KR101423987B1 - Optical fiber for pump protection and pump light source having the same and beam combiner and fiber laser - Google Patents

Optical fiber for pump protection and pump light source having the same and beam combiner and fiber laser Download PDF

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Abstract

본 발명은 코어와, 상기 코어의 둘레를 에워싸는 클래드를 갖는 광섬유에 있어서, 상기 광섬유에는, 620 내지 990 nm 레이저 광펌핑 주파수 대역 대비, 1030 내지 1110 nm 및 1165 내지 1610 nm의 레이저 발진 주파수 대역에서 광흡수율이 일정 이상으로 상승되는 Sm 이온이 첨가되는 펌프 광원 보호용 광섬유를 제공한다.The present invention relates to an optical fiber having a core and a cladding surrounding the core, wherein the optical fiber is provided with an optical fiber having a laser oscillation frequency band of 1030 to 1110 nm and 1165 to 1610 nm in comparison with a laser light pumping frequency band of 620 to 990 nm Provided is an optical fiber for protecting a pump light source to which Sm ions whose absorption rate is raised to a certain level or more are added.

Description

펌프 광원 보호용 광섬유 및 이를 갖는 펌프 광원, 빔 컴바이너, 광섬유 레이저{OPTICAL FIBER FOR PUMP PROTECTION AND PUMP LIGHT SOURCE HAVING THE SAME AND BEAM COMBINER AND FIBER LASER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an optical fiber for protecting a pump light source and a pump light source, a beam combiner, and a fiber laser having the optical fiber,

본 발명은 광섬유 레이저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펌프 광원 측으로 유출되는 레이저 광을 차단할 수 있는 펌프 광원 보호용 광섬유 및 이를 갖는 펌프 광원, 빔 컴바이너, 광섬유 레이저에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber laser, and more particularly, to an optical fiber for protecting a pump light source that can block laser light emitted to a pump light source side, and a pump light source, a beam combiner, and an optical fiber laser.

일반적으로, 광섬유 레이저는 이득매질(gain medium)로 사용되는 희토류이온(rare earth ions) 첨가 광섬유(이득 광섬유), 레이저 공진기의 반사경 역할을 하는 광섬유 격자(fiber Bragg grating), 레이저다이오드(LD, laser diode) 와 같은 펌프광원, LD에서 출력된 펌프광(PPUMP)을 이득 광섬유에 넣어주는 빔 컴바이너(beam combiner: 펌프 컴바이너, 펌프 빔 컴바이너, 레이저 빔 컴바이너라고도 함), 그리고 초기광원이 되는 씨앗빔(seed laser), 출력된 레이저 빔(POUT)을 원하는 곳까지 전달해주는 역할을 하는 광섬유 딜리버리(fiber delivery) 등과 같은 광부품으로 구성된다.2. Description of the Related Art Generally, a fiber laser is a rare-earth-doped optical fiber (gain optical fiber) used as a gain medium, a fiber Bragg grating serving as a reflector of a laser resonator, a laser diode a pump combiner, a pump beam combiner, and a laser beam combiner, which feed the pump light (P PUMP ) output from the LD to the gain optical fiber, A seed laser as an initial light source, and an optical fiber delivery such as an optical fiber delivery function for delivering an output laser beam P OUT to a desired position.

이와 함께 광섬유 레이저 내부 및 출력단에 장착되는 광아이솔레이터(optical isolator)는 반사된 빔을 차단하여 출력광의 특성 저하 및 레이저 광부품의 파손을 막는 부품이다.In addition, an optical isolator mounted inside and out of a fiber laser intercepts the reflected beam to prevent degradation of the output light and damage to the laser light component.

최근에 들어, 고출력화, 초단 펄스형화, 복잡구조화 됨에 따라 광섬유 레이저에서 발진된 레이저 출력광의 일부(PLEAK)가 빔컴바이너의 입력부 쪽으로 유출되어 펌프광원(LD)을 파괴하는 문제가 발생되고 있다.In recent years, as a result of a high power output, a short pulse type, and a complicated structure, a part (P LEAK ) of the laser output light oscillated in the optical fiber laser flows out to the input part of the beam combiner to destroy the pump light source (LD).

즉, 레이저 출력이 높아지면 높아질수록 유출되는 레이저 발진광이 아주 적더라도 쉽게 펌프광원을 파손시키게 된다.That is, the higher the laser output, the more easily the pump light source is broken even if the laser oscillation light emitted is very small.

이와 같은 유출광에 의한 펌프 광원(레이저 다이오드) 파손 문제를 해결하기 위하여 레이저 다이오드 내 일부부품에 펌프파장을 통과하는 동시에 레이저 발진 파장을 차단하는 밴드 투과(band pass) 필터링 기능을 갖도록 코팅하는 방법이 사용된다.In order to solve the pump light source (laser diode) breakage problem caused by the outflow light, a method of coating a part of the laser diode with a band pass filtering function that passes the pump wavelength and blocks the laser oscillation wavelength Is used.

또한, 레이저 다이오드 외부의 광섬유 출력단에 독립적인 밴드 투과 기능을 갖는 광필터(band pass filter)를 추가적으로 연결하는 방법을 사용하기도 한다.In addition, a method of additionally connecting an optical filter (band pass filter) having an independent band transmission function to an optical fiber output terminal outside the laser diode is also used.

또한, 반사광에 의한 펌프광원 파손을 방지하기 위해서는 광아이솔레이터를 이용할 수가 있다.In addition, an optical isolator can be used to prevent damage to the pump light source due to reflected light.

그러나, 펌프광과 레이저 발진파장에서 동시에 동작하는 광대역 밴드에서 동작하는 고성능 광아이솔레이터가 요구된다.However, there is a need for a high performance optical isolator that operates in a wideband band operating simultaneously with pump and laser oscillation wavelengths.

따라서, 이와 같은 조건을 해결하기 위해서는 시스템 가격이 증가하고 전체적인 부피가 커져 광섬유 레이저의 장점인 경제성 및 소형화 실현이 어려운 문제점이 있다.Therefore, in order to solve such a problem, there is a problem that the cost of the system increases and the overall volume becomes large, which makes it difficult to achieve economical efficiency and miniaturization, which are advantages of the optical fiber laser.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 일본 공개특허 공개번호 제2011-146556호가 있으며, 상기 선행 문헌에는 레이저 광원부 보호를 위해 Sm 이온이 도핑된 불질을 사용한다는 기술이 개시된다.
Prior art related to the present invention is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Application No. 11-146556, and the prior art discloses a technique of using a fluorine doped with Sm ions for protecting the laser light source part.

본 발명의 목적은, 1030~1110 nm 및 1165~1610 nm 범위의 레이저 발진 주파수(파장) 근방에서 높은 광흡수율을 갖는 Sm 이온 (Sm 3가 이온, Sm3+) 을 광섬유에 첨가하여 펌프 광원을 효율적으로 보호할 수 있는 펌프 광원 보호용 광섬유 및 이를 갖는 펌프 광원, 빔 컴바이너, 및 광섬유 레이저를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide an optical fiber which is obtained by adding Sm ions (Sm 3 ions, Sm 3+ ) having a high light absorptivity near the laser oscillation frequency (wavelength) in the range of 1030 to 1110 nm and 1165 to 1610 nm to the optical fiber, And a pump light source, a beam combiner, and an optical fiber laser having the pump optical source protection optical fiber.

