KR101628485B1 - 극초단파 광섬유 레이저 장치 - Google Patents

극초단파 광섬유 레이저 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치는, 근적외선의 광을 발생시키는 펌프광원; 펌프광원과 연결되는 폐루프 형상의 레이저 공진기의 일 구간을 형성하며, 근적외선의 광을 받아 중적외선의 파장을 방출하는 중적외선 이득매질 광섬유; 및 레이저 공진기의 경로에 장착되며, 중적외선의 파장을 극초단파로 변환시키는 수동잠금 모듈;을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 중적외선의 극초단파를 생성할 수 있으며, 벌크 광학계가 아닌 광섬유 기반의 광학계로 이루어짐으로써 외부의 충격에 대해 우수한 내구성을 구비할 수 있다.

Description

극초단파 광섬유 레이저 장치{Mid-infrared femtosecond fiber laser apparauts}
극초단파 광섬유 레이저 장치가 개시된다. 보다 상세하게는, 중적외선의 극초단파를 생성할 수 있으며, 벌크 광학계가 아닌 광섬유 기반의 광학계로 이루어짐으로써 외부의 충격에 대해 우수한 내구성을 구비할 수 있는 극초단파 광섬유 레이저 장치가 개시된다.
일반적으로 극초단파 광섬유 레이저는 근적외선 파장의 극초단파를 이용한 레이저로서, 의료/바이오 공학용 영상시스템의 광원, 의료용 치료 광원, 정밀 가공용 광원, 센서 시스템, 성분분석용 spectrometer의 광원 등과 같이 다양한 광원으로 응용되고 있다.
기존의 극초단파 광섬유 레이저는 벌크 광학계(bulk optics)와 광섬유 광학계(optical fiber optics)로 구성된다. 벌크 광학계는 대표적으로 Ti-sapphire 극초단파 레이저가 있다. 중심파장은 800 nm로 수십 펨토초(femto second)의 펄스폭을 갖는 레이저 펄스를 출력한다. 광섬유 레이저는 대표적으로 이터븀 첨가류 광섬유(Ytterbium doped fiber)를 이득매질을 사용하여 중심파장이 1060 nm, 어븀 첨가류 광섬유(Erbium doped fiber)를 이득매질을 사용하여 1550 nm의 중심파장을 갖는다.
또한 수동 모드잠금을 하기 위해 기존에 사용한 방식은 두 개의 2분의 1파장판과 한 개의 4분의 1파장판을 사용하여 비선형 분극화 회전 (nonlinear polarization rotation)효과를 이용한다.
그런데, 이러한 종래의 극초단파 광섬유 레이저에 있어서는, 전술한 이득매질을 이용하여 중적외선 파장을 출력할 수 없는 한계가 있었다. 아울러, 기존의 수동 모드잠금을 구현하기 위한 방식으로 인해 벌크 광학계 타입의 한계인 정렬의 불안정성과 외부 충격에 대한 내구성을 확보할 수 없는 한계가 있었다. 또한 공진기 내부의 GVD를 0ps/nm에 가깝도록 하여 펄스의 폭을 줄이기 위해 두 개 이상의 회절격자를 사용하였는데 이 역시도 전술한 벌크 광학계 타입의 한계를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 중적외선의 극초단파를 생성할 수 있으며, 벌크 광학계가 아닌 광섬유 기반의 광학계로 이루어짐으로써 외부의 충격에 대해 우수한 내구성을 구비할 수 있는 극초단파 광섬유 레이저 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 소형화할 수 있어 휴대성을 가질 수 있으며 이로 인해 극초단파가 이용되는 다양한 분야에 적용될 수 있는 극초단파 광섬유 레이저 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치는, 근적외선의 광을 발생시키는 