KR101632592B1 - 스트레쳐 섬유 및 모듈 - Google Patents

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Abstract

스트레쳐 섬유(stretcher fiber)는 코어 영역, 내부 트렌치 영역, 링 영역, 외부 트렌치 영역, 및 외부 클래딩 영역을 포함한다. 코어 영역은 반경(r1), 굴절율(n1), 및 외부 반경(r0) 및 굴절율(n0)을 갖는 외부 클래딩 영역에 대해 (n1-n0)과 동일한 양의 유효 굴절율(ㅿn1)을 갖는다. 내부 트렌치 영역은 코어 영역을 둘러싸고 외부 반경(r2), n0보다 작은 굴절율(n2), 및 (n2-n0)와 동일한 음의 유효 굴절율(ㅿn2)을 갖는다. 링 영역은 트렌치 영역을 둘러싸고 외부 반경(r3), n0보다 큰 굴절율(n3), 및 (n3-n0)와 동일한 양의 유효 굴절율(ㅿn3)을 갖는다. 외부 트렌치 영역은 링 영역을 둘러싸고 외부 반경(r4), n0보다 작은 굴절율(n4), 및 (n4-n0)와 동일한 음의 유효 굴절율(ㅿn4)을 갖는다. 외부 클래딩 영역은 외부 트렌치 영역을 둘러싼다. r0, r1, r2, r3, r4, ㅿn1, ㅿn2, ㅿn3, 및 ㅿn4의 값들은 섬유가 음의 분산을 갖게 하고, 선택된 동작 파장 대역 내의 특정 파장에서 0.005nm-1보다 큰 상대 분산 경사를 갖게 한다. 부가적으로, 스트레쳐는 제 2 섬유와 조합하여 사용되어 선택된 격자 압축기의 분산 및 RDS를 정합시킬 수 있다.
Figure R1020090061011
외부 클래딩 영역, 내부 트렌치 영역, 링 영역, 분산 경사

Description

스트레쳐 섬유 및 모듈{STRETCHER FIBER AND MODULE}
관련 출원 및 참조에 의한 통합에의 상호 참조
본 출원은 본원에 전반적인 참조로써 통합된 개시 및 도면들, 2008년 7월 7일에 출원된 미국 가 출원 번호 61/078,589호의 우선권 이점을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 광섬유 디바이스들 및 방법들에 관한 것이고, 특히, 쳐핑된 펄스 증폭 시스템에서 사용하기 위한 개선된 스트레쳐 섬유 및 모듈(strecther and module)에 관한 것이다.
쳐핑된 펄스 증폭(Chirped pulse amplification; CPA)은 페타와트(1015 와트) 레벨까지 울트라쇼트(ultrashort) 레이저 펄스를 증폭시키기 위한 기술이다. 레이저는 상대적으로 낮은 전력의 일련의 울트라쇼트 펄스들을 포함하는 출력을 생성한다. 그 다음, 이들 펄스들은 펄스들을 스트레칭시키는 분산을 갖는 스트레쳐 모듈에 공급된다. 그 다음, 스트레칭된 펄스 출력은 고-전력 증폭기에 공급된다. 그 다음, 스트레칭되고 증폭된 펄스들은 스트레쳐 모듈의 분산과 대향되는 분산을 갖는 압축기 모듈(compressor module)에 공급되어 재압축되고 증폭된 펄스 출력을 발생시킨다. 증폭하기 전 펄스들을 스트레칭시킴으로써, 펄스들의 피크 전력을 감소시킬 수 있고, 바람직하지 않은 비선형들을 회피할 수 있다.