본 발명의 다른 목적은 Sm 이온이 첨가된 광섬유를 펌프 광원의 출력부 또는 빔 컴바이너의 입력부 광섬유에 연결함으로써, 이득 광섬유로부터 빔 컴바이너의 입력부 쪽 (펌프광원 쪽)으로 유출되는 레이저광으로 인하여 펌프광원을 손상시키는 것을 효율적으로 방지함과 아울러, 펌프광원의 수명을 증대키고, 광섬유 레이저의 우수한 출력 특성을 안정적으로 유지할 수 있는 펌프 광원 보호용 광섬유 및 이를 갖는 펌프 광원, 빔 컴바이너, 광섬유 레이저를 제공함에 있다.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser device which can prevent the laser beam emitted from the gain optical fiber to the input part (the pump light source side) of the beam combiner by connecting the optical fiber doped with the Sm ion to the output part of the pump light source or the input part optical fiber of the beam combiner. The present invention relates to an optical fiber for protecting a pump light source capable of effectively preventing damage to a pump light source and increasing the lifetime of the pump light source and stably maintaining excellent output characteristics of the optical fiber laser, and a pump light source, a beam combiner, .

일 양태에 있어서, 본 발명은 펌프 광원 보호용 광섬유를 제공한다.In one aspect, the present invention provides an optical fiber for protecting a pump light source.

상기 광섬유는 광섬유 중심부에 위치한 코어(core)와, 상기 코어의 둘레를 에워싸는 클래드(clad)를 갖고, 상기 광섬유에는, 620 내지 990 nm (620~990 nm) 레이저 펌핑 주파수 대역 대비, 1030 내지 1110 nm 및 1165 내지 1610 nm (1030~1110 nm 및 1165~1610 nm) 의 레이저 발진 주파수 대역에서 광흡수율이 일정 이상으로 상승되는 Sm 이온(Sm3+)이 첨가된다.The optical fiber has a core located at the center of the optical fiber and a clad surrounding the core. The optical fiber has a laser pumping frequency band of 630 to 990 nm (620 to 990 nm), 1030 to 1110 nm And Sm ions (Sm 3+ ) in which the light absorptivity is raised to a certain level or more in the laser oscillation frequency band of 1165 to 1610 nm (1030 to 1110 nm and 1165 to 1610 nm) are added.

상기 Sm 이온은, 상기 코어의 전체 영역 또는 일부 영역 중 어느 하나에 첨가되는 것이 바람직하다.It is preferable that the Sm ions are added to any one of the entire region or the partial region of the core.

상기 Sm 이온은, 상기 클래드의 전체 영역 또는 일부 영역 중 어느 하나에 첨가될 수 있다.The Sm ions may be added to either the whole region or a partial region of the clad.

상기 Sm 이온은, 상기 코어와 상기 클래의 경계에 층(layer)을 형성하여 첨가될 수도 있다.
The Sm ions may be added by forming a layer at a boundary between the core and the clath.

다른 양태에 있어서, 본 발명은 상술된 광섬유가 펌프 광원 출력부에 연결되는 펌프 광원도 제공한다.
In another aspect, the present invention also provides a pump light source in which the optical fiber described above is connected to the pump light source output.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 빔 컴바이너를 제공한다.In yet another aspect, the present invention provides a beam combiner.

상기 다수의 펌프 광원과 연결되며, 상기 펌프 광원들로부터 출력되는 광을 집광하는 빔 컴바이너 입력부와; 상기 각 펌프 광원 출력부 광섬유와 연결되는 상기 빔 컴바이너 입력부 광섬유 사이의 광 유동 경로에 배치되는 상기 Sm 첨가 광섬유를 포함한다.
A beam combiner input part connected to the plurality of pump light sources and condensing light output from the pump light sources; And the Sm-doped optical fiber disposed in an optical flow path between the beam combiner input optical fibers connected to the respective pump light source output optical fibers.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 광섬유 레이저를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a fiber laser.

상기 광섬유 레이저는 다수의 펌프 광원과; 상기 다수의 펌프 광원과 연결되며, 상기 펌프 광원들로부터 출력되는 광을 집광하는 빔 컴바이너 입력부와; 상기 각 펌프 광원 출력부와 상기 빔 컴바이너 입력부의 사이 광 유동 경로에 배치되는 상기 Sm 첨가 광섬유; 및 상기 빔 컴바이너 입력부와 연결되는 단일개의 빔 컴바이너 출력부를 포함한다.
The optical fiber laser includes a plurality of pump light sources; A beam combiner input part connected to the plurality of pump light sources and condensing light output from the pump light sources; The Sm-doped optical fiber disposed in a light flow path between each pump light source output unit and the beam combiner input unit; And a single beam combiner output unit connected to the beam combiner input unit.

본 발명은 1030~1110 nm 및 1165~1610 nm 범위의 레이저 발진 주파수 근방에서의 높은 광흡수율을 갖는 Sm이온을 광섬유에 첨가하여 펌프 광원을 효율적으로 보호할 수 있는 효과를 갖는다.The present invention has the effect of efficiently protecting the pump light source by adding Sm ions having a high light absorption rate in the vicinity of the laser oscillation frequency in the range of 1030 to 1110 nm and 1165 to 1610 nm to the optical fiber.

또한, 본 발명은 Sm 이온이 첨가된 광섬유를 빔 컴바이너의 입력부 광섬유에 연결함으로써, 이득 광섬유로부터 빔 컴바이너의 입력부 쪽(펌프 광원 쪽)으로 유출되는 레이저광으로 인하여 펌프광원을 손상시키는 것을 효율적으로 방지함과 아울러, 펌프광원의 수명을 증대키고, 광섬유 레이저의 우수한 출력 특성을 안정적으로 유지할 수 있는 효과를 갖는다.
Further, by connecting the optical fiber to which the Sm ion is added to the input optical fiber of the beam combiner, it is possible to efficiently damage the pump light source due to the laser light emitted from the gain optical fiber to the input side (pump light source side) The life of the pump light source is increased, and the excellent output characteristic of the optical fiber laser can be stably maintained.

도 1은 본 발명에 따르는 펌프광원(LD) 보호기능이 있는 광섬유를 갖는 빔 컴바이너 및 단일공진기 구조의 광섬유 레이저 구성을 보여주는 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따르는 펌프광원(LD) 보호기능이 있는 광섬유를 이용한 빔 컴바이너 및 MOPA구조의 광섬유 레이저 구성을 보여주는 도면이다.
도 2b는 6x1 형태로서 6개의 펌프광원에 연결된 빔 컴바이너, 광섬유 격자, 이득광섬유, 및 광아이솔레이터이로 이루어진 광섬유레이저의 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가된 광섬유의 광흡수 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따르는 광섬유에서 코어 전체에 Sm 이온이 첨가된 광섬유의 개략적인 단면 구조 및 굴절률 분포를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따르는 광섬유에서 클래드 전체에 Sm 이온이 첨가된 광섬유의 개략적인 단면 구조 및 굴절률 분포를 보여주는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따르는 광섬유에서 코어 일부에 Sm 이온이 첨가된 광섬유의 개략적인 단면 구조 및 굴절률 분포를 보여주는 도면들이다.
도 7은 본 발명에 따르는 광섬유에서 코어보다 굴절률이 낮은 클래드 일부에 Sm 이온이 첨가된 광섬유의 개략적인 단면 구조 및 굴절률 분포를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가된 경계층 부분이 코어보다 굴절률이 높은 광섬유의 개략적인 단면 구조 및 굴절률 분포를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가된 경계층 부분이 코어보다 굴절률이 낮은 광섬유의 개략적인 단면 구조 및 굴절률 분포를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가된 경계층 부분이 코어보다 굴절률이 높거나 낮은 광섬유의 개략적인 단면 구조 및 굴절률 분포를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a configuration of a fiber laser with a beam combiner and a single resonator structure having an optical fiber with a pump light source (LD) protection function according to the present invention.
FIG. 2A is a view showing a configuration of a fiber combiner and an MOPA structure using an optical fiber having a pump light source (LD) protection function according to the present invention.
FIG. 2B is a view showing an example of a fiber laser made up of a beam combiner, a fiber grating, a gain optical fiber, and an optical isolator connected to six pump light sources in a 6x1 form.
3 is a graph showing a light absorption spectrum of an optical fiber doped with Sm ions according to the present invention.
4 is a diagram showing a schematic sectional structure and a refractive index distribution of an optical fiber in which Sm ions are added to the entire core of the optical fiber according to the present invention.
5 is a view showing a schematic sectional structure and a refractive index distribution of an optical fiber in which Sm ions are added to the entire clad in the optical fiber according to the present invention.
6A to 6C are diagrams showing a schematic sectional structure and a refractive index distribution of an optical fiber in which a part of a core is doped with Sm ions in an optical fiber according to the present invention.
7 is a view showing a schematic sectional structure and a refractive index distribution of an optical fiber in which Sm ions are added to a part of a clad having a refractive index lower than that of the core in the optical fiber according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic sectional structure and refractive index distribution of an optical fiber having a refractive index higher than that of a core, in which a boundary layer portion to which Sm ions according to the present invention are added has a refractive index.
9 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure and a refractive index distribution of an optical fiber having a refractive index lower than that of a core in a boundary layer portion to which Sm ions according to the present invention are added.
10 is a diagram showing a schematic sectional structure and a refractive index distribution of an optical fiber in which a boundary layer portion to which Sm ions according to the present invention are added has a refractive index higher or lower than that of the core.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 펌프 광원 보호용 광섬유 및 이를 갖는 펌프 광원, 빔 컴바이너, 광섬유 레이저를 설명하도록 한다.Hereinafter, an optical fiber for protecting a pump light source and a pump light source, a beam combiner, and an optical fiber laser having the same will be described with reference to the accompanying drawings.