펌프광원; 상기 펌프광원과 연결되는 폐루프 형상의 레이저 공진기의 일 구간을 형성하며, 상기 근적외선의 광을 받아 중적외선의 파장을 방출하는 중적외선 이득매질 광섬유; 및 상기 레이저 공진기의 경로에 장착되며, 상기 중적외선의 파장을 극초단파로 변환시키는 수동잠금 모듈;을 포함하며, 이러한 구성에 의해서, 중적외선의 극초단파를 생성할 수 있으며, 벌크 광학계가 아닌 광섬유 기반의 광학계로 이루어짐으로써 외부의 충격에 대해 우수한 내구성을 구비할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 중적외선 이득매질 광섬유는, 어븀 첨가 ZBLAN 광섬유(Erbium doped ZBLAN fiber), Er3+ 첨가 칼코게나이드 광섬유(Er3+ doped chalcogenide fiber), 툴륨 첨가 실리카 광섬유(Thulium doped silica fiber), 홀뮴 첨가 ZBLAN 광섬유(Holmium doped ZBLAN fiber), 툴륨/홀뮴 첨가 광섬유(Tm/Ho-codoped fiber), 홀뮴-알루민산 첨가 광섬유(Holmium-Alo3 doped fiber), 디스프로슘 첨가 ZBLAN 광섬유(Dysprosium doped ZBLAN fiber), Dy3+ 첨가 게르마늄-갈륨-안티모니-셀레늄 광섬유(Dy3+ doped Ge-Ga-Sb-Se fiber) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광섬유일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 레이저 공진기를 이루는 광섬유는 비스무트(bismuth), 칼코게나이드 글라스(chalcogenide glass), 지르코늄 플루오라이드(zirconium fluoride), 인듐 플루오라이드(indium fluoride), 텔루라이드 광섬유(telluride fiber), 중공 광자 크리스탈 광섬유(Hollow-core photonic crystal fiber) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광섬유일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 수동잠금 모듈은, 적어도 하나의 편광조절기 및 선형편광기를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 수동잠금 모듈은 광섬유의 코어를 감싸는 클래딩에 광흡수체를 결합시킨 포화흡수체일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광흡수체는 탄소 나노튜브, 그라핀 중 적어도 어느 하나로 마련될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 레이저 공진기를 통해 도파되는 광의 모드 필드가 상기 광흡수체를 통과할 수 있도록, 상기 광흡수체는 연마에 의해 형성된 상기 클래딩의 측면 부분에 도포 또는 코팅될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 레이저 공진기를 통해 도파되는 광의 모드 필드가 상기 광흡수체를 통과할 수 있도록, 상기 수동잠금 모듈을 이루는 상기 광섬유를 인장시킨 후 상대적으로 얇아진 부분에 상기 광흡수체를 도포 또는 코팅할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 레이저 공진기를 통해 도파되는 광의 모드 필드가 상기 광흡수체를 통과할 수 있도록, 상기 레이저 공진기를 이루는 광섬유와 상기 수동잠금 모듈을 이루는 광섬유의 접합 부분에 필름 형상의 상기 광흡수체를 개재시킬 수 있다.
