KR101016174B1 - 파장 변환 헤드 분리형 중적외선 광섬유 레이저 발생 장치 - Google Patents

파장 변환 헤드 분리형 중적외선 광섬유 레이저 발생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 레이저 발생 장치에 관한 것으로서, 특히, 중적외선 레이저 광의 손실을 최소화하여 효율적으로 원거리로 전송하는 파장변환헤드 분리형 중적외선 광섬유 레이저 발생 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 레이저 발생 장치에 있어서, 입력된 변조 신호에 의한 시간적으로 변조된 펄스형 시드빔을 발생시키며, DFB(Distributed FeedBack) 시드 레이저 다이오드가 장착된 시드빔 발생부, 상기 발생된 펄스형 시드빔을 고출력으로 증폭하며 단일모드 광섬유와 단일모드 이중 클래드 광섬유로 구성되는 전치 증폭기, 및 상기 고출력으로 증폭된 펄스형 시드빔을 다시 증폭하는 주 증폭기를 포함하며, 레이저 빔을 생성하는 광섬유 레이저 모듈부와, 상기 생성된 레이저 빔을 중적외선 파장으로 변환하여 레이저를 발생하는 파장 변환 헤드부와, 상기 광섬유 레이저 모듈부와 상기 파장 변환 헤드부를 연결하며, 4m 이상의 길이로 형성되는 전송용 광섬유를 포함하며, 상기 광섬유 레이저 모듈부는 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 구조의 Yb가 첨가된 Yb 첨가 광섬유 레이저로 구성되며, 상기 DFB 시드 레이저 다이오드는 직접 변조 방식으로 구동되어 수 나노초(ns)의 펄스 폭의 레이저를 출력한다.

Description

파장 변환 헤드 분리형 중적외선 광섬유 레이저 발생 장치{APPARATUS FOR GENERATING MID-WAVELENGTH INFRARED FIBER LASER WITH SEPARATED WAVELENGTH CONVERSION HEAD}
본 발명은 광섬유 레이저 발생 장치에 관한 것으로서, 특히, 중적외선 레이저 광의 손실을 최소화하여 효율적으로 원거리로 전송하는 파장 변환 헤드 분리형 중적외선 광섬유 레이저 발생 장치에 관한 것이다.
종래에 군수분야에서 적외선 유도 미사일의 추적을 기만하기 위한 대응 장비는 적외선 유도 미사일의 성능 향상에 따라 발전되어 왔으며, 미사일에 적용된 검출기의 종류에 따라 2~5um 중적외선 파장 대역 내 Band I, II, IV에 해당하는 다중대역의 중적외선 레이저 광원의 발진이 요구된다. 이러한 Band I, II, IV는 파장에 따라 나뉜다. 또한 적외선 유도 미사일의 추적을 기만하기 위해서는 높은 출력의 중적외선 레이저를 필요로 한다. 또한 위협체에 대한 대응장비를 체계에 장착하기 위해서는 장비의 부피 및 무게가 소형이며 경량화 되고, 생성된 중적외선 레이저 광 손실을 최소화하여 전송해야 한다.
이런 추세를 반영할 때, 고출력의 2~5 um 파장 대역내 중적외선 광원들을 동시다발로 생성하고, 그 펄스 변조가 용이하며, 원거리까지 손실을 최소화하며 전송 가능한 장치가 필요하다. 또한 항공기나 헬기와 같은 체계에 장착이 용이하도록 기구적인 제작이 필요하다.
종래에 2~5 um 파장대역의 중적외선 광원을 직접 발진하는 광섬유 레이저 장치는 존재하지 않으며, 1 um 파장대역을 직접 발진하는 Yb(이테르븀) 첨가 광섬유 레이저로부터 PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate)와 같은 비선형 파장 변환 물질을 이용하여 2~5 um 파장대역으로의 파장 변환을 통하여 중적외선 광원을 생성하였다. 고출력 광섬유 레이저는 외부 충격에 반도체 레이저에 비해 상대적으로 강하고, 고체 레이저에 비해 소형, 경량으로 제작이 가능하다. 또한, 시드 레이저를 직접 변조 할 경우, 선폭 및 반복율의 제어가 용이할 뿐 아니라, 지향성 적외선 기만 장비에서 요구하는 코드 재밍 구현이 가능하다. 파장 변환 기술들 중에서는 광매개 발진기(OPO)을 이용한 파장 변환 기술이 중적외선 영역으로의 파장 변환 효율이 높고, 파장 가변이 용이하여 주로 이용되고 있다.