하기의 설명에서, 본 발명의 광섬유, 펌프 광원, 빔 컴바이너는 광섬유 레이저에 포함되는 구성일 수 있으므로, 하기의 광섬유 레이저의 설명에 포함하여 설명하도록 한다.In the following description, the optical fiber, the pump light source, and the beam combiner of the present invention may be included in the optical fiber laser, and therefore, the optical fiber laser will be described in the following description of the optical fiber laser.

광섬유 레이저Fiber laser

도 1은 본 발명에 따르는 펌프광원(LD) 보호기능이 있는 광섬유를 갖는 빔 컴바이너 및 단일공진기 구조의 광섬유 레이저 구성을 보여준다. 도 2는 본 발명에 따르는 펌프광원(LD) 보호기능이 있는 광섬유를 이용한 빔 컴바이너 및 MOPA구조의 광섬유 레이저 구성을 보여준다.1 shows a fiber laser configuration of a beam combiner and a single resonator structure with an optical fiber having a pump light source (LD) protection function according to the present invention. FIG. 2 shows a beam combiner and an MOPA structure of a fiber laser using an optical fiber having a pump light source (LD) protection function according to the present invention.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조 하면, 본 발명의 광섬유 레이저는 다수의 광섬유 입력부와 단일개의 광섬유 출력부를 포함한다.Referring to FIGS. 1, 2A, and 2B, the optical fiber laser of the present invention includes a plurality of optical fiber input units and a single optical fiber output unit.

본 발명에 따르는 광섬유 레이저에 사용되는 빔 컴바이너는 Nx1 또는 (N+1)x1 형태의 N개의 펌프광용 광섬유 입력부와 한 개의 광섬유 출력부를 구비한다.The beam combiner used in the optical fiber laser according to the present invention includes N optical fiber input parts for N × 1 or (N + 1) × 1 type optical fibers and one optical fiber output part.

도 1, 도 2a 및 도 2b는 각각 6x1 및 (6+1)x1 형태로서 6개의 펌프광원을 갖는 빔 컴바이너를 이용한 예를 보여준다.Figs. 1, 2A and 2B show an example using a beam combiner having six pump light sources in the form of 6x1 and (6 + 1) x1, respectively.

상기 다수의 펌프 광원(1)은 다이오드(LD)일 수 있다. 상기 다이오드(LD)는 총 6개일 수 있다.The plurality of pump light sources 1 may be a diode (LD). The number of the diodes (LD) may be six.

여기서, 펌프 광원(1)의 출력부 광섬유(4)에 빔 컴바이너(2) 입력부 광섬유(3)가 연결된다.Here, the input optical fiber 3 of the beam combiner 2 is connected to the output optical fiber 4 of the pump light source 1.

그리고, 도 2a의 경우, 레이저 발진을 위하여 씨앗빔(seed beam) 또는 MOPA 시스템이 연결된다.In the case of FIG. 2A, a seed beam or MOPA system is connected for laser oscillation.

도 1을 참조 하면, 빔 컴바이너(2) 출력부 광섬유(5)에는 광섬유 격자(FBG)를 거쳐 이득 광섬유(Gain fiber)로 연결된다.Referring to FIG. 1, the optical fiber 5 of the beam combiner 2 is connected to a gain fiber via an optical fiber grating (FBG).

따라서, 빔 컴바이너(2) 입력부 광섬유(4)를 통하여 모아지는 다이오드들(LD)의 출력광을 이득 광섬유(Gain fiber)로 전달하고, 이득 매질인 희토류 이온 첨가 광섬유를 여기시켜 레이저 광을 발진시킨다.Accordingly, the output light of the diodes LD collected through the beam combiner 2 input optical fiber 4 is transmitted to the gain fiber, and the rare-earth ion doped optical fiber as the gain medium is excited to excite the laser light Oscillating.

여기서, 본 발명에 따르는 광섬유(100)는 다이오드와 같은 각 펌프 광원(1)의 출력부 광섬유(4)와 빔 컴바이너(2)의 입력부 광섬유(3) 사이에 연결된다. The optical fiber 100 according to the present invention is connected between the output optical fiber 4 of each pump light source 1 such as a diode and the input optical fiber 3 of the beam combiner 2.

즉, 본 발명의 광섬유(100)는 각 펌프 광원(1)의 출력부 광섬유(4)와, 빔 컴바이너(2)의 입력부 광섬유(3) 사이에 서로 연결한다. That is, the optical fiber 100 of the present invention is connected between the output section optical fiber 4 of each pump light source 1 and the input section optical fiber 3 of the beam combiner 2.

도 3은 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가된 유리 광섬유 (Sm 함량 약 0.055 mol%)의 광흡수 스펙트럼을 보여준다. 도 3에서는 각각의 광흡수 밴드에 해당하는 Sm 이온의 에너지 준위를 광흡수 밴드와 함께 나타내었다. Fig. 3 shows a light absorption spectrum of a glass optical fiber (Sm content of about 0.055 mol%) to which a Sm ion according to the present invention is added. In FIG. 3, the energy levels of the Sm ions corresponding to the respective light absorption bands are shown together with the light absorption band.

또한, 본 발명의 광섬유(100)에는 도 3에 도시되는 바와 같이, 620 내지 990 nm의 레이저 펌핑(pumping) 주파수 대역 대비, 1030 내지 1110 nm 및 1165 내지 1610 nm의 레이저 발진 주파수 대역에서 광흡수율이 10배 이상으로 상승되는 Sm 이온이 첨가된다. As shown in FIG. 3, the optical fiber 100 of the present invention has a light absorptivity in a laser oscillation frequency band of 1030 to 1110 nm and 1165 to 1610 nm as compared with a laser pumping frequency band of 620 to 990 nm Sm ions which are increased by 10 times or more are added.