현재, 스트레쳐 모듈들은 자유 공간 회절 격자들을 사용하여 제조된다. 그러나, 여러 가지 이유들로 인해, 모든-섬유-기반의 해법을 사용하는 것이 바람직하다. 섬유-기반 스트레쳐를 생성하기 위한 노력들이 존재하지만, 이들 시도들은 결점이 있다. 하나의 경우에, 400미터의 표준 저-컷오프 단일 모드 섬유(low-cutoff single mode fiber)는 스트레쳐로서 사용된다. 그러나, 압축기가 전형적으로 양의 RDS를 갖고 표준 저-컷오프 단일 모드 섬유는 전형적으로 음의 RDS를 갖기 때문에, 분산 경사 정합(dispersion slope match)이 손쉽게 얻어질 수 없다.
이 문제를 극복하기 위해, 증폭기 섬유들에서 경사 오정합 및 비선형성들의 복잡한 균형이 요구된다. 또 다른 경우에, 1050nm에서 0.0053nm-1 의 RDS를 갖는 섬유가 설명된다. 그 섬유는 1050nm에서 β2 = -1.6ps2 (D = 2.7ps/nm)의 분산과 격자 압축을 정합시키고 제한된 유틸리티면에서 제한된다.
종래 기술에서 이들 및 다른 문제들은 본 발명에 의해 처리되고, 이들의 일 양태는 새로운 스트레쳐 섬유를 제공한다. 섬유는 코어 영역, 내부 트렌치 영역, 링 영역, 외부 트렌치 영역, 및 외부 클래딩 영역을 포함한다. 코어 영역은 반경 (r1), 굴절율(n1), 및 외부 클래딩 영역에 대해서 양의 유효 굴절율(ㅿn1)을 갖고, 이는 외부 반경(r0) 및 굴절율(n0)을 갖는다. 코어 영역 유효 굴절율(ㅿn1)은 (n1-n0)과 동일하다. 내부 트렌치 영역은 코어 영역을 둘러싸고 외부 반경(r2), n0보다 작은 굴절율(n2), 및 (n2-n0)와 동일한 음의 유효 굴절율(ㅿn2)을 갖는다. 링 영역은 트렌치 영역을 둘러싸고 외부 반경(r3), n0보다 큰 굴절율(n3), 및 (n3-n0)와 동일한 양의 유효 굴절율(ㅿn3)을 갖는다. 외부 트렌치 영역은 링 영역을 둘러싸고 외부 반경(r4), n0보다 작은 굴절율(n4), 및 (n4-n0)와 동일한 음의 유효 굴절율(ㅿn4)을 갖는다. 외부 클래딩 영역은 외부 트렌치 영역을 둘러싼다. r0, r1, r2, r3, r4, ㅿn1, ㅿn2, ㅿn3, 및 ㅿn4의 값들은 섬유가 음의 분산을 갖도록 하고 선택된 동작 파장 대역 내의 특정 파장에서 0.005nm-1 보다 큰 상대 분산 경사를 갖도록 한다.
본 발명의 또 다른 양태를 따르면, 새로운 스트레쳐 섬유는 제 2 섬유 또는 섬유 디바이스와 조합하여 사용되어 선택된 격자 압축기의 분산 및 RDS를 정합시킨다.
본 발명의 양태들은 특정 파장 대역, 예를 들면, 1000 내지 1100nm 내에서 동작하는 단-펄스(short-pulse) 섬유 레이저에서 쳐핑된 증폭을 위한 스트레쳐 모듈에 대한 모든-섬유-기반의 해법을 제공하는 시스템들 및 기술들에 관한 것이다. 본 발명의 제 1 양태는 스트레쳐 모듈에서 자체로 사용될 수 있는 새로운 스트레쳐 섬유에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 스트레쳐 모듈은 새로운 스트레쳐 섬유 및 스트레쳐 모듈이 원하는 전체 분산 및 전체 RDS를 갖도록 선택된 적어도 하나의 다른 섬유의 조합을 함께 접합(splice)함으로써 구성된다.