일측에 따르면, 상기 레이저 공진기의 경로 상에 장착되어 상기 레이저 공진기의 내부의 분산을 보상하여 펄스의 폭을 줄이는 분산보상 모듈을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 분산보상 모듈은 상기 레이저 공진기 내부의 분산 기울기값과 반대 부호를 갖는 광섬유를 삽입하여 상기 레이저 공진기 내부의 군속도 분산(GVD, Group Velocity Dispersion)을 0ps/nm에 가깝도록 하여 펄스의 폭을 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치는, 근적외선의 광을 발생시키는 펌프광원과 연결되는 선형의 레이저 공진기의 일 구간을 형성하며, 상기 근적외선의 광을 받아 중적외선의 파장을 방출하는 중적외선 이득매질 광섬유; 상기 레이저 공진기의 경로에 장착되며, 상기 중적외선의 파장을 극초단파로 변환시키는 수동잠금 모듈; 및 상기 레이저 공진기의 양단에 구비되어 상기 광의 적어도 일부분을 반사시키는 한 쌍의 반사부;를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 한 쌍의 반사부는 포트 연결 구조를 갖는 광순환기이며, 상기 광순환기를 제2 포트에 연결하여 광을 상기 제2 포트에 입력하고, 출력되는 제3 포트를 제1 포트에 연결함으로써 다시 광이 상기 제2 포트로 되돌아가도록 함으로써 레이저 펄스를 출력할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 한 쌍의 반사부는 반사율이 90 내지 100% 범위의 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 한 쌍의 반사부 중 일단에 놓인 상기 반사부는 반사율이 90 내지 100% 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련되고, 타단에 놓인 상기 반사부는 80% 이내의 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 한 쌍의 반사부 중 일단에 놓인 상기 반사부는 패러데이 미러로 마련되고, 타단에 놓인 상기 반사부는 90 내지 100% 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 한 쌍의 반사부 중 일단에 놓인 상기 반사부는 패러데이 미러로 마련되고, 타단에 놓인 상기 반사부는 80% 이내의 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 한 쌍의 반사부는 포트와 연결되는 광순환기로 마련되며, 상기 광순환기의 제1 포트에 광을 입력하고 제2 포트에 내부의 분산 기울기값과 반대 부호를 갖도록 처핑된 광섬유 브래그 격자를 연결하고 상기 광섬유 브래그 격자에서 돌아오는 광을 제3 포트를 통해 출력하여 상기 레이저 공진기 내부의 군속도 분산(GVD, Group Velocity Dispersion)을 0ps/nm에 가깝도록 하여 펄스의 폭을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 중적외선의 극초단파를 생성할 수 있으며, 벌크 광학계가 아닌 광섬유 기반의 광학계로 이루어짐으로써 외부의 충격에 대해 우수한 내구성을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 소형화할 수 있어 휴대성을 가질 수 있으며 이로 인해 극초단파가 이용되는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 수동잠금 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 수동잠금 모듈의 변형예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 분산보상 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 분산보상 모듈의 변형예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 한 쌍의 반사부의 반사율이 다른 경우를 도시한 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 한 쌍의 반사부의 반사율이 또 다른 경우를 도시한 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 한 쌍의 반사부의 반사율이 또 다른 경우를 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치(100)는, 펌프광원(110)과, 펌프광원(110)과 연결된 폐루프(closed loop) 형상의 레이저 공진기(120)와, 레이저 공진기(120)의 경로 상에 장착되어 근적외선의 광을 받아 중적외선의 파장을 방출하는 중적외선 이득매질 광섬유(140)와, 레이저 공진기(120)의 경로 상에 장착되어 중적외선의 파장을 극초단파로 변환시키는 수동잠금 모듈(150)과, 분산보상 모듈(160), 광분할부(170) 그리고 아이솔레이터(180)를 포함한다.
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 펌프광원(110)은, 근적외선 펌프광원(110)으로서 근적외선의 펌프광을 발생시키는 역할을 한다. 펌프광원(110)으로부터 발생된 펌프광은 분기된 광섬유(111)를 통해 레이저 공진기(120)에 제공될 수 있다.
펌프광원(110)과 연결된 광섬유(111)와 레이저 공진기(120)가 만나는 부분에는 파장분할 다중화 광결합부(130)가 배치된다. 파장분할 다중화 광결합부(130)는 펌프광원(110)으로터 제공된 펌프광을 레이저 공진기(120) 내부로 공급하는데 이 때 펌프광을 파장 분할에 의해 다중화하여 레이저 공진기(120) 내부로 제공할 수 있다.
한편, 레이저 공진기(120)는 폐루프 형상을 가지며 다수의 구성이 장착되는 경로를 형성한다. 이러한 레이저 공진기(120)에는 아이솔레이터(180)가 결합되어 레이저 공진기(120)의 경로 상에서 광이 일방향으로만 이동될 수 있다.