더 바람직하게는 620 내지 990 nm의 레이저 펌핑(pumping) 주파수 대역 대비, 1050 내지 1085 nm, 1176 내지 1240 nm, 그리고 1286 내지 1552 nm의 레이저 발진 주파수 대역에서 광흡수율이 16 배 이상 상승된다.More preferably, the light absorption rate is increased more than 16 times in the laser oscillation frequency band of 1050 to 1085 nm, 1176 to 1240 nm, and 1286 to 1552 nm, as compared with the laser pumping frequency band of 620 to 990 nm.

본 발명에 따르는 상기 펌핑 주파수 대역 및 레이저 발진 주파수 대역은 수차례의 반복적인 분석 및 실험으로 인하여 취득한 주파수 대역이며, 바람직하게는 광섬유의 굴절률 분포, 광섬유에 Sm 이온이 첨가되는 위치, 파장에 따른 광섬유의 모두 분포, 광섬유 조성에 따른 광흡수 스펙트럼 변화, 그리고 이득 광섬유의 특성 등을 종합적으로 고려하여 결정한다.The pumping frequency band and the laser oscillation frequency band according to the present invention are frequency bands obtained due to repeated analysis and experiment, preferably a refractive index distribution of the optical fiber, a position where Sm ions are added to the optical fiber, , The change of optical absorption spectrum according to the optical fiber composition, and the characteristics of the gain optical fiber.

상기 Sm 이온이 첨가된 본 발명의 광섬유(100)는 펌프광 손실이 발생되지 않도록 통과시킴과 아울러, 이득 광섬유(Gain fiber)로부터 유출된 레이저광을 흡수하여 차단할 수 있다.The optical fiber 100 of the present invention to which the Sm ions are added passes through the optical fiber 100 so as not to generate the pump light loss and can absorb and block the laser light emitted from the gain optical fiber.

즉, 본 발명의 광섬유(100)는 상기 이득 광섬유로부터 유출된 레이저광에 의한 다이오드의 수명저하 및 파손, 이에 의하여 발생하는 레이저의 출력저하 또는 신호왜곡 등의 문제점을 용이하게 해소할 수 있다.That is, the optical fiber 100 of the present invention can easily solve problems such as degradation of the lifetime and damage of the diode due to the laser light emitted from the gain optical fiber, degradation of output of the laser caused by the gain optical fiber, or signal distortion.

광출력이 W급 이상인 고출력 광섬유 레이저는 이득 효율이 우수한 이트븀(Yb, ytterbium), 어븀(Er, erbium), 비스무트(Bi, bismuth) 이온 첨가 광섬유를 이득 매질로 사용한다.High power fiber lasers with optical output power more than W class use ytterbium, Er, erbium, and bismuth ion doped optical fibers with excellent gain efficiency as gain medium.

예시적으로 도 3을 참조하여 설명하면, 상기와 같은 이트븀 광섬유 레이저는 출력 파장이 1030~1110 nm 근처에 위치한다. 그리고 상기 이트븀 광섬유 레이저에 사용되는 광펌핑용 다이오드의 출력 파장은 910~990 nm 정도에 위치한다.Referring to FIG. 3, the output wavelength of the above-mentioned ITB laser is about 1030 to 1110 nm. The output wavelength of the optical pumping diode used in the above-mentioned tibium optical fiber laser is about 910 to 990 nm.

이에 따라, 본 발명에서는 이트븀 광섬유 레이저에서, 펌프 광원(1)의 출력부광섬유(4)와 빔 컴바이너(2) 입력부 광섬유(3)의 사이에 Sm 이온이 첨가된 광섬유(100)를 사용함으로써, 펌프 광원(1)인 다이오드(LD)를 효율적으로 보호할 수 있다.Accordingly, in the present invention, the optical fiber 100 in which Sm ions are added between the output optical fiber 4 of the pump light source 1 and the optical fiber 3 of the beam combiner 2 in the present invention, The diode LD which is the pump light source 1 can be efficiently protected.

도 3을 참조 하면, 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가된 광섬유(100)는 이트븀 광섬유 레이저의 펌프파장인 910~990 nm 에서는 낮은 광흡수를 갖는다. 또한, 레이저 발진 파장인 1030~1010 nm 근처에서는 광흡수가 상대적으로 10배 이상 높기 때문에, 효과적으로 유출된 레이저광을 차단할 수 있다.Referring to FIG. 3, the optical fiber 100 to which the Sm ion is added according to the present invention has a low light absorption at a wavelength of 910 to 990 nm, which is the pump wavelength of the triboelectric fiber laser. In addition, near 1030 to 1010 nm, which is the laser oscillation wavelength, the light absorption is relatively higher by 10 times or more, so that the outflowed laser light can be effectively blocked.

그리고, 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가된 광섬유(100)는 어븀 광섬유 레이저의 펌프파장인 910~990 nm 에서는 낮은 광흡수를 갖고, 동시에 어븀 광섬유 레이저 발진파장인 1500~1610 nm 근처에서는 광흡수가 상대적으로 매우 높기 (10배 이상) 때문에, 효과적으로 유출된 레이저광을 차단할 수 있다.The Sm-doped optical fiber 100 according to the present invention has low optical absorption at 910 to 990 nm, which is the pump wavelength of the erbium-based optical fiber laser, and at the same time, absorbs light at 1500 to 1610 nm near the erbium- Since it is relatively high (10 times or more), it is possible to effectively shut out the outgoing laser light.

또한, 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가된 광섬유(100)는 비즈무트 광섬유 레이저의 펌프파장의 범위인 700~990 nm에서는 낮은 광흡수를 갖고, 동시에 비스무트 광섬유 레이저 발진 파장인 1165~1500 nm 근처에서는 광흡수가 상대적으로 매우 높기 (10배 이상) 때문에, 효과적으로 유출된 레이저광을 차단할 수 있다.Further, the optical fiber 100 to which the Sm ion added according to the present invention has low light absorption at 700 to 990 nm, which is the range of the pump wavelength of the Bizmut fiber laser, and at the same time, near the bismuth optical fiber laser oscillation wavelength of 1165 to 1500 nm Since the light absorption is relatively high (10 times or more), it is possible to effectively shut out the outgoing laser light.

따라서, 본 발명에서는, 상기와 같이 낮은 광흡수 파정 범위를 갖는 Yb 광섬유 레이저 뿐만 아니라 Er 나 Bi 광섬유 레이저도 모두 포함할 수 있다.Therefore, in the present invention, not only Yb optical fiber lasers having the above-described low light absorption wavelength range but also Er and Bi optical fiber lasers can be included.

이에 더하여, 도 2b를 참조 하면, 본 발명의 광섬유는 빔 컴바이너(2) 출력부와 광아이솔레이터(Optical isolator)의 사이에 설치할 수 있다. In addition, referring to FIG. 2B, the optical fiber of the present invention can be installed between the beam combiner 2 output unit and an optical isolator.

도 2b는 6x1 형태로서 6개의 펌프광원에 연결된 빔 컴바이너, 광섬유 격자, 이득광섬유, 및 광아이솔레이터로 이루어진 광섬유레이저의 예를 보여준다.FIG. 2B shows an example of a fiber laser having a beam combiner, a fiber grating, a gain optical fiber, and an optical isolator connected to six pump light sources in a 6x1 form.

도 2b를 참조 하면, 본 발명의 광섬유(100)를 빔 컴바이너(2)의 출력부 광섬유(5)와 이득광섬유 입력부 광섬유(6) 사이에 서로 연결한다. Referring to FIG. 2B, the optical fiber 100 of the present invention is connected between the output optical fiber 5 of the beam combiner 2 and the gain fiber input optical fiber 6.

