KR100928242B1 - All-optical pulsed fiber laser module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 간편한 방식으로 높은 품질의 레이저 펄스를 얻기 위한 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 관한 것으로, 제 1 FBG 및 제 2 FBG 사이에 레이저 발진용 광섬유를 가지며, 상기 제 1 FBG의 반사율이 상기 제 2 FBG의 반사율 보다 큰 공진 공동; 상기 레이저 발진용 광섬유를 여기시켜 발진 레이저를 얻기 위한 제1 펌핑광을 공급하는 제1 펌핑광원; 및 상기 발진 레이저 또는 상기 제1 펌핑광의 주기적인 Q-스위칭을 유도하여 펄스형 레이저를 발생시키는 전광식 가변형 광감쇠기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈이 제공된다.
광섬유, 레이저, 펄스
The present invention relates to an all-optical pulsed optical fiber laser module for obtaining a high quality laser pulse in a simple manner, having an optical fiber for laser oscillation between a first FBG and a second FBG, wherein the reflectance of the first FBG is the second; A resonant cavity greater than the reflectance of the FBG; A first pumping light source for supplying a first pumping light for exciting the laser oscillation optical fiber to obtain an oscillation laser; And an all-optical variable type optical attenuator for generating a pulsed laser by inducing periodic Q-switching of the oscillating laser or the first pumping light.
Fiber optic, laser, pulse
Description
본 발명은 광섬유 레이저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간편한 방식으로 높은 품질의 레이저 펄스를 얻기 위한 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a fiber laser, and more particularly to an all-optical pulsed fiber laser module for obtaining a high quality laser pulse in a convenient manner.
최근 몇 년 동안, 보다 양호한 빔 품질, 양자 효율 그리고 시스템 소형화로 인해, 광섬유 레이저가 많은 측면에서 종래의 고체 레이저 보다 매력적이다. 고출력 또는 펄스형 광섬유 레이저는 흔히 다양한 실제 적용 예들을 위한 탁월한 대안이 된다.In recent years, due to better beam quality, quantum efficiency and system miniaturization, fiber lasers are more attractive than conventional solid state lasers in many respects. High power or pulsed fiber lasers are often an excellent alternative for a variety of practical applications.
Q-스위칭(Q-switching)은 펄스형 레이저 출력을 발생시키는 잘 알려진 기법이며 많은 방법들이 제시되어왔다. 광섬유 레이저에서 Q-스위칭을 이루기 위하여, 음향-광 변조기(Acoustic Optical Modulator) 그리고 다양한 포화 흡수기(saturable absorber)들이 널리 이용되어 왔다. Q-switching is a well known technique for generating pulsed laser output and many methods have been proposed. In order to achieve Q-switching in fiber lasers, acoustic optical modulators and various saturable absorbers have been widely used.
하지만, 이러한 AOM을 활용할 경우, 전광식이 아니기 때문에 모듈레이터로의 접속 손실로 인해 레이저의 파워가 크지 않은 단점이 있다. 따라서 최종적으로 레 이저 제품으로 만들 경우, 모듈레이터 입력단의 레이저 파워를 증대시켜야 하기 때문에 경제적이지 못하다. 또한 모듈레이터를 이용하기 때문에 펄스 주기는 수십 ns로 한정되어 있다. However, when using the AOM, the laser power is not large due to loss of connection to the modulator because it is not all-optical. Therefore, the final laser product is not economical because the laser power at the modulator input must be increased. In addition, since the modulator is used, the pulse period is limited to tens of ns.
한편, 벌크 Q-스위칭 장치들은 광섬유 레이저 공동속으로 결합하기 위해, 광섬유 콜리메이팅 요소들을 이용해야만 하며, 이는 시스템 복잡성을 증가시키고 레이저 출력 안정성은 떨어진다. On the other hand, bulk Q-switching devices must use fiber collimating elements to couple into the fiber laser cavity, which increases system complexity and decreases laser output stability.