도 1은 종래 레이저 발생 장치를 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 종래 레이저 발생 장치는 레이저 빔을 발생시키고, 발생된 레이저 빔을 증폭하는 고출력 광섬유 레이저부(110)와, 상기 고출력 광섬유 레이저부(110)로부터 출력된 레이저를 중적외선 파장으로 변환하는 광매개 발진부(130)와, 상기 고출력 광섬유 레이저부(110)와 광매개 발진부(130)를 연결하는 전송용 광섬유(120)을 포함한다.
고출력 광섬유 레이저부(110)는 펄스 형태의 광으로 변조하는 외부 광변조기(111)와 생성된 광원을 반사하는 반사기들(112, 114)과, 각각의 반사면 사이에서 빔을 증폭하는 액티브 광섬유(113)와, 광원을 생성하는 펌프 레이저 다이오드(116)와, 펌프광과 저출력 신호광을 생성하는 공진기기를 연결하는 연결기구(115)와, 발생한 저출력 광펄스를 고출력으로 증폭하는 전치 증폭부(117)와, 전치 증폭부(117)에서 발생한 1차 증폭된 광을 더 높은 고출력으로 증폭하는 주 증폭부(118)로 구성된다.
이러한, 종래 레이저 발생 장치의 구조는 연결부위가 벌크 타입이다. 이러한, 벌크 타입은 펌프 레이저 다이오드의 광을 액티브 광섬유의 코어에 흡수시켜 레이저 광을 증폭시키는 과정이 외부 벌크 광학계들에 의해 이루어지는 구조를 말한다. 이러한 구조적 특징 때문에 벌크 타입은 액티브 광섬유와 외부 벌크 광학계들의 정밀 정렬이 요구되며, 외부 충격에 영향을 받을 뿐 아니라, 먼지등에 의한 영향을 받게되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 고출력 광섬유 레이저부(110) 와 광 매개 발진부(130)을 기구적으로 분리한 형태는 존재하지 않았으며, 2~5 um 파장 대역의 중적외선 레이저 광원을 생성하는 레이저 발생 장치(100)로부터 4m 이상 거리까지 2~5 um 파장영역에 해당하는 고출력 중적외선 레이저 광을 모두 전송할 수 있는 중적외선 전송용 광섬유 역시 존재하지 않았다. 뿐만 아니라, 일부 파장 대역을 전송 가능한 중적외선 전송용 광섬유가 존재하더라도 중적외선 레이저 광의 전송 과정에서 많은 손실이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 중적외선 레이저 광의 손실을 최소화하여 효율적으로 원거리로 전송하는 파장 변환 헤드 분리형 중적외선 광섬유 레이저 발생 장치를 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 레이저 발생 장치에 있어서, 입력된 변조 신호에 의한 시간적으로 변조된 펄스형 시드빔을 발생시키며, DFB(Distributed FeedBack) 시드 레이저 다이오드가 장착된 시드빔 발생부, 상기 발생된 펄스형 시드빔을 고출력으로 증폭하며 단일모드 광섬유와 단일모드 이중 클래드 광섬유로 구성되는 전치 증폭부, 및 상기 고출력으로 증폭된 펄스형 시드빔을 다시 증폭하여 레이저 빔을 생성하는 주 증폭부를 포함하는 광섬유 레이저 모듈부와, 상기 생성된 레이저 빔을 중적외선 파장으로 변환하여 레이저를 발생하는 파장 변환 헤드부와, 상기 광섬유 레이저 모듈부와 상기 파장 변환 헤드부를 연결하며, 4m 이상의 길이로 형성되는 전송용 광섬유를 포함하며, 상기 광섬유 레이저 모듈부는 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 구조의 Yb(이테르븀)이 첨가된 Yb 첨가 광섬유 레이저로 구성되며, 상기 DFB 시드 레이저 다이오드는 직접 변조 방식으로 구동되어 수 나노초(ns)의 펄스 폭의 레이저를 출력한다.