본 발명에 따르는 실시예는, Sm이온이 첨가된 광섬유(100)를 빔 컴바이너(2)의 빔 컴바이너(2)의 출력부 광섬유(5)와 이득광섬유 입력부 광섬유(6) 사이에 서로 연결함으로써, 이득 광섬유(Gain fiber)로부터 빔 컴바이너(2)의 출력부 광섬유(5)를 거쳐 빔 컴바이너 입력부 광섬유(3)쪽으로 유출되는 레이저광을 차단하여 펌프광원(1)을 보호할 수 있다.
The embodiment according to the present invention is characterized in that the optical fiber 100 to which the Sm ion is added is placed between the output optical fiber 5 of the beam combiner 2 of the beam combiner 2 and the gain optical fiber input optical fiber 6 The laser light emitted from the gain fiber to the beam combiner input optical fiber 3 through the output optical fiber 5 of the beam combiner 2 is cut off to cut off the pump light source 1 Can be protected.

단면구조Sectional structure

다음은, 본 발명의 광섬유의 다양한 제작 형태를 설명한다.Next, various production modes of the optical fiber of the present invention will be described.

본 발명에 따른 펌프광원 보호기능이 있는 Sm 이온이 첨가된 광섬유(100)는 Sm 이온 첨가 위치 및 광섬유의 굴절률 분포에 따라 하기와 같이 다양한 형태로 제작이 가능하다.The optical fiber 100 to which the Sm ion added with the pump light source protection function according to the present invention is added can be manufactured in various forms according to the position of the Sm ion addition and the refractive index distribution of the optical fiber as described below.

도 4를 참조 하면, 본 발명에 따르는 광섬유(100)에서, Sm 이온은 클래드(120)보다 굴절률이 높은 코어(110) 전체 영역에 첨가될 수 있다.Referring to FIG. 4, in the optical fiber 100 according to the present invention, Sm ions can be added to the entire region of the core 110 having a refractive index higher than that of the clad 120.

도 5를 참조 하면, 본 발명에 따르는 광섬유(100)에서, Sm 이온은 코어(110)보다 굴절률이 낮은 클래드(120) 전체 영역에 첨가될 수 있다.Referring to FIG. 5, in the optical fiber 100 according to the present invention, Sm ions may be added to the entire region of the clad 120 having a refractive index lower than that of the core 110.

도 6a 내지 도 6c를 참조 하면, 본 발명에 따르는 광섬유(100)에서, Sm 이온은 클래드(120)보다 굴절률이 높은 코어(100) 일부 영역에 첨가될 수 있다.Referring to FIGS. 6A to 6C, in the optical fiber 100 according to the present invention, Sm ions may be added to a part of the core 100 having a higher refractive index than the clad 120.

도 6a 내지 도 6c에는 Sm 이온이 첨가되는 코어 영역의 위치를 예시적으로 나타내었다. 6A to 6C illustrate the positions of the core regions to which Sm ions are added.

도 6a에 도시된 바와 같이, Sm 이온을 코어(100)의 일부 영역인 코어(100)의 가장자리 부분에 첨가하거나, 도 6b에 도시된 바와 같이 Sm 이온을 코어(100) 중심 부위에 원형으로 첨가할 있다. 또한, 도 6c에 도시된 바와 같이, Sm 이온을 코어(100)의 중심 부 주변에 환(ring) 형태로 첨가할 수 있다.As shown in FIG. 6A, the Sm ion may be added to the edge of the core 100, which is a part of the core 100, or the Sm ion may be added to the center of the core 100 circularly There is. Further, as shown in FIG. 6C, Sm ions may be added in the form of a ring around the center of the core 100.

도 6a 내지 도 6c에 제시된 광섬유 구조는 본 발명의 내용을 이해하기 위하여 예시적으로 제시된 것으로 코어(100)의 일부 영역에 Sm 이온을 첨가하는 위치에 있어서 여러 가지 변용이 가능하다.The optical fiber structure shown in FIGS. 6A to 6C is illustratively shown in order to understand the content of the present invention, and various modifications are possible at a position where Sm ions are added to a part of the core 100. FIG.

바람직하게는 Sm 이온이 첨가되는 위치는 펌프 파장이나 레이저 발진 파장에서 광학적 모드 분포, 파장에 따른 흡수율, 그리고 광섬유의 굴절률 분포 등을 고려하여 결정하는 것이 좋다.Preferably, the position at which the Sm ion is added is determined in consideration of the optical mode distribution at the pump wavelength or the laser oscillation wavelength, the absorption rate depending on the wavelength, and the refractive index distribution of the optical fiber.

도 7을 참조 하면, 본 발명에 따르는 광섬유(100)에서, Sm 이온은 코어(110)보다 굴절률이 낮은 클래드(120) 일부 영역에 첨가될 수 있다.Referring to FIG. 7, in the optical fiber 100 according to the present invention, Sm ions may be added to a part of the clad 120 having a refractive index lower than that of the core 110.

이에 더하여, 코어(110)와 클래드(120) 사이의 경계층(130)에 Sm 이온을 첨가하고 굴절률 분포를 변화시킨 펌프광원 보호용 광섬유의 구조를 설명한다. In addition, the structure of the pump optical source protection optical fiber in which the Sm ion is added to the boundary layer 130 between the core 110 and the clad 120 and the refractive index distribution is changed will be described.

구조는 본 발명의 내용을 이해하기 위하여 예시적으로 제시된 것으로 경계층(130)에 Sm 이온을 첨가하는 위치 및 굴절률분포 등에 있어서 여러 가지 변용이 가능하다.Structure is exemplarily shown to understand the content of the present invention and it is possible to variously change the position and refractive index distribution of Sm ion added to the boundary layer 130. [

도 8을 참조 하면, 본 발명의 광섬유(100)의 코어(110)와 클래드(120)의 경계에, Sm 이온을 첨가하여 경계층(130)을 형성할 수 있다.8, the boundary layer 130 can be formed by adding Sm ions to the boundary between the core 110 and the clad 120 of the optical fiber 100 of the present invention.

즉, 상기 Sm 이온이 첨가된 경계층(130) 부분이 코어(110)보다 굴절률이 높게 형성된다.That is, the boundary layer 130 to which the Sm ions are added is formed to have a refractive index higher than that of the core 110.

도 9를 참조 하면, Sm 이온이 첨가된 경계층(130) 부분이 코어(110)보다 굴절률이 낮게 형성된다.Referring to FIG. 9, the boundary layer 130 to which Sm ions are added is formed to have a refractive index lower than that of the core 110.

도 10을 참조 하면, Sm 이온이 첨가된 경계층(130) 부분이 코어(110)보다 굴절률이 높거나 낮은 광섬유를 보여준다.Referring to FIG. 10, a boundary layer 130 to which Sm ions are added shows an optical fiber having a refractive index higher or lower than that of the core 110.

통상, 빛은 굴절률이 높은 부위로 굴절되어 상대적으로 많이 분포하기 때문에, 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가되는 상기 경계층(130)의 굴절률이 코어(110)의 굴절률 보다 높게 형성되는 경우, 유출되는 레이저광의 차단효과를 상승시킬 수 있는 잇점을 갖는다.When the refractive index of the boundary layer 130 to which Sm ions according to the present invention is added is higher than the refractive index of the core 110 because the light is refracted to a region having a high refractive index, It has an advantage that the blocking effect of light can be increased.

또한, 본 발명에 따르는 Sm 이온이 첨가되는 경계층(130)의 굴절률이 코어(110)의 굴절률 보다 낮은 경우에, 펌프광의 분포가 낮아져 Sm 이온에 의한 펌프광 손실을 줄일 수 있는 잇점을 갖는다.
In addition, when the refractive index of the boundary layer 130 to which the Sm ion according to the present invention is added is lower than the refractive index of the core 110, the distribution of the pump light is lowered and the pump light loss due to the Sm ion can be reduced.