따라서 간편한 방식으로 높은 품질의 레이저 펄스를 얻기 위한 전광식 펄스형 광섬유 레이저를 구성하는 것이 보다 절실히 요청된다.Therefore, there is an urgent need to construct an all-optical pulsed fiber laser to obtain high quality laser pulses in a simple manner.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 간편한 방식으로 높은 품질의 레이저 펄스를 얻기 위한 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈을 제공하는 데에 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, it is an object of the present invention to provide an all-optical pulsed fiber laser module for obtaining a high quality laser pulse in a simple manner.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구성은, 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈로서, 제 1 FBG 및 제 2 FBG 사이에 레이저 발진용 광섬유를 가지며, 상기 제 1 FBG의 반사율이 상기 제 2 FBG의 반사율 보다 큰 공진 공동; 상기 레이저 발진용 광섬유를 여기시켜 발진 레이저를 얻기 위한 제 1 펌핑광을 공급하는 제 1 펌핑광원; 및 상기 발진 레이저 또는 상기 제1 펌핑광의 주기적인 Q-스위칭을 유도하여 펄스형 레이저를 발생시키는 전광식 가변형 광감쇠기를 포함한다. A configuration according to the present invention for achieving the above object is an all-optical pulsed optical fiber laser module, having a laser oscillation optical fiber between the first FBG and the second FBG, the reflectance of the first FBG is the reflectance of the second FBG Larger resonant cavities; A first pumping light source for supplying a first pumping light to excite the laser oscillation optical fiber to obtain an oscillation laser; And an all-optical variable light attenuator for inducing periodic Q-switching of the oscillating laser or the first pumped light to generate a pulsed laser.
바람직하게는, 상기 전광식 가변형 광감쇠기는, 장주기 격자쌍이 미리 정해진 패턴으로 형성된 비선형 광섬유; 및 상기 비선형 광섬유에 제 2 펌핑광을 공급하기 위한 제 2 펌핑광원을 포함하고, 상기 비선형 광섬유의 코어층은 나노미터 크기의 반도체 미립자, 나노미터 크기의 금속 미립자, 또는 희토류 원소를 함유한다.Preferably, the all-optical variable type optical attenuator includes: a nonlinear optical fiber in which a long period grating pair is formed in a predetermined pattern; And a second pumping light source for supplying a second pumping light to the nonlinear optical fiber, wherein the core layer of the nonlinear optical fiber contains nanometer-sized semiconductor particles, nanometer-sized metal particles, or rare earth elements.
바람직하게는, 상기 반도체 미립자는 PbTe, PbS, PbSe, SnTe, CuCl, CdS 및 CdSe으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the semiconductor fine particles are selected from the group consisting of PbTe, PbS, PbSe, SnTe, CuCl, CdS and CdSe.
바람직하게는, 상기 금속 미립자는 Au, Ag, Cu 로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the metal fine particles are selected from the group consisting of Au, Ag, Cu.
바람직하게는, 상기 희토류 원소는 Er, Nd, Yb, Tb, Pr, Eu, Dy, Tm, Ho 및 Sm으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the rare earth element is selected from the group consisting of Er, Nd, Yb, Tb, Pr, Eu, Dy, Tm, Ho and Sm.
바람직하게는, 상기 전광식 가변형 광감쇠기는, 장주기 격자가 미리 정해진 패턴으로 각각에 형성되어 전체적으로 장주기 격자쌍을 이루는 한 쌍의 광섬유; 상기 한 쌍의 광섬유의 각각의 일단 사이에 융착되는 비선형 광섬유; 및 상기 비선형 광섬유에 제2 펌핑광을 공급하기 위한 제2 펌핑광원을 포함하고, 상기 비선형 광섬유의 코어층은 나노미터 크기의 반도체 미립자, 나노미터 크기의 금속 미립자, 또는 희토류 원소를 함유한다.Preferably, the all-optical variable type optical attenuator includes: a pair of optical fibers in which a long period grating is formed in each of a predetermined pattern to form a long period grating pair as a whole; A nonlinear optical fiber fused between one end of each of the pair of optical fibers; And a second pumping light source for supplying a second pumping light to the nonlinear optical fiber, wherein the core layer of the nonlinear optical fiber contains nanometer-sized semiconductor particles, nanometer-sized metal particles, or rare earth elements.
바람직하게는, 상기 반도체 미립자는 PbTe, PbS, PbSe, SnTe, CuCl, CdS 및 CdSe으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the semiconductor fine particles are selected from the group consisting of PbTe, PbS, PbSe, SnTe, CuCl, CdS and CdSe.
바람직하게는, 상기 금속 미립자는 Au, Ag, Cu 및 Si 으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the metal fine particles are selected from the group consisting of Au, Ag, Cu and Si.
바람직하게는, 상기 희토류 원소는 Er, Nd, Yb, Tb, Pr, Eu, Dy, Tm, Ho 및 Sm으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the rare earth element is selected from the group consisting of Er, Nd, Yb, Tb, Pr, Eu, Dy, Tm, Ho and Sm.
바람직하게는, 상기 전광식 가변형 광감쇠기는, 제3 FBG가 미리 정해진 패턴을 따라 형성된 광섬유; 상기 광섬유의 일단에 융착되는 비선형 광섬유; 및 상기 비선형 광섬유에 제 2 펌핑광을 공급하기 위한 제 2 펌핑광원을 포함하고, 상기 비선형 광섬유의 코어층은 나노미터 크기의 반도체 미립자, 나노미터 크기의 금속 미립자, 또는 희토류 원소를 함유한다.Preferably, the all-optical variable type optical attenuator includes: an optical fiber having a third FBG formed along a predetermined pattern; A nonlinear optical fiber fused to one end of the optical fiber; And a second pumping light source for supplying a second pumping light to the nonlinear optical fiber, wherein the core layer of the nonlinear optical fiber contains nanometer-sized semiconductor particles, nanometer-sized metal particles, or rare earth elements.