본 발명은 Yb 첨가 광섬유 레이저 모듈부와 PPLN 광매개발진부를 전송용 광섬유로 최소 4m 이상 분리함으로써 종래 2~5um 파장 대역내의 중적외선 레이저 광 전송시 발생하는 많은 중적외선 광 손실 문제를 해결할수 있을 뿐만 아니라, 2~5um의 파장 대역내에 해당하는 모든 파장으로의 파장변환이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 Yb 첨가 광섬유 레이저 모듈부와 PPLN 광매개 발진부를 분리함으로써 소형, 경량으로 제작이 가능하여, 항공기등의 공간적 제약이 있는 체계에 대한 장착성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 광섬유 레이저 모듈부는 직접 변조방식으로 시드빔 발생기를 제어하고, 각 증폭단 및 펌프광과 시그널광의 연결이 모두 All-fiber 타입으로 연결되기 때문에 외부 충격에 강하고, 외부 광학계 정렬이 별도로 필요 없으며, 먼지등의 영향을 받지 않는 효과가 있다
도 1은 종래 레이저 발생 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발생 장치를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 레이저 모듈부의 전치 증폭부를 상세하게 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 레이저 모듈부의 주 증폭부를 상세하게 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발생 장치의 파장 변환 헤드부를 상세하게 나타낸 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 지향성 적외선 기반 장비에서 요구되는 적외선 유도 미사일의 검출기가 반응하는 파장 대역을 모두 포함하는 중적외선 파장을 생성하는 직접 변조 방식의 All-fiber 타입의 레이저 발생 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 고출력 펌프 광섬유 레이저로부터 일정 거리 떨어진 곳에서 중적외선 레이저 광을 생성할 수 있는 파장 변환 헤드 분리형 중적외선 광섬유 레이저 발생 장치 및 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발생 장치를 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발생 장치는 직접 변조신호가 입력되면, 입력된 변조 신호에 의한 시간적으로 변조된 펄스형 시드빔을 발생시키고, 발생된 시드빔을 전치 증폭 및 주 증폭하여 레이저 빔을 생성하는 광섬유 레이저 모듈부(210)와, 생성된 레이저 빔을 2~5um의 파장 대역내 중적외선 파장으로 변환하여 레이저를 발생하는 PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate) 광매개 발진기로 구성되는 파장변환 헤드부(220)와 광섬유 레이저 모듈부(210)와 파장 변환 헤드부(220)를 연결하며 손실없이 레이저를 전송하는 전송용 광섬유(214)를 포함한다.
광섬유 레이저 모듈부(210)는 직접 변조 신호가 입력되면, 입력된 변조 신호에 의한 시간적으로 변조된 펄스형 시드빔을 발생시키는 시드빔 발생부(211)와, 시드빔 발생부(211)에서 발생된 저출력 광펄스를 고출력으로 증폭하는 전치 증폭부(212)와, 전치 증폭부(212)에서 1차로 증폭된 광을 더 높은 고출력으로 증폭하는 주 증폭부(213)를 포함한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발생 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 광섬유 레이저 모듈부(210)는 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 구조의 Yb(이테르븀) 첨가 광섬유 레이저로 구성되며, Yb 첨가 광섬유 레이저는 시드빔 발생부(211), 전치 증폭부(212), 및 주 증폭부(213)로 구성된다. 이러한, 시드빔 발생부(211)의 DFB(Distributed FeedBack) 레이저 다이오드는 직접 변조 방식으로 구동되어 수 ns 정도의 펄스 폭에 높은 첨두 출력을 만들 수 있으며, 펄스폭, 펄스 모양등의 파라미터를 제어할 수 있다. 그리고, Yb 첨가 광섬유 레이저의 시드 레이저 다이오드는 1064nm 파장 대역을 발진하는 레이저 다이오드를 적용한다. 직접변조 방식에 의한 ns 정도의 펄스 폭 제어가 가능한 시드빔은 설계된 MOPA 구조의 Yb 첨가 광섬유 기반의 광섬유에서 광 증폭을 하여, 30W 급의 고출력의 펌프광을 생성한다.
이러한 광섬유 레이저 모듈부(210)에 적외선 유도 미사일을 기만하기 위한 재밍코드가 직접 변조부(202)를 통해 변조되고, 펄스 형태의 전류와 곱해져 입력되면, 광섬유 레이저 모듈부(210)의 시드빔 발생부(211)는 펄스형 시드빔을 발생시킨다. 이러한, 시드빔 발생부(211)는 DFB(Distributed FeedBack) 시드 레이저 다이오드를 구동 보드에 장착한 온-보드 형태로 구성된다. 이러한, 구동 보드는 펄스 전류 발생기, 제어를 위한 마이컴, 온도 제어회로, 통신 및 전력용 인터페이스 등으로 구성된다. 펄스 전류 발생기는 마이컴의 신호에 따라 차동스위칭 방식으로 펄스 전류를 발생시켜 레이저 다이오드를 펄스 구동하는 기능을 수행한다. 마이컴은 레이저 시스템의 신호에 따른 파라미터를 해석하여 레이저 펄스 발생, 온도 제어 등의 제어 기능을 수행한다. 온도 제어회로는 안정적인 레이저 구동을 위하여 레이저 다이오드의 온도를 안정화 하며, 인터페이스는 레이저 시스템과의 통신 기능과 구동을 위한 DC 전력을 공급받는다.