경계층Boundary layer

한편, 펌프광원(1)의 출력부 및 빔 컴바이너(2)의 입력부 광섬유(3)에는 코어(110) 지름이 100 내지 110㎛ (100~110㎛) 정도이고 클래드(120) 지름이 120 내지 130㎛ (120~130㎛) 정도이고, numerical aperture(NA) 가 0.14 내지 0.24 (0.14~0.24) 정도인 광섬유가 주로 사용된다.The diameter of the core 110 is about 100 to 110 탆 (100 to 110 탆), and the diameter of the clad 120 is about 120 An optical fiber having a numerical aperture (NA) of about 0.14 to 0.24 (0.14 to 0.24) is mainly used.

한편, 빔 컴바이너(2)의 출력부(표기요망)에는 코어(110) 지름이 100 내지 400㎛ (100~400㎛) 정도이고, 클래드(120) 지름이 120 내지 550㎛ (120~550㎛) 정도이고, numerical aperture(NA) 가 0.43 내지 0.49 (0.43~0.49) 정도인 광섬유가 주로 사용된다.The diameter of the core 110 is about 100 to 400 占 퐉 and the diameter of the clad 120 is about 120 to 550 占 퐉 (120 to 550 占 퐉) 탆) and a numerical aperture (NA) of about 0.43 to about 0.49 (0.43 to 0.49) are mainly used.

따라서, 본 발명에 따르는 광섬유(100)는 펌프광을 손실없이 빔 컴바이너(2)로 전달하기 위해서 상기 펌프광원(1)의 출력부, 빔 컴바이너(2)의 입력부 광섬유(3), 그리고 빔 컴바이너(2)의 출력부 광섬유(5)과 실질적으로 동일한 사양으로 제작되는 것이 좋다.Therefore, the optical fiber 100 according to the present invention has an output part of the pump light source 1, an input part optical fiber 3 of the beam combiner 2, and an output part of the beam combiner 2 in order to transmit the pump light to the beam combiner 2 without loss. And the output optical fiber 5 of the beam combiner 2 may be manufactured to have substantially the same specifications.

즉, 본 발명에 따르는 광섬유(100)의 코어(110)의 지름이 105㎛ (100~110㎛) 정도로 커야하기 때문에 제조 공정상에 있어서 하기와 같은 기술적 요소가 고려되는 것이 좋다.That is, since the diameter of the core 110 of the optical fiber 100 according to the present invention must be as large as about 105 mu m (100 to 110 mu m), the following technical factors should be considered in the manufacturing process.

본 발명에 따르는 Sm 이온을 광섬유(100)에 첨가하는 방법은, 용액첨가법(solution doping method), 에어로졸법(aerosol method), 가열에 의한 기화를 이용한 첨가법 (heated source, heated source injector), 킬레이트 수송법 (chelate delivery), 그리고 직접적인 나노입자 증착 방법 (direct nano-particle deposition method) 중 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.The method of adding Sm ions according to the present invention to the optical fiber 100 can be performed by a solution doping method, an aerosol method, a heated source, a heated source injector, Chelate delivery, and a direct nano-particle deposition method may optionally be used.

상기와 같은 이온 첨가방법들은, 공통적으로 증착공정이 필요하고 증착이 된 부위에만 Sm 이온을 첨가할 수가 있는 특징을 갖는다.The above-described ion addition methods have a feature in which a deposition process is commonly required, and Sm ions can be added only to sites where deposition has occurred.

본 발명에 따르는 빔 컴바이너 입력부에 사용되는 코어 지름이 105㎛ (100~110 ㎛) 정도인 광섬유의 경우, 증착 방법을 사용하여 코어를 만들고자 할 경우 장시간이 소요되고 그에 따른 제조비용의 상승과 같은 문제점이 발생될 수 있다. In the case of an optical fiber having a core diameter of about 105 μm (100 to 110 μm) used in a beam combiner according to the present invention, it takes a long time to manufacture a core using a deposition method, The same problem may occur.

따라서, 코어(110) 및 클래드(120)의 지름이 각각 105㎛ (100~110 ㎛) 및 125㎛ (120~130 ㎛) 정도인 광섬유의 경우에, 일반적으로 이미 만들어진 코어용 실리카(SiO2) 유리봉을 굴절률을 코어보다 낮도록 F을 함유시킨 실리카 튜브로 쟈켓하여 클래드층을 형성하도록 하여 광섬유 모재를 제작하는 방법이 주로 이용된다. 그리고, 상기 광섬유 모재를 사용하고 광섬유 인출공정을 통하여 광섬유로 제작한다. 이러한 경우 이미 만들어진 코어용 유리봉 및 클래드용 튜브를 사용하기 때문에 코어 및 클래드에는 Sm 이온을 첨가할 수 가 없다. 이러한 경우 본 발명에 따른 코어 및 클래드 경계층에 Sm 이온을 첨가하는 방법이 보다 효율적이다.Therefore, in the case of optical fibers having a diameter of about 105 μm (100 to 110 μm) and 125 μm (120 to 130 μm), respectively, of the core 110 and the clad 120, silica (SiO 2 ) A method of manufacturing an optical fiber preform by forming a clad layer by jacketing with a silica tube containing F so that the refractive index of the glass rod is lower than that of the core is mainly used. Then, the optical fiber preform is used to fabricate the optical fiber through an optical fiber drawing process. In this case, since the already prepared glass rod for core and clad tube are used, Sm ions can not be added to the core and clad. In this case, the method of adding Sm ions to the core and the clad boundary layer according to the present invention is more efficient.

따라서, 실리카 유리봉 및 튜브를 이용하게 되므로 코어(110)와 클래드(120) 사이의 경계층(130)에 Sm 이온을 첨가하기 위한 방법을 설명한다.Therefore, a method for adding Sm ions to the boundary layer 130 between the core 110 and the clad 120 will be described, since silica glass rods and tubes are used.

본 발명에 따르는 코어(110) 및 클래드(120) 사이의 경계층(130)에 Sm 이온을 첨가하는 방법은 클래드용 저굴절률 튜브 내에 CVD 공정을 통하여 경계층(130)을 증착하고, 상기 경계층(130)에 Sm 이온을 첨가하는 것이다.The method of adding Sm ions to the boundary layer 130 between the core 110 and the clad 120 according to the present invention includes depositing the boundary layer 130 through the CVD process in the low refractive index tube for cladding, To which Sm ions are added.

요구되는 특성에 따라 Sm 이온이 첨가된 경계층(130)의 굴절률 분포는 CVD 공정중에 SiCl4, GeCl4, POCl3, BCl3, CF4, C2F6, TiCl4 등과 같은 원료가스 배합을 달리하여 SiO2 내에 Ge, P. B, F, Ti, Al 등의 첨가물 농도를 달리하여 제어할 수 있다. Depending on the required properties, the refractive index distribution of the boundary layer 130 to which the Sm ions are added is different from that of the raw material gas such as SiCl 4 , GeCl 4 , POCl 3 , BCl 3 , CF 4 , C 2 F 6 and TiCl 4 during the CVD process The concentration of additives such as Ge, P. B, F, Ti and Al can be controlled in SiO 2 .

본 발명에 따르는 실시예는, Sm 이온이 첨가된 광섬유를 펌프 광원의 출력부 그리고 빔 컴바이너의 입력부 또는 출력부에 본 발명에 따르는 광섬유에 연결함으로써, 이득 광섬유로부터 빔 컴바이너의 입력부 쪽으로 유출되는 레이저광에 의하여 펌프광원의 성능저하 및 파손되는 것을 막을 수 있다.The embodiment according to the present invention is characterized in that the optical fiber to which the Sm ion is added is connected to the output part of the pump light source and the input part or the output part of the beam combiner to the optical fiber according to the present invention so as to flow out from the gain optical fiber to the input part of the beam combiner It is possible to prevent degradation and damage of the pump light source due to the laser light.