스트레쳐 모듈의 설계에서 제기된 문제들의 논의 다음에, 스트레쳐 모듈을 구성하기 위해 다른 섬유들과 섬유의 예시적인 조합들 및 새로운 스트레쳐 섬유의 상세한 설명이 제공된다. 현재 사용된 격자 압축기들과 관련하여 사용될 정도로 충분히 높은 RDS를 갖는 모든-섬유 스트레쳐 모듈을 구성하도록 설명된 시스템들 및 기술들이 사용될 수 있다는 점을 유의해야 한다.
고 펄스 에너지들을 갖는 단펄스 섬유 레이저들은 마이크로가공 등과 같은, 많은 애플리케이션들(applications)에 대해서 바람직하다. 쳐핑된 펄스 증폭은 즉, 1 피코초보다 작은 지속기간를 갖는 단펄스들, 및 마이크로주울 레벨, 또는 심지어 밀리주울 레벨(millijoule level)에 대한 펄스 에너지들을 발생시키기 위한 지속가능한 방식이 되도록 도시된다.
도 1은 전형적인 쳐핑된 펄스 증폭 시스템(20)의 도면을 도시한 도면이다. 저-전력 펨토초 발진기(low-power femtosecond oscillator)(21)은 스트레쳐 모듈(23)에 공급되는 펄스 출력(22)을 제공하고, 이는 전형적으로 103 이상의 팩터만큼 펄스 출력을 스트레칭한다. 스트레쳐 모듈(23)은 펄스들의 피크 전력을 감소시키기 위해, 매우 분산적이다. 그 다음, 스트레칭된 펄스 출력(24)은 고-전력 증폭기(25)에서 선형적으로 증폭된다. 그 다음, 증폭된, 스트레칭된 펄스 출력(26)은 스트레쳐 유닛의 분산에 대향하는 분산을 갖는 분산 소자인 압축기 유닛(27)에 의해 재압축되어, 증폭된, 재압축된 펄스 출력(28)을 야기한다.
그룹 속도 분산을 특징화하기 위해, 상이한 파라미터들(parameters) 및 그들의 도함수들이 사용된다. 광섬유들의 분야 내에서, D-파라미터가 통상적으로 사용된다. D-파라미터는 다음과 같이 규정된다.
Figure 112009040942686-pat00001
여기서, Tg는 그룹 지연이고 λ는 파장이다. 레이저들의 분야 내에서, β2, 전파 상수(β)의 제 2 도함수를 사용하는 것이 공통된다.
Figure 112009040942686-pat00002
여기서 ω는 각 주파수(angular frequency)이다. 이들 2개의 파라미터들은 다음과 같이 특정하게 관련된다.
Figure 112009040942686-pat00003
여기서 c는 진공에서의 광속도이다. 본 설명의 나머지에서, D-파라미터가 사용될 것이다.
현재 쳐핑된 펄스 증폭 시스템들에서, 스트레쳐 유닛 및 압축기 유닛은 자유 공간 회절 격자 쌍들을 이용하여 제조된다. 그러나, 일반적으로 말하면, 섬유-기반 접근법은 다수의 이유들에 대한 자유 공간 옵틱스(free space optics)를 사용하는 방식이 바람직하다. 섬유-기반 구성요소는 대응하는 자유 공간 구성요소와 비교하여, 전형적으로 더 작은 크기, 더 좋은 안정성, 더 긴 수명, 및 더 낮은 비용을 갖는다.
현재 압축기 유닛은 모든-섬유 접근법을 사용하여 제조되도록 하는 것이 가능하지 않다. 수 나노주울을 넘는 펄스 에너지들에 대해서, 압축 후 고 피트 강도들은 압축 섬유의 비선형성들로 인해 상당한 펄스 왜곡을 야기한다. 그러나, 이들 고 피크 강도들은 스트레쳐 유닛에 대해서 문제가 없는데, 그 이유는 증폭 및 압축 전에 레이저 출력의 상대적으로 낮은 파워 때문이다. 따라서, 스트레쳐 유닛이 모든-섬유 솔루션을 사용하여 구성되면, 전체 레이저 증폭 시스템은 임의의 자유 공간 옵틱스 없이 압축기 유닛이 섬유로 제조될 때까지 업(up)된다.