상기 시드빔 발생부(211)를 통해서 발생된 시드 빔이 전치 증폭부(212)로 입력되면, 전치 증폭부(212)는 단일모드 광섬유와 단일 모드 이중클래드 광섬유로 2단으로 구성되며, 시드빔 발생부(211)에서 발생한 저출력 광펄스를 고출력으로 증폭하여 주 증폭부(213)으로 입력한다. 전치 증폭부(212)의 구성은 아이솔레이터, 스펙트럼 필터, 펌프 레이저 다이오드, 파장 분할 다중화기 및 광 컴바이너로 구성된다. 아이솔레이터는 역방향의 증폭된 자발방출광 등을 차단하여 레이저의 손상을 방지하고, 스펙트럼 필터는 증폭부 내부에서 발생하는 증폭된 자발방출광을 억제하는 기능을 수행하고, 파장 분할 다중화기와 광 컴바이너는 펌프광과 신호광을 결합하는 기능을 수행한다. 이러한, 전치 증폭부(212)의 보다 상세한 설명은 도 3에서 후술한다.
그리고, 주 증폭부(213)는 시드빔 발생부(211)에서 입력된 고출력 광펄스 즉, 1차 증폭된 광을 더 높은 고출력으로 증폭하는 역할을 수행한다. 주 증폭부(213)는 아이솔레이터, 스펙트럼 필터, 펌프 스트리버, 대구경 이중클래드 광섬유, 광 컴바이너, 펌프 레이저다이오드들, 및 실리카 엔드캡(end-cap)으로 구성된다. 이러한, 주 증폭부(213)의 보다 상세한 설명은 도 4에서 후술한다.
상술한 바와 같이, 광섬유 레이저 모듈부(210)를 통해 출력된 레이저 빔은 1064nm의 파장을 가지는 고출력 레이저 펄스(310)를 생성한다. 이러한, 펄스를 가지는 레이저 빔은 전송용 광섬유(214)를 통해 파장변환 헤드부(220)로 입력된다.
상기 파장 변환 헤드부(220)는 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 구조의 광섬유 레이저 모듈부(210)로부터의 고출력 펌프 레이저 빔을 전송용 광섬유로(214)부터 전송받아 2~5um 파장 대역내 중적외선 파장으로 변환하여 모든 파장 대역(예: Band I, II, IV)내 중적외선 레이저 파장(222)을 갖는 레이저를 생성한다. 파장 변환 헤드부(220)는 PPLN 광매개 발진기 구조를 가지며, QPM PPLN(Quasi-Phase Matching Periodically Poled Lithium Niobate) 소자와 온도 제어 오븐, 및 광매개 발진기 반사경으로 구성된다. PPLN 소자는 적외선 영역에서 높은 비선형 계수를 가진 비선형 파장 변환 물질이며, 오븐을 이용하여 PPLN의 온도를 제어하고, 파장 변환 효율을 높일 수 있도록 광매개 발진기 반사경들이 구성된다. 이러한, 파장 변환 헤드부(220)의 보다 상세한 설명은 도 5에서 후술한다.
그리고, 광섬유 레이저 모듈부(210)과 파장 변환 헤드부(220)를 연결하는 전송용 광섬유(214)는 광섬유 레이저 모듈부(210)의 증폭된 펌프광을 광섬유 레이저 모듈부(210)로부터 4m 이상의 거리에 있는 파장 변환 헤드부(220)까지 손실없이 전송하는 역할을 수행한다. 광섬유 레이저 모듈부(210)와 파장 변환 헤드부(220)를 4m 이상의 거리로 분리함으로써 광섬유 레이저 모듈부(210)로부터의 4m 이상의 거리에 있는 파장 변환 헤드부(220)에서 지향성 적외선 기만장비에서 요구되는 모든 파장대역(예: Band I, II, IV)으로 파장 변환이 가능할 뿐 아니라, 변환된 2~5um 파장대역의 중적외선 레이저 파장의 광 손실을 최소화 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 레이저 모듈부의 전치 증폭부를 상세하게 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 레이저 모듈부의 전치 증폭부(212)는 역방향의 증폭된 자발 방출광 및 반사신호등을 차단하여 레이저의 손상을 방지하는 아이솔레이터(302, 312)와, 증폭부 내부에서 발생하는 증폭된 자발 방출광을 억제하는 기능을 수행하는 스펙트럼 필터(304, 314)와, 펌프광과 신호광을 결합하는 기능을 수행하는 광 컴바이너(308, 318)와, 특정 파장을 갖는 레이저를 펌핑하는 펌프 레이저 다이오드(306, 316)와 단일모드 액티브 광섬유 또는 단일모드 이중 클래드 액티브 광섬유로 구성된다.