이를 통하여 펌프광원의 수명을 증대시킬 수 있을 뿐 만 아니라 광섬유 레이저의 우수한 출력 특성을 안정적으로 확보할 수 있다. This can not only increase the lifetime of the pump light source but also ensure stable output characteristics of the optical fiber laser.

발명에 따르는 실시예는, 유출된 레이저 발진광 차단 기능을 가진 고성능 펌프 광원, 빔 컴바이너 및 이를 활용한 광섬유 레이저를 용이하게 제작할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, a high-performance pump light source, a beam combiner, and an optical fiber laser utilizing the outflowed laser oscillation light blocking function can be easily manufactured.

본 발명에 따르는 실시예는, 안정성 및 성능이 확보된 레이저용 광부품 기술 및 이를 활용한 광섬유 레이저 시스템 기술은 광섬유 레이저가 가공, 정밀, 반도체, 의료, 신소재 등의 산업분야에서의 활용되는 기회를 높여 주고 나아가 관련 산업을 발전시키는데도 기여할 것으로 판단되고 있다.The embodiment according to the present invention provides an optical fiber laser technology and an optical fiber laser system technology using the optical fiber laser which have secured the stability and performance and can be used in the fields of processing, precision, semiconductor, medical, And to contribute to the development of related industries.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense. The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

[제1실시예]     [First Embodiment]

본 발명의 제1실시예에 따라 펌프광원 보호를 위한 Sm 이온 첨가 광섬유를 이용하여 6x1 형태의 빔 컴바이너를 구성한다.According to the first embodiment of the present invention, a beam combiner of 6x1 type is constituted by using a Sm ion doped optical fiber for protecting the pump light source.

펌프광원으로 사용된 915 nm 의 레이저 다이오드의 출력부 광섬유와 6x1 빔 컴바이너의 입력부 광섬유 사이에 Sm 이온 첨가하여 서로 연결한다.The output of the 915-nm laser diode used as the pump light source is connected to the input fiber of the 6 × 1 beam combiner by adding Sm ions.

레이저 다이오드의 출력부 광섬유 및 빔 컴바이너이 입력부 광섬유 각각은, NA 가 0.15 이었고 코어 및 클래드 지름이 각각 105 및 125 μm이다.The output optical fiber and the beam combiner input optical fiber of the laser diode each had a NA of 0.15 and a core and a clad diameter of 105 and 125 μm, respectively.

레이저 다이오드의 출력부 광섬유 및 빔 컴바이너의 입력부 광섬유 사이에 사용된 Sm 이온 첨가 광섬유는 코어 및 클래드 지름이 각각 105 및 125 μm 이고 NA 가 0.15 로서 빔 컴바이너의 입력부 광섬유와 동일한 사양을 가지게 하여 펌프광이 레이저 다이오드에서 빔 컴바이너로 커플링될 때 발생하는 광손실을 최소화한다.The Sm ion doped fiber used between the output optical fiber of the laser diode and the input optical fiber of the beam combiner had a core and a clad diameter of 105 and 125 μm and an NA of 0.15, Minimizes the optical losses that occur when coupling from the laser diode to the beam combiner.

또한, 제1실시예에 사용된 Sm 이온 첨가 광섬유는 코어의 일부 지역 즉, 광섬유의 코어 중심으로부터 거리가 2 μm 부터 9 μm 부위에 환(ring) 형태로 첨가하여, Yb 첨가 광섬유 레이저 발진 파장인 1064 nm에서 2.9x10-4 cm-1 의 광손실이 동일하도록 설계하였다.In addition, the Sm ion-doped optical fiber used in the first embodiment is added in a ring shape at a distance of 2 μm to 9 μm from a part of the core, that is, the center of the core of the optical fiber, The optical loss at 1064 nm was designed to be equal to 2.9 x 10 -4 cm -1 .

결론적으로 레이저 다이오드에서 출력된 915 nm 의 펌프광을 약 77.1％의 높은 광투과율로서 빔 컴바이너의 입력부 광섬유에 전달하고, 동시에 광섬유 레이저의 이득 광섬유에서 레이저 다이오드 쪽으로 유출되는 1064 nm 의 레이저 발진광의 투과율을 0.85% 로 낮추어 효율적으로 레이저 다이오드를 보호할 수 있었다.
As a result, the 915-nm pump light output from the laser diode is transmitted to the input fiber of the beam combiner at a high light transmittance of about 77.1%, and at the same time, the transmittance of the laser oscillation light of 1064 nm emitted from the gain fiber of the fiber laser toward the laser diode And 0.85%, respectively, to effectively protect the laser diode.

[제2실시예]     [Second Embodiment]

본 발명의 제2실시예에 따라 펌프광원 보호를 위한 Sm 이온 첨가 광섬유가 출력부 광섬유에 연결된 레이저 다이오드를 구성한다.According to the second embodiment of the present invention, a Sm ion doped optical fiber for protecting a pump light source constitutes a laser diode connected to an output optical fiber.

레이저 다이오드의 출력파장은 975 nm 이었고 NA 가 0.22 및 코어 및 클래드 지름이 각각 105 및 125 μm 이고, 이를 1530 nm 발진 파장을 갖는 Er 첨가 광섬유 레이저에 이용한다.The output wavelength of the laser diode was 975 nm, the NA was 0.22, and the core and clad diameters were 105 and 125 μm, respectively, and this was used for Er-doped fiber laser with 1530 nm oscillation wavelength.

레이저 다이오드의 출력부 광섬유에 연결할 때 발생하는 광손실을 방지하기 위하여 Sm 이온 첨가 광섬유의 NA, 코어 및 클래드 지름을 레이저 다이오드의 출력부 광섬유와 동일한 값을 같도록 한다.In order to prevent the loss of light when connecting to the output optical fiber of the laser diode, the NA, core and clad diameter of the Sm ion doped optical fiber should be equal to the output optical fiber of the laser diode.

또한, 제2실시예에 사용된 Sm 이온 첨가 광섬유는 코어의 일부 지역 즉, 광섬유의 코어 중심으로부터 거리가 3 μm 부터 12 μm 부위에 환(ring) 형태로 첨가하여, 레이저 발진 파장인 1530 nm에서 4.8x10-4 cm-1 의 광손실을 같도록 하였다. 결과적으로 펌프 파장 975 nm 에서 약 80 ％인 높은 광투과율로서 펌프광을 빔 컴바이너의 입력부 광섬유에 전달하고, 동시에 레이저 다이오드 쪽으로 역류되는 1530 nm 의 레이저 발진파장의 투과율을 0.1% 로 낮추어 효과적으로 레이저 다이오드를 보호할 수 있음을 확인하였다.In addition, the Sm ion-doped optical fiber used in the second embodiment is added in the form of a ring at a distance of 3 μm to 12 μm from a part of the core, that is, the center of the core of the optical fiber, The optical loss of 4.8x10 -4 cm -1 was equalized. As a result, it is possible to transfer the pump light to the input fiber of the beam combiner at a high light transmittance of about 80% at a pump wavelength of 975 nm and at the same time to lower the transmittance of the laser oscillation wavelength of 1530 nm, It is possible to protect it.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. . Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

1 : 펌프 광원
2 : 빔 컴바이너
100 : 광섬유
110 : 코어
120 : 클래드
130 : 경계층1: pump light source
2: Beam combiner
100: Optical fiber
110: Core
120: Clad
130: boundary layer

Claims (11)

