨(Tm) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면인 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 반사소자는 미러 또는 에르븀(Er) 첨가 광섬유의 코팅된 코팅단면인 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  6. 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저와;
    상기 반도체 레이저로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈와;
    상기 집광렌즈를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와;
    상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광에 의해 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광을 출력하는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유와;
    상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 발진된 각 파장의 적외광이 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 하는 공진기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 공진기는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단으로부 터 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단 사이에 제 1, 2 반사소자를 각각 설치 구성함과 아울러, 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단과 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단에 설치된 제 1, 2 반사소자에 의해 하나의 공진기 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 반사소자는 미러, 광섬유 회절격자(FBG), 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 반사소자는 미러 또는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면인 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  10. 적외 파장의 레이저광을 발출하는 반도체 레이저와; 상기 반도체 레이저로부터 발출된 광을 집광하여 출력하는 집광렌즈와; 상기 집광렌즈를 통해 입사된 광에 의해 이테르븀(Yb) 이온이 상위 변환 여기되어 1050nm∼1150nm 파장대역과 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유에서 흡수가 이루어지지 않은 반도체 레이저의 발출광 즉, 950nm∼975nm 파장대역의 적외광을 각각 출력하는 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 공진기의 유도방출로 발진된 1050nm∼1150nm 파장대역과 950nm∼975nm 파장대역의 적외광에 의해 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온이 상위 변환 여기되어 480nm 파장대역의 청색광과 525nm 파장대역의 녹색광을 출력하는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유와; 상기 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유로부터 발진된 각 파장의 적외광이 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유 측으로 유도방출에 의해 증폭 발진되도록 이테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단과 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단에 제 1, 2 반사소자를 각각 설치하여 이루어진 공진기로 구성되되;
    상기 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온의 상위 변환 여기에 의해 출력되는 청색광 및 녹색광의 레이저가 제 2 반사소자로부터 100% 반사작용이 이루어지지 않고 상기 반도체 레이저 측으로 되돌아가 상기 반도체 레이저를 손상시키는 것을 방지할 수 있도록 상기 제 2 반사소자의 양측과 상단에 각각 2개의 렌즈(제 1, 2 렌즈)와 1개의 반사소자(제 4 반사소자)가 설치 구성된 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  11. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 반사소자는 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 이온의 상위 변환 여기에 의해 출력되는 청색광 및 녹색광의 레이저가 상기 반도체 레이저 측으로 되돌아가지 않고 제 4 반사소자 측으로 대응 반사될 있도록 상기 제 4 반사소자와 대응되게 경사져 설치된 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 반사소자는 미러, 광섬유 회절격자(FBG), 이 테르븀(Yb) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 제 2 반사소자는 미러, 툴륨(Tm)-에르븀(Er) 첨가 광섬유의 입력단이 코팅된 코팅단면 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 제 4 반사소자는 미러인 것을 특징으로 하는 희토류 원소가 첨가된 광섬유 가시광선 레이저.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013019204A1 (en) * 2011-08-01 2013-02-07 Ipg Photonics Corporation Method and apparatus for processing materials with composite structure
KR20200052615A (ko) * 2018-11-07 2020-05-15 주식회사 케이엘 의료용 펄스 레이저 발생기

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100424630B1 (ko) * 2002-02-14 2004-03-25 삼성전자주식회사 엘-밴드 어븀첨가 광섬유 증폭기
KR20050037617A (ko) * 2003-10-20 2005-04-25 재단법인서울대학교산학협력재단 광섬유 증폭기용 희토류 원소 첨가 광섬유 및 이를 이용한광섬유 증폭기
KR100498952B1 (ko) * 2003-05-17 2005-07-04 삼성전자주식회사 이득 평탄화된 광대역 어븀 첨가 광섬유 증폭기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100424630B1 (ko) * 2002-02-14 2004-03-25 삼성전자주식회사 엘-밴드 어븀첨가 광섬유 증폭기
KR100498952B1 (ko) * 2003-05-17 2005-07-04 삼성전자주식회사 이득 평탄화된 광대역 어븀 첨가 광섬유 증폭기
KR20050037617A (ko) * 2003-10-20 2005-04-25 재단법인서울대학교산학협력재단 광섬유 증폭기용 희토류 원소 첨가 광섬유 및 이를 이용한광섬유 증폭기

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013019204A1 (en) * 2011-08-01 2013-02-07 Ipg Photonics Corporation Method and apparatus for processing materials with composite structure
KR20200052615A (ko) * 2018-11-07 2020-05-15 주식회사 케이엘 의료용 펄스 레이저 발생기
KR102310237B1 (ko) * 2018-11-07 2021-10-08 주식회사 케이엘 의료용 펄스 레이저 발생기

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