바람직하게는, 상기 반도체 미립자는 PbTe, PbS, PbSe, SnTe, CuCl, CdS 및 CdSe으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the semiconductor fine particles are selected from the group consisting of PbTe, PbS, PbSe, SnTe, CuCl, CdS and CdSe.
바람직하게는, 상기 금속 미립자는 Au, Ag, Cu 및 Si 으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the metal fine particles are selected from the group consisting of Au, Ag, Cu and Si.
바람직하게는, 상기 희토류 원소는 Er, Nd, Yb, Tb, Pr, Eu, Dy, Tm, Ho 및 Sm으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the rare earth element is selected from the group consisting of Er, Nd, Yb, Tb, Pr, Eu, Dy, Tm, Ho and Sm.
바람직하게는, 상기 전광식 가변형 광 감쇠기는, 제3 FBG가 미리 정해진 패턴으로 형성된 비선형 광섬유; 및 상기 비선형 광섬유에 제 2 펌핑광을 공급하기 위한 제 2 펌핑광원을 포함하고, 상기 비선형 광섬유의 코어층은 나노미터 크기의 반도체 미립자, 나노미터 크기의 금속 미립자, 또는 희토류 원소를 함유한다.Preferably, the all-optical variable type optical attenuator includes: a nonlinear optical fiber having a third FBG formed in a predetermined pattern; And a second pumping light source for supplying a second pumping light to the nonlinear optical fiber, wherein the core layer of the nonlinear optical fiber contains nanometer-sized semiconductor particles, nanometer-sized metal particles, or rare earth elements.
바람직하게는, 상기 반도체 미립자는 PbTe, PbS, PbSe, SnTe, CuCl, CdS 및 CdSe으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the semiconductor fine particles are selected from the group consisting of PbTe, PbS, PbSe, SnTe, CuCl, CdS and CdSe.
바람직하게는, 상기 금속 미립자는 Au, Ag, Cu 및 Si 으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the metal fine particles are selected from the group consisting of Au, Ag, Cu and Si.
바람직하게는, 상기 희토류 원소는 Er, Nd, Yb, Tb, Pr, Eu, Dy, Tm, Ho 및 Sm으로 이루어진 군으로부터 선택된다.Preferably, the rare earth element is selected from the group consisting of Er, Nd, Yb, Tb, Pr, Eu, Dy, Tm, Ho and Sm.
본 발명에 의하면, 간편한 방식으로 높은 품질의 레이저 펄스를 제공하는 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain an all-optical pulsed fiber laser module that provides a high quality laser pulse in a simple manner.
또한, 본 발명에 의하면, 가변형 광감쇠기를 구성하는 비선형 광섬유의 코어 속의 도펀트를 달리함으로써 미리초 10-3s, 마이크로초 10-6s, 나노초 10-9s, 피코초 10-12s, 펨토초 10-15s 등의 다양한 스위칭 타임을 갖는 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈을 얻는 것이 가능하다.According to the present invention, variable by varying the dopant in the core of the non-linear optical fibers constituting the second optical attenuator 10 -3 s, microseconds, 10 -6 s pre, 10 -9 s nanosecond, picosecond 10 -12 s, femtosecond It is possible to obtain an all-optical pulsed fiber laser module having various switching times such as 10 -15 s.
이하 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈의 전체 구성을 개략적으로 나타낸다. 1 schematically shows the overall configuration of an all-optical pulsed fiber laser module according to the present invention.
본 발명에 따른 바람직한 실시예의 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈은, 제 1 FBG(11) 및 제 2 FBG(12)(제 1 FBG의 반사율 > 제 2 FBG의 반사율) 사이에 레이저 발진용 광섬유(13)를 갖는 공진 공동, 상기 레이저 발진용 광섬유(13)를 여기시켜 발진 레이저를 얻기 위한 제1 펌핑광을 공급하는 제1 펌핑광원(15) 및 상기 발진 레이저 또는 상기 제 1 펌핑광의 주기적인 Q-스위칭을 유도하여 펄스형 레이저를 발생시키는 전광식 가변형 광감쇠기(14)로 구성된다. The all-optical pulsed optical fiber laser module of the preferred embodiment according to the present invention comprises a laser oscillation
상기 레이저 발진용 광섬유(13)는 코어층 속에 능동 매질을 지닌 광섬유를 의미한다. 이러한 능동 매질로 희토류 원소 및 금속 미립자로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상 또는 반도체 미립자가 이용될 수 있다. The laser oscillation
상기 희토류 원소 및 금속 미립자의 예는 Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, Bi 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 반도체 미립자의 예는 PbTe, PbSe, PbS, SnTe, CuCl, CdS, CdSe 및 Si 등으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나 이상을 들 수 있다. Examples of the rare earth element and the metal fine particles are Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe , Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl , Pb, Bi, and mixtures thereof. Examples of the semiconductor fine particles include any one or more selected from the group consisting of PbTe, PbSe, PbS, SnTe, CuCl, CdS, CdSe, Si, and the like.