광을 출력하는 출력부 광섬유를 포함하는 펌프 광원에 있어서,
상기 펌프 광원의 출력부 광섬유는 빔 컴바이너의 입력부 광섬유와 연결되고,
상기 빔 컴바이너의 입력부 광섬유는 상기 빔 컴바이너의 출력부 광섬유에 연결되며,
상기 펌프 광원의 출력부 광섬유와 상기 빔 컴바이너의 입력부 광섬유 사이의 광 유동 경로 또는 상기 빔 컴바이너의 출력부 광섬유와 이득광섬유 사이의 광 유동 경로 중 적어도 하나에는 광섬유가 배치되고,
상기 광 유동 경로에 배치되는 광섬유는 코어와, 상기 코어의 둘레를 에워싸는 클래드를 포함하고, 620 내지 990 nm의 레이저 광펌핑 주파수 대역 대비, 1030 내지 1110 nm 및 1165 내지 1610 nm의 레이저 발진 주파수 대역에서 광흡수율이 일정 이상으로 상승되는 Sm 이온이 첨가되는 것을 특징으로 하는 펌프 광원.
1. A pump light source comprising an output section optical fiber for outputting light,
The output optical fiber of the pump light source is connected to the input optical fiber of the beam combiner,
An input optical fiber of the beam combiner is connected to an output optical fiber of the beam combiner,
Wherein an optical fiber is disposed in at least one of an optical flow path between the output optical fiber of the pump light source and the input optical fiber of the beam combiner, or an optical flow path between the output optical fiber of the beam combiner and the gain optical fiber,
Wherein the optical fiber disposed in the optical flow path comprises a core and a cladding surrounding the core, wherein the optical fiber has a laser oscillation frequency band of 1030 to 1110 nm and 1165 to 1610 nm as compared to a laser light pumping frequency band of 620 to 990 nm. And a Sm ion in which a light absorption rate is raised to a predetermined level or higher is added.
입력부 광섬유; 및
상기 입력부 광섬유와 연결되는 출력부 광섬유를 포함하고,
상기 입력부 광섬유는 펌프 광원의 출력부 광섬유와 연결되어 상기 펌프 광원으로부터 출력되는 광을 집광하며,
상기 펌프 광원의 출력부 광섬유 및 상기 입력부 광섬유 사이의 광 유동 경로 또는 상기 입력부 광섬유와 연결되는 출력부 광섬유와 이득광섬유 사이의 광 유동 경로 중 적어도 하나에는 광섬유가 배치되고,
상기 광 유동 경로에 배치되는 광섬유는 코어와, 상기 코어의 둘레를 에워싸는 클래드를 포함하고, 620 내지 990 nm의 레이저 광펌핑 주파수 대역 대비, 1030 내지 1110 nm 및 1165 내지 1610 nm의 레이저 발진 주파수 대역에서 광흡수율이 일정 이상으로 상승되는 Sm 이온이 첨가되는 것을 특징으로 하는 빔 컴바이너.
Input optical fiber; And
And an output section optical fiber connected to the input section optical fiber,
The input optical fiber is connected to an output optical fiber of the pump light source to condense the light output from the pump light source,
An optical fiber is disposed in at least one of an optical flow path between the output optical fiber and the input optical fiber of the pump light source or an optical fiber between the output optical fiber and the gain optical fiber connected to the input optical fiber,
Wherein the optical fiber disposed in the optical flow path comprises a core and a cladding surrounding the core, wherein the optical fiber has a laser oscillation frequency band of 1030 to 1110 nm and 1165 to 1610 nm as compared to a laser light pumping frequency band of 620 to 990 nm. And a Sm ion in which a light absorption rate is raised to a predetermined level or higher is added.
펌프 광원;
상기 펌프 광원의 출력부 광섬유와 연결되고, 상기 펌프 광원으로부터 출력되는 광을 집광하는 입력부 광섬유 및 상기 입력부 광섬유와 연결되는 출력부 광섬유를 포함하는 빔 컴바이너; 및
상기 펌프 광원의 출력부 광섬유와 상기 빔 컴바이너의 입력부 광섬유 사이의 광 유동 경로 또는 상기 빔 컴바이너의 출력부 광섬유와 이득광섬유 사이의 광 유동 경로 중 적어도 하나에 배치되는 광섬유를 포함하고,
상기 광 유동 경로에 배치되는 광섬유는 코어와, 상기 코어의 둘레를 에워싸는 클래드를 포함하고,
상기 광 유동 경로에 배치되는 광섬유에는 620 내지 990 nm의 레이저 광펌핑 주파수 대역 대비, 1030 내지 1110 nm 및 1165 내지 1610 nm의 레이저 발진 주파수 대역에서 광흡수율이 일정 이상으로 상승되는 Sm 이온이 첨가되는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저.
A pump light source;
A beam combiner connected to the output optical fiber of the pump light source and including an input section optical fiber for condensing the light output from the pump light source and an output section optical fiber connected to the input section optical fiber; And
And an optical fiber disposed in at least one of an optical flow path between the output optical fiber of the pump light source and an input optical fiber of the beam combiner, or an optical flow path between the output optical fiber and the gain optical fiber of the beam combiner,
Wherein the optical fiber disposed in the optical flow path includes a core and a clad surrounding the core,
The optical fiber disposed in the optical flow path is doped with Sm ions having a light absorptivity raised to a predetermined value or more in a laser oscillation frequency band of 1030 to 1110 nm and 1165 to 1610 nm as compared to a laser light pumping frequency band of 620 to 990 nm Features a fiber optic laser.
제 3항에 있어서,
상기 Sm 이온은,
상기 코어의 전체 영역 또는 일부 영역 중 어느 하나에 첨가되는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저.
The method of claim 3,
The Sm ions are,
Wherein the core is added to the entire region or a partial region of the core.
제 3항에 있어서,
상기 Sm 이온은,
상기 클래드의 전체 영역 또는 일부 영역 중 어느 하나에 첨가되는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저.
The method of claim 3,
The Sm ions are,
Wherein the clad is added to the entire region or a partial region of the clad.
제 3항에 있어서,
상기 Sm 이온은,
상기 코어와 상기 클래드의 경계에 층(layer)을 형성하여 첨가되는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저.
The method of claim 3,
The Sm ions are,
And a layer is formed at a boundary between the core and the clad.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 유동 경로에 배치되는 광섬유는,
코어지름이 100 내지 110 μm 이며, 클래드 지름이 120 내지 130 μm 이며, NA가 0.14 내지 0.24 인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저.
7. The method according to any one of claims 4 to 6,
The optical fiber disposed in the optical flow path,
Wherein the core diameter is 100 to 110 占 퐉, the clad diameter is 120 to 130 占 퐉, and the NA is 0.14 to 0.24.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 유동 경로에 배치되는 광섬유는,
상기 코어 지름이 100 내지 400μm 이며, 클래드 지름이 120 내지 550 μm 이며, NA가 0.43 내지 0.49 인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저.
7. The method according to any one of claims 4 to 6,
The optical fiber disposed in the optical flow path,
Wherein the core diameter is 100 to 400 占 퐉, the clad diameter is 120 to 550 占 퐉, and the NA is 0.43 to 0.49.
제3항에 있어서,
상기 펌프 광원은 다수개의 펌프 광원으로 구성되고,
상기 빔 컴바이너의 입력부 광섬유는 상기 다수개의 펌프 광원의 출력부 광섬유와 각각 연결되어 상기 다수개의 펌프 광원 각각으로부터 출력되는 광을 집광하는 다수개의 입력부 광섬유로 구성되고,
상기 빔 컴바이너의 출력부 광섬유는 상기 빔 컴바이너의 다수개의 입력부 광섬유와 연결되는 단일개의 출력부 광섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저.
The method of claim 3,
The pump light source is composed of a plurality of pump light sources,
Wherein the input optical fiber of the beam combiner is composed of a plurality of input unit optical fibers connected to the output optical fibers of the plurality of pump light sources and collecting light output from each of the plurality of pump light sources,
Wherein the output optical fiber of the beam combiner comprises a single output optical fiber coupled to a plurality of input optical fibers of the beam combiner.
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