이러한 레이저 공진기(120)는 광섬유로 마련되는데, 중적외선 극초단파 레이저를 구현하기 위해, 비스무트(bismuth), 칼코게나이드 글라스(chalcogenide glass), 지르코늄 플루오라이드(zirconium fluoride), 인듐 플루오라이드(indium fluoride), 텔루라이드 광섬유(telluride fiber), 중공 광자 크리스탈 광섬유(Hollow-core photonic crystal fiber) 중 어느 하나의 광섬유로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 실시예의 중적외선 이득매질 광섬유(140)는 파장분할 다중화 광결합부(130)를 통해 제공되는 근적외선의 광을 중적외선의 파장을 갖는 광으로 변환하여 방출하는 역할을 한다. 전술한 것처럼 종래의 레이저 장치에 있어서는 이득매질을 이용하여 중적외선 파장을 출력할 수 없는 한계가 있었는데 본 실시예의 경우 중적외선 이득매질 광섬유(140)를 통해 중적외선의 파장을 갖는 광을 출력할 수 있는 것이다.
이러한 중적외선 이득매질 광섬유(140)는 어븀 첨가 ZBLAN 광섬유(Erbium doped ZBLAN fiber), Er3+ 첨가 칼코게나이드 광섬유(Er3+ doped chalcogenide fiber), 툴륨 첨가 실리카 광섬유(Thulium doped silica fiber), 홀뮴 첨가 ZBLAN 광섬유(Holmium doped ZBLAN fiber), 툴륨/홀뮴 첨가 광섬유(Tm/Ho-codoped fiber), 홀뮴-알루민산 첨가 광섬유(Holmium-Alo3 doped fiber), 디스프로슘 첨가 ZBLAN 광섬유(Dysprosium doped ZBLAN fiber), Dy3+ 첨가 게르마늄-갈륨-안티모니-셀레늄 광섬유(Dy3+ doped Ge-Ga-Sb-Se fiber) 중 어느 하나로 마련될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 광분할부(170)는, 레이저 공진기(120)와 그와 연결된 광섬유(171)의 연결 부분에 장착되어 레이저 공진기(120) 내부에서 발진하는 광의 일부만을 출력시킬 수 있다.
한편, 본 실시예의 극초단파 광섬유 레이저 장치는 수동잠금 모듈(150)을 포함하여 중적외선의 파장을 극초단파로 변환시킬 수 있다. 이하에서는 도면을 통하여 수동잠금 모듈(150)의 다양한 방식에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 수동잠금 모듈의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 수동잠금 모듈의 변형예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 수동잠금 모듈(150)은, 선형편광기(151)와 그의 양쪽에 배치되는 2개의 편광조절기(153)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의해서, 선형편광기(151)로 선형 편광된 광을 편광조절기(153)를 이용하여 다른 편광 상태로 변환한 후 회전한 광이 선형편광기(151)로 돌아왔을 때 출력되는 빛이 거의 없게 된다. 이를 통해, 회전하는 광이 누적되는 증폭으로 인해 광세기가 증가하고 편광조절기(153) 내부에서 분극화 회전 효과로 인해 광세기에 비례하여 편광이 회전하게 되어 선형편광기(151)의 편광 상태와 일치하는 순간에 높은 펄스를 발생해 출력할 수 있다. 펄스를 방출하면 편광조절기(153) 내부의 편광이 회전하는 정도가 초기화되어 광이 출력되지 않는 과정을 반복하여 수동 모드 잠금을 수행할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 본 실시예의 수동잠금 모듈(150a)의 변형예는, 광섬유(151a)의 코어에 인접한 부분에 광흡수체(155a)를 도포 또는 코팅하여 포화흡수체를 형성하고 레이저 공진기(120) 내부에 삽입하여 수동 모드 잠금을 수행할 수 있다. 여기서, 광흡수체(155a)는 탄소 나노튜브, 그라핀 중 어느 하나로 마련될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
수동잠금 모듈(150a)에서, 광섬유(151a)에 광흡수체(155a)가 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 먼저, 레이저 공진기(120)를 통해 도파되는 광의 모드 필드가 광흡수체(155a)를 통과할 수 있도록, 도 3의 점선 내의 상부 도면에 도시된 것처럼, 광흡수체(155a)는 연마에 의해 형성된 클래딩(153a)의 측면 부분에 도포 또는 코팅될 수 있다.