그 다음, 상기 레이저 발진용 광섬유(13)의 입력단 쪽에 제 1 FBG(11)가 배열되고 출력단 쪽에는 제 2 FBG(12)가 배열되는데, 이 제 1 FBG(11) 및 제 2 FBG(12)의 역할은 공진 공동(resonant cavity)을 구성하기 위한 미러 역할을 한다. 상기 레이저 발진용 광섬유(13)의 발진 파장과 동일한 중심 파장을 갖는 제 1 FBG(11) 및 제 2 FBG(12)를 형성시켜 그 발진 파장의 레이저 빔을 제 1 FBG(11) 및 제 2 FBG(12) 내의 레이저 발진용 광섬유(13) 내부에서 계속 반복적으로 이동시켜 레이저 파워를 증대시키는 역할을 한다. 이때, 레이저 발진 파장에서의 제 1 FBG(11)의 반사율을 제 2 FBG(12)의 반사율보다 높게 설정하여 출력단을 통해 레이저가 방출될 수 있도록 구성한다. 광섬유 레이저의 공진기 역할을 하는 제 1 FBG(11) 와 제 2 FBG(12)의 반사율은 최종 레이저 발진 성능에 따라 1 ~ 45 dB 범위에서 선택 가능하며, 제 1 FBG(11) 및 제 2 FBG(12)의 길이는 레이저 빔 특성에 따라 5 ~ 30mm 범위에서 선택 가능하다.Then, the first FBG 11 is arranged at the input end side of the laser oscillation
그 다음, 상기 레이저 발진용 광섬유(13)를 여기시켜 발진 레이저를 얻기 위한 상기 공진 공동 속으로 에너지를 공급하는 제1 펌핑 광원(15)가 연결되며, 필요에 따라 여러 개의 LD 펌프를 광섬유 결합기(Fiber Combiner)를 통해 공진 공동의 입력단을 구성하는 제1 FBG(11)에 연결될 수 있다. 제 1펌핑 광원(15)의 파장은 레 이저 발진용 광섬유(13)의 흡수 파장에 따라 808, 915, 또는 980 등으로 구성될 수 있다. Then, a first
선택적으로, 파이버 아이솔레이터들(17, 18)이 상기 공진 공동 내에 포함될 수 있는데 파이버 아이솔레이터들(17, 18)은 특정 파장의 펌핑 소스 및 파이버 레이저를 한 방향으로만 진행하게 하여 반사되어 오는 레이저를 막아 펌핑 소스의 손실을 막는 역할을 한다.Optionally,
그 다음, 발진 레이저 또는 제 1 펌핑광의 가변 광감쇠를 통한 주기적인 Q-스위칭을 유도하여 펄스형 레이저를 발생시키기 위하여, 상기 레이저 발진용 광섬유(13)와 상기 제 2 FBG(12) 사이에, 펄스 발생기 역할을 하는 전광식 가변형 광감쇠기(14)를 융착 접속시키거나, 파이버 아이솔레이터(17)와 제 1 FBG(11) 사이에 융착 접속하여 구성하거나, 제 2 FBG(12)와 출력단의 파워 미터(19) 사이에 융착 접속하여 구성하는 것도 가능하다.Then, between the laser oscillation
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 전광식 가변형 광감쇠기의 제1 구성은, 장주기 격자가 미리 정해진 패턴으로 각각에 형성되어 전체적으로 장주기 격자쌍(21', 22')을 이루는 한 쌍의 광섬유(21, 22); 상기 한 쌍의 광섬유(21, 22)의 각각의 일단 사이에 융착되는 비선형 광섬유(23); 및 상기 비선형 광섬유(23)에 제2 펌핑광을 공급하기 위한 제2 펌핑광원(24)을 포함하고, 상기 비선형 광섬유(23)의 코어층은 나노미터 크기의 반도체 미립자, 나노미터 크기의 금속 미립자, 또는 희토류 원소를 함유한다. 제2 펌핑 광원(24) 및 OSA(25)는 WDM들(26, 27)에 의해 상기 광섬유(21, 22)의 일 단부에 각각 접속될 수 있다. 또한, 제2 펌핑 광원(24)과 WDM(26) 사이에 파이버 아이솔레이터(28)가 배열될 수 있다.As shown in Fig. 2, the first configuration of the all-optical variable type optical attenuator includes a pair of
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 전광식 가변형 광감쇠기의 제2 구성은 장주기 격자쌍(31', 32')이 미리 정해진 패턴으로 형성된 비선형 광섬유(33); 및 상기 비선형 광섬유(33)에 제 2 펌핑광을 공급하기 위한 제 2 펌핑광원(34)을 포함하고, 상기 비선형 광섬유(33)의 코어층은 나노미터 크기의 반도체 미립자, 나노미터 크기의 금속 미립자, 또는 희토류 원소를 함유한다. 제2 펌핑 광원(34) 및 OSA(35)는 WDM(36, 37)에 의해 상기 비선형 광섬유(33)의 양 단부에 각각 접속될 수 있다. 또한, 제2 펌핑 광원(34)과 WDM(36)사이에 파이버 아이솔레이터(38)가 배열될 수 있다.As shown in Fig. 3, the second configuration of the all-optical variable type optical attenuator includes a nonlinear