이러한, 전치 증폭부(212)는 적어도 하나 이상의 단으로 구성될 수 있으며, 각 단은 아이솔레이터, 스펙트럼 필터, 파장분할 다중화기, 컴바이너, 펌프 레이저 다이오드 및 광섬유가 하나씩 구성된다. 만일, 전치 증폭부(212)가 2개 이상의 단으로 구성될 경우, 하나의 단에는 광섬유는 단일모드 액티브 광섬유가 구성되고, 나머지 하나의 단에는 단일모드 이중 클래드 액티브 광섬유로 구성된다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 레이저 모듈부의 전치 증폭부를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 전치 증폭부(212)는 적어도 2개 이상의 단으로 구성되어 있으며, 예로서, 각각의 단은 단일모드 액티브 광섬유(310)와, 단일모드 이중 클래드 액티브 광섬유(320)로 구성된다
상기 단일모드 액티브 광섬유(310)는 입력된 고출력 광펄스 즉, 1차 증폭된 광을 출력시 역방향의 증폭된 자발 방출광 및 반사광을 차단하는 아이솔레이터(302)와, 중심 파장을 중심으로 파장 필터링을 하여 라만과 같은 비선형 현상에 의한 사이드 파장을 제거하는 스펙트럼 필터(304)와, 915nm 또는 975nm의 레이저를 펌핑하는 펌프 레이저 다이오드(306)와, 입력된 고출력의 신호광과 펌핑된 광을 결합하는 광 컴바이너(308,318)과, 펌핑광으로부터 펌핑에 의해 출력된 신호광을 증폭하는 단일모드 액티브 광섬유(310)로 구성된다.
또한, 상기 단일모드 이중 클래드 액티브 광섬유(320)는 단일모드 액티브 광섬유(310)와 유사한 구조를 가지나, 단일모드 이중 클래드 액티브 광섬유(320)가 다르다.
상술한 광 컴바이너(308,318)는 915nm 또는 975nm 파장의 펌프 레이저 다이오드 광이 Yb 첨가 광섬유에 흡수될 수 있도록 광 결합하여 1~1.1um 대역의 펌프 레이저 광을 방출한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 레이저 모듈부의 주 증폭부를 상세하게 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광섬유 레이저 모듈부의 주 증폭부(213)는 1차 증폭된 고출력 펌프 광에 적합한 고출력용 아이솔레이터(402)와, 고출력용 스펙트럼 필터(404)와, 펌프 스트리버(406)과, 대구경 이중 클래드 액티브 광섬유(408)와, 파장 분활 다중화기(410)와, 915nm 또는 975nm 펌프 레이저 다이오드들(412a~412f)과, 엔드캡(414)을 포함한다.
이러한, 주 증폭부(213)는 전치 증폭부(212)를 통과한 펌프 레이저 광을 2차 증폭하여 최종적으로 30W급의 고출력의 펌프광을 생성한다.
전치 증폭부(212)에서 1차 증폭된 광은 대구경 이중 클래드 Yb가 첨가된 액티브 광섬유에서 펌프 레이저 다이오드로부터의 광 펌핑에 대해 짧은 길이로도 높은 흡수율과 증폭을 이루어서 비선형 현상에 의한 제한에서 자유롭다. 코어의 크기가 다른 광섬유들의 결합은 결합면에서 손실 및 반사가 발생할 수 있기 때문에, 이종 광섬유 간의 적절한 모드 정합기술을 통한 이종 광섬유 결합간 광 손실 및 반사를 줄인다. 6개의 펌프 레이저 다이오드들(412a~412f)와 파장 분활 다중화기(410)를 통해 1차 증폭된 광을 30W의 높은 출력광(416)으로 증폭한다. 또한 파장 변환 헤드(40)에서의 변환 효율을 높이기 위해서는 시드 레이저 다이오드의 선형 편광특성을 유지하도록 모든 구성품들이 편광유지 광섬유로 연결된 편광 유지형 광섬유를 구성한다. 광섬유 레이저 모듈부(210)의 출력단은 높은 첨두출력 및 출력의 되반사로 인한 레이저의 손상을 방지하기 위해 경사진 실리카 엔드캡(414)을 결합하여 전송용 광섬유(214)에 입사하도록 한다.