또는, 중간 도면에 도시된 바와 같이, 수동잠금 모듈(150a)을 이루는 광섬유(151a)를 인장시킨 후 상대적으로 얇아진 부분에 광흡수체(155a)를 도포 또는 코팅할 수 있다.
또는, 하부 도면에 도시된 바와 같이, 레이저 공진기(120)를 이루는 광섬유(120a)와 수동잠금 모듈(150a)을 이루는 광섬유(151a)의 접합 부분에 필름 형상의 광흡수체(155a)를 개재시킬 수도 있다.
한편, 본 실시예의 극초단파 광섬유 레이저 장치는 분산보상 모듈(160)을 포함하여 레이저 공진기(120) 내부의 분산을 보상하여 펄스의 폭을 줄일 수 있다. 이하에서는 도면을 통하여 분산보상 모듈(160)의 다양한 방식에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 도 1에 도시된 분산보상 모듈의 구성을 도시한 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 분산보상 모듈의 변형예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 분산보상 모듈(160)이 분산보상 광섬유(161)로 이루어질 수 있다. 부연하면, 분산보상 모듈(160)로서 레이저 공진기(120) 내부의 분산 기울기값과 반대 부호를 갖는 분산보상 광섬유(161)를 삽입하여 레이저 공진기(120) 내부의 군속도 분산(GVD, Group Velocity Dispersion)을 0ps/nm에 가깝도록 하여 펄스의 폭을 줄일 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 분산보상 모듈(160a)은 광순환기(161a)와 광섬유 브래그 격자(162a)로 이루어질 수도 있다. 부연하면, 광순환기(161a)의 제1 포트에 광을 입력하고 제2 포트에 내부의 분산 기울기값과 반대 부호를 갖도록 처핑된 광섬유 브래그 격자(162a)를 연결하고 광섬유 브래그 격자(162a)에서 돌아오는 광을 제3 포트를 통해 출력하여 레이저 공진기(120) 내부의 군속도 분산(GVD, Group Velocity Dispersion)을 0ps/nm에 가깝도록 하여 펄스의 폭을 줄일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치(100)에 있어서는, 중적외선의 극초단파를 생성할 수 있으며, 벌크 광학계가 아닌 광섬유 기반의 광학계로 이루어짐으로써 외부의 충격에 대해 우수한 내구성을 구비할 수 있는 장점이 있다.
또한, 광섬유 레이저 장치를 소형화할 수 있어 휴대성을 가질 수 있어 극초단파가 이용되는 다양한 분야에 적용될 수 있는 장점도 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치에 대해서 설명하되 전술한 일 실시예의 레이저 장치와 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치(200)는, 레이저 공진기(220)가 폐루프 형상을 갖는 것이 아니라 선형의 레이저 공진기(220)로 마련되며, 이러한 레이저 공진기(220)의 일 구간을 중적외선 이득매질 광섬유(240)가 형성하고, 또한 수동잠금 모듈(250)이 형성한다.
그리고 파장분할 다중화 광결합부(230)에 의해 펌프광원(210)이 연결되어 펌프광원(210)의 펌프광이 레이저 공진기(220)의 내부로 공급될 수 있다. 아울러, 레이저 공진기(220)의 경로 상에 분산보상 모듈(260) 및 광분할부(270) 등이 장착될 수 있다.
한편, 본 실시예의 레이저 공진기(220)의 양단에는 광을 반사시키는 한 쌍의 반사부(280)가 구비된다. 이러한 구성에 의해 광이 반사되어 레이저 출력을 생성할 수 있다.