상기한 바와 같은 제1 구성 및 제2 구성을 취한 이유는, 제2 펌핑 광원(24, 34)으로 제2 펌프광을 입사해 주면 일반 광섬유와는 달리 비선형 광섬유(23, 33)는 제2 펌프광에 따라 굴절률이 달라져 (즉, 광신호가 달리는 경로가 길어진 것과 같음) 장주기 격자에 의해 생성된 광간섭 패턴이 장파장쪽으로 이동하게 된다. 따라서 제2 펌프광의 세기를 달리하면 굴절률의 변화 또한 달라져, 특정한 파장에서의 광투과도가 변하게 된다. 제 2 펌핑 광원(24, 34)은 전광식 가변형 광감쇠기를 구성하는 비선형 광섬유(23, 33)의 흡수 파장에 따라, 808, 915, 또는 980 등으로 구성될 수 있다. The reason why the above-described first and second configurations are taken is that when the second pump light is incident on the second
장주기격자는 이를 지나는 광신호의 일부분이 클래딩 부분으로 빠져나가 광투과도가 어떤 파장에서 급격히 줄어드는 것이며, 본 발명의 경우 한 개를 추가하여 쌍으로 만들면 하나의 장주기 격자를 통해 클래딩모드가 진행(코어)모드에서 커 플링되어 빠져나감에 따라 대역소거 형태로 광투과도가 변화되고 그런 후 클래딩모드가 다른 하나의 장주기격자를 통해 코어모드로 다시 커플링되어 두 모드의 간섭현상으로 인해 좁은 영역에서 여러개로 나뉘어지는 광간섭 패턴를 나타낸다. 좁은 파장 영역에서 대역소거가 일어나므로 조금만 광간섭 패턴이 이동하여도 광투과도의 변화가 커서, 결국 제2 펌프광의 세기를 작게 해도 원하는 광감쇠를 쉽게 얻을 수 있다. 즉, 상기 구성 1 및 2에 의할 때, 낮은 제2 펌프광 세기에서도 광감쇠의 폭을 넓힐 수 있다.In the long period grating, a part of the optical signal passing through it exits the cladding part, and the light transmittance is rapidly reduced at a certain wavelength. In the present invention, when one pair is added and the pair is added, the cladding mode proceeds through one long period grating (core). The light transmittance changes in the band erasing mode as it is coupled out of the mode, and then the cladding mode is recoupled to the core mode through another long-period lattice, which is divided into several areas in a narrow area due to the interference of the two modes. Loss of light represents an interference pattern. Since the band erasing occurs in a narrow wavelength region, even if the light interference pattern is shifted slightly, the light transmittance is large, so that the desired light attenuation can be easily obtained even if the intensity of the second pump light is reduced. That is, according to the
도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 전광식 가변형 광감쇠기의 제3 구성은, 단주기 격자(41')가 미리 정해진 패턴을 따라 형성된 광섬유(41); 상기 광섬유(41)의 일단에 융착되는 비선형 광섬유(42); 및 상기 비선형 광섬유(42)에 제 2 펌핑광을 공급하기 위한 제 2 펌핑광원(43)을 포함하고, 상기 비선형 광섬유(42)의 코어층은 나노미터 크기의 반도체 미립자, 나노미터 크기의 금속 미립자, 또는 희토류 원소를 함유한다. 제2 펌핑 광원(43) 및 OSA(44)는 WDM(45, 46)에 의해 상기 광섬유(41) 및 상기 비선형 광섬유(42)의 일 단부에 각각 접속될 수 있다. 또한, 제2 펌핑 광원(43)과 WDM(45)사이에 파이버 아이솔레이터(48)가 배열될 수 있다.As shown in Fig. 4, the third configuration of the all-optical variable type optical attenuator includes: an
도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 전광식 가변형 광 감쇠기의 제4 구성은, 단주기 격자(51')가 미리 정해진 패턴으로 형성된 비선형 광섬유(52); 및 상기 비선형 광섬유(52)에 제 2 펌핑광을 공급하기 위한 제 2 펌핑광원(53)을 포함하고, 상기 비선형 광섬유(52)의 코어층은 나노미터 크기의 반도체 미립자, 나노미터 크기의 금속 미립자, 또는 희토류 원소를 함유한다. 제2 펌핑 광원(53) 및 OSA(54)는 WDM(55, 56)에 의해 상기 비선형 광섬유(52)의 양 단부에 각각 접속될 수 있다. 또한, 제2 펌핑 광원(53)과 WDM(55)사이에 파이버 아이솔레이터(58)가 배열될 수 있다.As shown in Fig. 5, the fourth configuration of the all-optical variable type optical attenuator includes: a nonlinear