상기 전송용 광섬유(214)는 입사된 고출력 펌프 레이저 광을 광섬유 레이저모듈부(210)로부터 4m 이상 거리에 있는 파장 변환 헤드부(220)까지 광 손실없이 전송한다. 이와 같이 광섬유 레이저 모듈부(210)와 파장 변환 헤드부(220)를 4m 이상 분리함으로서 기존의 일체형 중적외선 광섬유 레이저의 문제점으로 여기고 있는 체계 장착성을 용이하게 한다. 그리고, 4m 거리에서 파장 변환을 함으로써 Band I, II, IV 영역의 중적외선 레이저 광(222)의 손실을 최소화 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발생 장치의 파장 변환 헤드부를 상세하게 나타낸 구성도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발생 장치의 파장 변환 헤드부(220)는 PPLN 광매개 발진기(221)구조를 가지며, 초점 렌즈(502), 제1 반사경(504), 제2 반사경(510), 온도 제어 오븐(506), PPLN 비선형 소자(508)로 구성된다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발생 장치의 파장 변환 헤드부를 상세히 설명하면 다음과 같다.
파장 변환 헤드부(220)는 전송용 광섬유(214)에 의해 30W의 증폭된 광이 초점렌즈(502)에 의해 QPM PPLN 소자(508)에 시준되어 Band I, II, IV 영역내에 해당하는 파장으로 변환된다. 그리고, 제1 반사경(504)과 제2 반사경(510)에 의해 변환된 중적외선 광이 공진하며 증폭되어 제2 반사경으로 출력되고, 중적외선 레이저 광(222)의 파형을 갖는다.
상기 제2 반사경을 통해 출력된 광은 2~5um 파장 대역내 Band I, II, IV에 해당되며, 최소 1Watt급 이상의 고출력 중적외선 레이저 광의 파형으로 출력된다.
그리고, PPLN 광매개발진기(221)는 Yb 첨가 광섬유 레이저로부터 입사되는 증폭된 1064nm의 파형(416)의 레이저 빔을 PPLN 광매개 발진기내에서 공진시킨다. QPM PPLN 소자(508)는 3개의 다른 주기간격으로 제작되며, 각각의 채널에 따라 파장 변환을 달리할 수 있으며 2~5um 파장영역내 Band I, II, IV에 해당하는 파장(222)을 발진한다. 상기 파장 변환 헤드부(220)의 PPLN 광매개 발진기(221)에 의해 발진된 1W급 이상의 고출력 중적외선 레이저 광(222)은 시준기를 통하여 평행광으로 최종 출력된다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 레이저 발생 장치에 있어서,
    입력된 변조 신호에 의한 시간적으로 변조된 펄스형 시드빔을 발생시키며, DFB(Distributed FeedBack) 시드 레이저 다이오드가 장착된 시드빔 발생부, 상기 발생된 펄스형 시드빔을 고출력으로 증폭하며 단일모드 광섬유와 단일모드 이중 클래드 광섬유로 구성되는 전치 증폭부, 및 상기 고출력으로 증폭된 펄스형 시드빔을 다시 증폭하여 레이저 빔을 생성하는 주 증폭부를 포함하는 광섬유 레이저 모듈부와,
    상기 생성된 레이저 빔을 중적외선 파장으로 변환하여 레이저를 발생하는 파장 변환 헤드부와,
    상기 광섬유 레이저 모듈부와 상기 파장 변환 헤드부를 연결하며, 4m 이상의 길이로 형성되는 전송용 광섬유를 포함하며,
    상기 광섬유 레이저 모듈부는
    MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 구조의 Yb(이테르븀)이 첨가된 Yb 첨가 광섬유 레이저로 구성되며,
    상기 DFB 시드 레이저 다이오드는 직접 변조 방식으로 구동되어 수 나노초(ns)의 펄스 폭의 레이저를 출력하는 레이저 발생 장치.


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