그러나, 스트레쳐로서 사용하기 위한 섬유를 설계시 다수의 문제들이 있다. 한 가지 문제는 스트레쳐가 단일 파장뿐만 아니라 펄스들의 전체 스펙트럼 범위, 전형적으로 펄스 지속기간에 따라서 5 내지 20nm에서 이상적으로 압축기 격자의 분산에 정합하여야 한다는 것이다. 도 2는 1200라인들/mm, 격자 압축기에 대한 분산(D-파라미터)(42)가 18°의 입사각 및 0.1미터의 격자 거리에서, 파장의 함수로서 도시된 그래프(40)를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 격자 압축기는 전형적으로 상대적으로 큰 분산 경사를 갖는다.
분산 및 분산 경사 보상 둘 모두에에 대한 섬유들을 설계할 때, 유용한 도면은 다음과 같이 규정된 상대 분산 경사(RDS)이다.
Figure 112009040942686-pat00004
, 여기서
Figure 112009040942686-pat00005
이다.
섬유가 분산 및 분산 엘리먼트(dispersion element)의 분산 경사 둘 모두를 보상해야 할 때, 섬유는 분산 엘리먼트로서 동일한 RDS를 가져야 한다. RDS는 다음을 통한 전파 상수의 제 3 및 제 2 도함수들의 비와 관련된다.
Figure 112009040942686-pat00006
, 여기서
Figure 112009040942686-pat00007
이다.
스트레쳐 섬유의 설계시 일반적인 문제는 충분히 높은 RDS를 획득하는 것이다. 이는 압축기 격자들의 일반적인 속성에 기인한다. 충분한 스트레치 비를 획득하기 위해, 전형적으로 5ps/nm 내지 수 100ps/nm 범위의 분산 D가 요구된다. 격자들 사이의 너무 긴 거리들 없이 이러한 분산 계수들을 획득하기 위해, 상대적으로 낮은 입사각들에서 격자들을 동작시키는 것이 필요하다. 그러나, 이는 상대적으로 높은 RDS 값들을 야기한다. 이를 도시한 일례는 도 3 및 도 4에 주어지고, 이들은 0.1미터의 격자 분리를 갖는 1200라인들/mm 격자에 대한 입사각의 함수로서 1030nm에서 계산된 분산(62) 및 RDS(82)의 그래프들(60 및 80)이다.
본 발명의 일 양태는 이들 및 다른 문제들을 해결하는 새로운 스트레쳐 섬유 설계를 제공한다. 섬유의 현재 설명된 예는 음의 분산 D, 및 RDS>0.005nm-1
을 갖는다. 유는 섬유 레이저에서, 예를 들면, YB-섬유 이득 대역(증폭 윈도우(amplification window)), 즉 1000nm 및 1100nm 사이에서 동작하는 단-펄스 레이저에 대한 쳐핑된 펄스 증폭 시스템에서 스트레쳐 모듈에서의 사용을 위해 설계된다. 그러나, 설명된 섬유는 예를 들면, 기존 분산 보상 섬유 기술에서 공통적으로 사용된 1550nm 대역 뿐만 아니라 전형적으로 Ti-사파이어 레이저들에 의해 사용된 800nm 대역에서와 같은, 다른 파장들에서 동작하는 단-펄스 레이저들에 대한 쳐핑된 펄스 증폭 시스템들에서의 사용을 위해 수정될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
새로운 섬유는 각각의 굴절율을 갖는 복수의 영역들을 생성하도록 도핑된 적합한 재료를 벗어나서 제조된다. 이들 영역들은 섬유의 길이까지 확장하는 중앙 코어 영역, 및 코어 영역을 둘러싸는 연속적인 층들에 배열된 일련의 동심 영역들(concentric regions)을 포함한다. 섬유는 예를 들면, 수정된 화학 기상 증착(MCVD) 기술 등과 같은, 종래 기술에 공지된 기술들을 사용하여 제조될 수 있다.