상기 전광식 가변형 광감쇠기의 제3 구성 및 제4 구성에서는, 장주기 격자쌍 (Long Period Grating Pair) 대신 단주기격자(Short Period Grating)을 사용하는데, 단주기 격자는 Fiber Bragg Grating (FBG)라고 부르며, 이 명칭이 더 일반화되어 있다. 제3 FBG(41', 51')는 격자의 주기가 0.3 ~0.5 mm인 장주기격자 보다 훨씬 적은(약 1/1000) 0.3 ~ 0.5 um의 주기를 가지는 격자이고 장주기 격자와는 달리 제3 FBG(41', 51')는 코어를 통해 지나가는 광신호가 반사를 함으로써 (클래딩으로는 나가지 않음) 광투과도의 변화가 생기는 것이다. 이 경우에는 쌍을 쓸 필요가 없으며 하나만 사용하면 된다. 이것의 장점은 반사율을 최대 99.9% 이상 할 수 있어 즉, 특정 파장에서 광세기를 반사에 의해 크게 줄일 수 있다. 따라서 광투과도의 변화를 쉽게 45 dB정도까지 만들 수 있다. 이것 또한 제2 펌팡 광원(43, 53)의 제2 펌프광 세기를 변화하면 광투과 스펙트럼(반사에 의해 변화된)을 이동시킬 수 있으며, 광투과도의 변화를 유도하여 VOA기능을 하게 된다. 제 2 펌핑 광원은 전광식 가변형 광감쇠기를 구성하는 비선형 광섬유의 흡수 파장에 따라, 808, 915, 또는 980 등으로 구성될 수 있다. In the third and fourth configurations of the all-optical variable type optical attenuator, a short period grating is used instead of a long period grating pair, and the short period grating is called fiber bragg grating (FBG). This name is more general. The third FBGs 41 'and 51' are grids having a period of 0.3 to 0.5 um which is much smaller than the long period lattice having a lattice period of 0.3 to 0.5 mm (about 1/1000). 41 ', 51') is a change in light transmittance caused by the reflection of the optical signal passing through the core (not exiting the cladding). In this case, you don't need to use a pair, only one. The advantage of this is that the reflectance can be up to 99.9% or more, ie the light intensity can be greatly reduced by reflection at a particular wavelength. Therefore, the change of light transmittance can be easily made to about 45 dB. In addition, when the second pump light intensity of the second pump
상기한 바와 같이, 전광식 가변형 광감쇠기의 제1 구성 및 제2 구성에서의 장주기 격자보다 제3 구성 및 제4 구성에서의 제3 FBG(41', 51')가 유리하다. 장주기 격자로는 45dB정도 까지 변화시키기에 격자형성 시간이 증가하는 단점이 있다. 제3 FBG(41', 51')의 경우에는 광감쇠 범위를 45dB까지 증가시키기가 공정상 쉬우며, 광투과 스펙트럼의 선폭 또한 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다. As described above, the third FBGs 41 'and 51' in the third and fourth configurations are advantageous over the long period gratings in the first and second configurations of the all-optical variable type optical attenuator. The long period grating has a disadvantage of increasing the grid formation time to vary up to about 45dB. In the case of the third FBGs 41 'and 51', it is easy to increase the light attenuation range up to 45dB, and the line width of the light transmission spectrum can be easily adjusted.