한 쌍의 반사부(280)는 포트와 연결되는 광순환기(281)로 마련된다. 선형의 레이저 공진기(220)를 구성하기 위해 레이저 공진기(220)의 양측에 광순환기(281)를 장착하고, 이 광순환기(281)를 제2 포트에 연결하여 광을 제2 포트에 입력하고, 출력되는 제3 포트를 제1 포트에 연결함으로써 다시 광이 제2 포트로 되돌아가도록 함으로써 광분할부(270)를 통해 레이저 펄스를 출력할 수 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치에 대해서 설명하되 전술한 실시예들의 레이저 장치와 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극초단파 광섬유 레이저 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 한 쌍의 반사부의 반사율이 다른 경우를 도시한 도면이고, 도 9는 도 7에 도시된 한 쌍의 반사부의 반사율이 또 다른 경우를 도시한 도면이며, 도 10은 도 7에 도시된 한 쌍의 반사부의 반사율이 또 다른 경우를 도시한 도면이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 한 쌍의 반사부(280a)는 반사율이 90 내지 100% 범위의 (바람직하게는 100%의) 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련될 수 있다.
도 8을 참조하면, 한 쌍의 반사부 중 일단에 놓인 반사부(240b)는 반사율이 90 내지 100% 범위를 갖는 (바람직하게는 100%의) 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련되고, 타단에 놓인 반사부(240c)는 80% 이내의 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련될 수 있다.
도 9를 참조하면, 한 쌍의 반사부 중 일단에 놓인 반사부(240d)는 패러데이 미러로 마련되고, 타단에 놓인 반사부(240e)는 90 내지 100% 범위를 갖는 (바람직하게는 100%의) 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련될 수도 있다.
도 10을 참조하면, 한 쌍의 반사부 중 일단에 놓인 반사부(240f)는 패러데이 미러로 마련되고, 타단에 놓인 반사부(240g)는 80% 이내의 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련될 수도 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 극초단파 광섬유 레이저 장치
110 : 펌프광원
120 : 레이저 공진기
130 : 파장분할 다중화 광결합부
140 : 중적외선 이득매질 광섬유
150 : 수동잠금 모듈
160 : 분산보상 모듈
170 : 광분할부
180 : 아이솔레이터

Claims (18)

  1. 근적외선의 광을 발생시키는 펌프광원;
    상기 펌프광원과 연결되는 폐루프 형상의 레이저 공진기의 일 구간을 형성하며, 상기 근적외선의 광을 받아 중적외선의 파장을 방출하는 중적외선 이득매질 광섬유; 및
    상기 레이저 공진기의 경로에 장착되며, 상기 중적외선의 파장을 극초단파로 변환시키는 수동잠금 모듈;
    을 포함하며,
    상기 수동잠금 모듈은 광섬유의 코어를 감싸는 클래딩에 광흡수체를 결합시킨 포화흡수체인 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중적외선 이득매질 광섬유는, 어븀 첨가 ZBLAN 광섬유(Erbium doped ZBLAN fiber), Er3+ 첨가 칼코게나이드 광섬유(Er3+ doped chalcogenide fiber), 툴륨 첨가 실리카 광섬유(Thulium doped silica fiber), 홀뮴 첨가 ZBLAN 광섬유(Holmium doped ZBLAN fiber), 툴륨/홀뮴 첨가 광섬유(Tm/Ho-codoped fiber), 홀뮴-알루민산 첨가 광섬유(Holmium-Alo3 doped fiber), 디스프로슘 첨가 ZBLAN 광섬유(Dysprosium doped ZBLAN fiber), Dy3+ 첨가 게르마늄-갈륨-안티모니-셀레늄 광섬유(Dy3+ doped Ge-Ga-Sb-Se fiber) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광섬유인 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 공진기를 이루는 광섬유는 비스무트(bismuth), 칼코게나이드 글라스(chalcogenide glass), 지르코늄 플루오라이드(zirconium fluoride), 인듐 플루오라이드(indium fluoride), 텔루라이드 광섬유(telluride fiber), 중공 광자 크리스탈 광섬유(Hollow-core photonic crystal fiber) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광섬유인 