도 5는 원래 크기로 도시되지 않지만, 새로운 스트레쳐 섬유(100)의 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 섬유는 다음 영역들: 반경(r1)을 갖는 코어(10), 외부 반경(r2)를 갖는 내부 트렌치(102), 외부 반경(r3)를 갖는 링(103), 외부 반경(r4)를 갖는 외부 트렌치(104), 및 외부 반경(r0)을 갖는 외부 클래딩(105)를 포함한다. 게다가, 섬유에는 하나 이상의 보호 외부 층들(도시되지 않음)이 제공될 수 있다.
도 6은 섬유에 대한 원하는 굴절율 프로파일(120)을 도시한 도면이고 도 7은 원하는 굴절율 프로파일에 따라서 제조된 섬유로부터 획득된 측정된 굴절율 프로파일(140)을 도시한 도면이다. 본 설명의 목적을 위해, 외부 클래딩의 굴절율은 n0 로서 표현되고, 코어, 내부 트렌치, 링 및 외부 트렌치의 굴절율들 각각은 n1-n4 로서 표현된다. 게다가, 외부 클래딩(n0)의 굴절율은 섬유 영역들 각각을 위한 유효 굴절율(ㅿn)을 결정하기 위해 사용된다. 따라서,
ㅿn1 = n1 - n0;
ㅿn2 = n2 - n0;
ㅿn3 = n3 - n0; 및
ㅿn4 = n4 - n0이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 굴절율 프로파일들(120 및 140)은 코어 영역(101)에 대응하는 중앙 스파이크(central spike)(121 및 141), 내부 트렌치(102)에 대응하는 트렌치들(trenches)(122 및 142), 링 영역(103)에 대응하는 숄더들(shoulders)(123 및 143), 및 외부 트렌치(104)에 대응하는 더 작은 트렌치들(124 및 144)을 포함한다.
도 8은 섬유 영역들 각각에 대해서 다음의 상세사항들: 재료, 불순물(dopant), 유효 귤절율, 폭, 및 외부 반경을 설명하는 테이블(200)을 도시한 도면이다.
모든 5개의 섬유 영역들에 대한 재료는 SiO2이다. 각 개별적인 영역은 적합한 량의 불순물을 부가함으로써 생성된다. 외부 클래딩(105)은 도핑되지 않고, 굴절율(n0)를 갖는다. 외부 클래딩의 외부 반경은 62.5 마이크로미터이다. 따라서, 스트레쳐 섬유의 직경은 125 마이크로미터이다.
코어(101)는 인덱스-상승 도펀트(index-raising dopant)(GeO2)로 도핑되고 유효 굴절율(ㅿn1 = n1 - n0 = 21.9 × 10-3) 및 0.98 마이크로미터의 반경을 갖는다.
내부 트렌치(102)는 도펀트들(GeO2) 및 F의 인덱스-저하 혼합물(index-raising dopant)로 도핑되고 유효 굴절율(ㅿn2 = n2 - n0 = -8.9 × 10-3), 2.96 마이크로미터의 폭, 및 3.94 마이크로미터의 외부 반경을 갖는다. 선택적으로, 트렌치는 F만으로 도핑될 수 있다.
링(103)은 불순물들(GeO2) 및 F의 인덱스-상승 혼합물로 도핑되고 유효 굴절율(ㅿn3 = n3 - n0 = 6.8 × 10-3), 1.38 마이크로미터의 폭, 및 5.32 마이크로미터의 외부 반경을 갖는다. 선택적으로, 링은 GeO2 만으로 도핑될 수 있다.