상기 전광식 펄스형 광섬유 레이저의 펄스 주기는 가변형 광감쇠기의 스위칭 속도에 따라 결정되는데, 이러한 가변형 광쇠기의 스위칭 속도는 가변형 광감쇠기를 구성하는 비선형 광섬유(23, 33, 42, 52)의 특성으로부터 기인한다. 따라서 이러한 전광식 가변형 광감쇠기의 특정 파장에서의 스위칭 타임에 의해 펄스 레이저의 주파수가 결정되게 되어 가변형 광감쇠기를 구성하는 비선형 광섬유(23, 33, 42, 52)의 특성, 예를 들면, 비선형 광섬유(23, 33, 42, 52)의 코어속의 도펀트를 달리함으로써 전광식 미리초 10-3s, 마이크로초 10-6s, 나노초 10-9s, 피코초 10-12s, 펨토초 10-15s 등의 다양한 펄스형을 갖는 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈를 구성할 수 있다.The pulse period of the all-optical pulsed optical fiber laser is determined according to the switching speed of the variable optical attenuator, and the switching speed of the variable optical attenuator originates from the characteristics of the nonlinear
상기한 바와 같이, 전광식 가변형 광감쇠기의 스위칭 타임은 전광식 가변형 광감쇠기를 구성하는 비선형 광섬유(23, 33, 42, 52)의 코어 영역 내에 존재하는 첨가물질, 즉 도펀트에 의해 결정된다. 만일 금속 첨가물(Au, Ag, Cu 및 Si 등) 또는 반도체 첨가물(PbTe, PbS, PbSe, SnTe, CuCl, CdS 등)이 함유된 특수 광섬유를 이용한 전광식 가변형 광감쇠기는 약 10-11s의 스위칭 타임을 갖고, 희토류 첨가물(Er, Nd, Yb, Tb, Pr, Eu, Dy, Tm, Ho 및 Sm 등)이 함유된 특수 광섬유를 이용한 전광식 가변형 광감쇠기는 약 10-3s의 스위칭 타임을 갖는 다양한 펄스형 전광식 광 섬유 레이저가 얻어진다.As described above, the switching time of the all-optical variable optical attenuator is determined by an additive material, i.e., a dopant, present in the core region of the nonlinear
그리고, 마지막으로 파워 미터(19)에 의해 전광식 펄스형 광섬유 레이저를 통해 나오는 레이저의 파워를 측정한다. 이는 레이저 특성을 분석하기 위해 최종 출력단에 파워 미터(19) 이외에 오실로스코프(Oscilloscope) 및 광학 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer) 즉, OSA를 두어 측정할 수도 있다.And finally, the
후술할 본 발명의 실시예 1, 2, 3 및 4는 이용된 전광식 가변형 광감쇠기의 유형에 따라 구별되며, 이를 제외한 제 1 FBG, 제 2 FBG, 레이저 발진용 광섬유(Yb3+/Al3+-doped 광섬유), 그리고 제 1펌핑광원 및 제 2 펌핑광원 등 나머지 구성은 동일하다.
실시예 1Example 1
도 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 이용되는 전광식 가변형 광감쇠기는 비선형 광섬유의 일종인 Yb 도핑 광섬유(Yb-doped fiber)가 한쌍의 장주기 격자(LPG) 사이에 융착 접속된 구성을 취한다. 여기서, L=30,5cm L1=25.5cm 및 L2=2.5cm이고 d=0.5~3cm이다.Referring to FIG. 2, the all-optical variable type optical attenuator used in the all-optical pulsed fiber laser module according to
실시예 2Example 2
도 3을 참조하면, 실시예 2에 따른 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 이용되는 전광식 가변형 광감쇠기는 Ge를 포함하는 비선형 광섬유의 코어에 자외선 노광을 하여 직접 장주기 격자쌍을 형성하는 구성을 취한다. 여기서 L, L1, L2 및 d는 실시예 1에서와 동일하다. Referring to FIG. 3, the all-optical variable type optical attenuator used in the all-optical pulsed fiber laser module according to
실시예 3Example 3
도 4를 참조하면, 실시예 3에 따른 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 이용되는 전광식 가변형 광감쇠기는 비선형 광섬유의 일종인 Yb 도핑 광섬유(Yb-doped fiber)가 단주기격자 (FBG)가 새겨진 광섬유의 일단에 융착 접속된 구성을 취한다. 여기서, L=28cm, L1=25.5cm 및 L2 =2.5cm이고, d=0.5~3cm이다. Referring to FIG. 4, the all-optical variable type optical attenuator used in the all-optical pulsed optical fiber laser module according to the third embodiment of the optical fiber in which the Yb-doped fiber, which is a kind of nonlinear optical fiber, is engraved with a short period lattice (FBG) The configuration is fused and connected to one end. Here, the L = 28cm, L 1 = 25.5cm and L 2 = 2.5cm and, d = 0.5 ~ 3cm.