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수체는 탄소 나노튜브, 그라핀 중 적어도 어느 하나로 마련되는 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 공진기를 통해 도파되는 광의 모드 필드가 상기 광흡수체를 통과할 수 있도록, 상기 광흡수체는 연마에 의해 형성된 상기 클래딩의 측면 부분에 도포 또는 코팅되는 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 공진기를 통해 도파되는 광의 모드 필드가 상기 광흡수체를 통과할 수 있도록, 상기 수동잠금 모듈을 이루는 상기 광섬유를 인장시킨 후 상대적으로 얇아진 부분에 상기 광흡수체를 도포 또는 코팅하는 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 공진기를 통해 도파되는 광의 모드 필드가 상기 광흡수체를 통과할 수 있도록, 상기 레이저 공진기를 이루는 광섬유와 상기 수동잠금 모듈을 이루는 광섬유의 접합 부분에 필름 형상의 상기 광흡수체를 개재시키는 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 공진기의 경로 상에 장착되어 상기 레이저 공진기의 내부의 분산을 보상하여 펄스의 폭을 줄이는 분산보상 모듈을 더 포함하는 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 분산보상 모듈은 상기 레이저 공진기 내부의 분산 기울기값과 반대 부호를 갖는 광섬유를 삽입하여 상기 레이저 공진기 내부의 군속도 분산(GVD, Group Velocity Dispersion)을 0ps/nm에 가깝도록 하여 펄스의 폭을 줄이는 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  12. 근적외선의 광을 발생시키는 펌프광원과 연결되는 선형의 레이저 공진기의 일 구간을 형성하며, 상기 근적외선의 광을 받아 중적외선의 파장을 방출하는 중적외선 이득매질 광섬유;
    상기 레이저 공진기의 경로에 장착되며, 상기 중적외선의 파장을 극초단파로 변환시키는 수동잠금 모듈; 및
    상기 레이저 공진기의 양단에 구비되어 상기 광의 적어도 일부분을 반사시키는 한 쌍의 반사부;
    를 포함하며,
    상기 수동잠금 모듈은 광섬유의 코어를 감싸는 클래딩에 광흡수체를 결합시킨 포화흡수체인 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반사부는 포트 연결 구조를 갖는 광순환기이며, 상기 광순환기를 제2 포트에 연결하여 광을 상기 제2 포트에 입력하고, 출력되는 제3 포트를 제1 포트에 연결함으로써 다시 광이 상기 제2 포트로 되돌아가도록 함으로써 레이저 펄스를 출력하는 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반사부는 반사율이 90 내지 100% 범위의 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련되는 편광유지 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반사부 중 일단에 놓인 상기 반사부는 반사율이 90 내지 100% 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련되고, 타단에 놓인 상기 반사부는 80% 이내의 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련되는 편광유지 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반사부 중 일단에 놓인 상기 반사부는 패러데이 미러로 마련되고, 타단에 놓인 상기 반사부는 90 내지 100% 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련되는 편광유지 극초단파 광섬유 레이저 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반사부 중 일단에 놓인 상기 반사부는 패러데이 미러로 마련되고, 타단에 놓인 상기 반사부는 80% 이내의 범위를 갖는 균일 광섬유 브래그 격자(uniform fiber Bragg grating) 또는 처핑된 광섬유 브래그 격자(chirped fiber Bragg grating)로 마련되는 극초단판 광섬유 레이저 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 반사부는 포트와 연결되는 광순환기로 마련되며, 상기 광순환기의 제1 포트에 광을 입력하고 제2 포트에 내부의 분산 기울기값과 반대 부호를 갖도록 처핑된 광섬유 브래그 격자를 연결하고 상기 광섬유 브래그 격자에서 돌아오는 광을 제3 포트를 통해 출력하여 상기 레이저 공진기 내부의 군속도 분산(GVD, Group Velocity Dispersion)을 0ps/nm에 가깝도록 하여 펄스의 폭을 줄이는 극초단파 광섬유 레이저 장치.
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