실시예 4Example 4
도 5를 참조하면, 실시예 4에 따른 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 이용되는 전광식 가변형 광감쇠기는 Ge를 포함하는 비선형 광섬유의 코어에 자외선 노광을 하여 직접 단주기 격자쌍을 형성하는 구성을 취한다. 여기서, L, L1, L2 및 d는 실시예 3에서와 동일하게 하였다. Referring to FIG. 5, the all-optical variable type optical attenuator used in the all-optical pulsed optical fiber laser module according to the fourth embodiment is configured to directly form a short-period grating pair by exposing ultraviolet rays to a core of a nonlinear optical fiber including Ge. . Here, L, L 1 , L 2 and d were the same as in Example 3.
실시예 1 내지 4의 전광식 가변형 광감쇠기를 이용한 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈들은, 상기 제 2펌프 광원의 모듈레이션을 통하여 레이저 발진용 특수 광섬유에 의한 레이저 발진 파장에서의 출력 파워를 100% 출력(On)과 0% 출력(OFF)으로 주기적으로 발생하게 하여 제2 펌핑광의 주기적인 변화에 의해 Q-스위칭이 가 능하게 되어 전광식 펄스형 광섬유 레이저를 발생시킨다.The all-optical pulsed optical fiber laser modules using the all-optical variable optical attenuators of
도 6은 가변형 광감쇠기를 사용하지 않고 레이저 발진을 위한 제 1 펌프 LD펌핑과 동시에 모듈레이션을 통해 CW 레이저를 펄스 형의 레이저로 구현하기 위한 결과 값을 보여준다. 도 6에서의 펄스 특성은 PD를 이용하여 오실로스코프를 통해 측정하였다. 도 6에 의한 결과에서 알 수 있듯이 제 1 펌프 LD의 모듈레이션을 통해 스퀘어 웨이브 형상을 나타내지 않았다.FIG. 6 shows the result of implementing CW laser as a pulse laser through modulation simultaneously with the first pump LD pumping for laser oscillation without using a variable optical attenuator. Pulse characteristics in FIG. 6 were measured through an oscilloscope using PD. As can be seen from the result of FIG. 6, the square wave shape is not shown through the modulation of the first pump LD.
하지만, 도 7은 가변형 광감쇠기를 사용한 본 발명에 따른 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 의한 펄스 특성을 PD를 이용하여 측정한 도면이다. 측정 결과에서 알 수 있듯이, 1V의 스퀘어 웨이브(Square wave) 형상을 나타내었으며, 약 800us의 펄스 폭(Pulse width)을 갖는다. However, FIG. 7 is a diagram illustrating pulse characteristics of the all-optical pulsed fiber laser module according to the present invention using a variable optical attenuator using PD. As can be seen from the measurement result, it showed a square wave shape of 1V and had a pulse width of about 800us.
도 1은 본 발명에 따른 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈의 전체 구성을 개략적으로 나타낸다. 1 schematically shows the overall configuration of an all-optical pulsed fiber laser module according to the present invention.
도 2는 본 발명의 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 이용되는 전광식 가변형 광감쇠기의 제1 구성을 나타낸다.Fig. 2 shows a first configuration of the all-optical variable type optical attenuator used in the all-optical pulsed fiber laser module of the present invention.
도 3는 본 발명의 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 이용되는 전광식 가변형 광감쇠기의 제2 구성을 나타낸다.3 shows a second configuration of the all-optical variable type optical attenuator used in the all-optical pulsed fiber laser module of the present invention.
도 4는 본 발명의 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 이용되는 전광식 가변형 광감쇠기의 제3 구성을 나타낸다.Fig. 4 shows a third configuration of the all-optical variable type optical attenuator used in the all-optical pulsed fiber laser module of the present invention.
도 5는 본 발명의 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 이용되는 전광식 가변형 광감쇠기의 제4 구성을 나타낸다.Fig. 5 shows a fourth configuration of the all-optical variable type optical attenuator used in the all-optical pulsed fiber laser module of the present invention.
도 6은 가변형 광감쇠기를 사용하지 않고 레이저 발진을 위한 제 1 펌프 LD펌핑과 동시에 모듈레이션을 통해 CW 레이저를 펄스 형의 레이저로 구현하기 위한 결과 값을 보여준다.FIG. 6 shows the result of implementing CW laser as a pulse laser through modulation simultaneously with the first pump LD pumping for laser oscillation without using a variable optical attenuator.
도 7은 전광식 가변형 광감쇠기를 사용한 본 발명에 따른 전광식 펄스형 광섬유 레이저 모듈에 의한 펄스 특성을 PD를 이용하여 측정한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating pulse characteristics of the all-optical pulsed fiber laser module according to the present invention using an all-optical variable type optical attenuator using PD.
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