외부 트렌치(104)는 불순물들 P2O5 및 F의 인덱스-상승 혼합물로 도핑되고 유효 굴절율(ㅿn1 = n4 - n0 = -1.0 × 10-3), 1.76 마이크로미터의 폭, 및 7.08 마이크로미터의 외부 반경을 갖는다. 선택적으로, 불순물들의 혼합물은 GeO2를 또한 포함한다. 제 2 옵션으로서, 외부 트렌치는 F 만으로 도핑될 수 있다.
도 9는 도 8에 설명된 테이블(200)에 따라서 제조된 섬유의 다양한 특성들을 설명하는 테이블(200)을 도시한 도면이다. 이들 특성들은: 상대 분산 경사; 분산; 감쇄; 및 1030nm 및 1060nm에서의 모드필드 직경(modefield diameter)을 포함한다. 테이블은 30nm의 직경을 갖는 맨드릴(mandrel) 주위의 한 회전 동안 0.5dB 손실을 야기하는 파장 및 섬유의 컷오프 파장(cutoff wavelength)을 또한 설명한다.
테이블(210)에 도시된 바와 같이, 1030nm에서, 섬유는 0.0094nm-1의 상대 분산 경사, -164ps/(nm-km)의 분산, 2.9dB/km의 감쇄 및 2.9 마이크로미터의 모드필드 직경을 갖는다. 1060nm에서, 섬유는 0.130nm-1 의 상대 분산 경사, -236ps/(nm-km)의 분산, 2.6dB/km의 감쇄, 및 3.0 마이크로미터의 모드필드 직경을 갖는다.
테이블(210)에 또한 도시된 바와 같이, 30mm의 직경을 갖는 맨드릴 주위에서 한 회전 동안 0.5dB에서 야기하는 파장은 1072nm이다. 섬유의 컷오프 파장은 970nm이다. 섬유는 선택된 동작 파장 범위 아래의 컷오프 파장을 갖도록 설계되었다는 점을 유의해야 한다. 도 10은 분산(222) 및 RDS(224)가 파장의 함수로서 도시된 그 래프(220)를 도시한 도면이다. 도 11은 감쇄(232)가 파장의 함수로서 도시된 그래프(230)을 도시한 도면이다.
설명된 섬유는 모든-스트레쳐 섬유 유닛을 형성하기 위해 다양한 구성들에서 사용될 수 있다. 이들 구성들 중 일부는 도 12 내지 도 14에 개략적으로 표현된다.
도 12는 새로운 스트레쳐 섬유(242)의 길이가 적합한 패키지(244)로 로딩되고 상술된 펄스 스트레칭 기능을 제공하기 위해 스스로 사용되는 스트레쳐 모듈(240)을 도시한 도면이다. 이 접근법은 스트레쳐 섬유(242)의 길이의 분산 및 RDS가 조정할 필요 없이 주어진 압축기 유닛의 분산 및 RDS와 정합하는 곳에서 사용된다. 스트레쳐 섬유(242)의 요구된 길이가 충분히 짧으면, 섬유는 느슨하게 감싸진 코일의 형태로 패키지(244)로 로딩될 수 있다. 섬유(242)의 더 큰 길이는 스풀(spool) 또는 다른 적합한 구조를 사용하여 패키지(244)로 로딩될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 새로운 스트레쳐 섬유에 기초한 스트레쳐 유닛의 분산 및 RDS는 스트레쳐 섬유를 선택된 분산 및 RDS를 갖는 제 2 섬유 또는 섬유 디바이스와 조합함으로써 정밀하게 제어될 수 있다. 이하에 사용된 바와 같이, 용어 "섬유"는 일반적으로 섬유, 섬유 디바이스, 섬유-기반 구조, 또는 이들의 조합들과 관련하여 사용된다.
새로운 스트레쳐 섬유와 관련하여 사용을 위해 적합한 제 2 섬유를 선택함으로써, 스트레쳐 섬유 및 제 2 섬유 중 하나 또는 둘 모두의 길이들을 트리밍(trimming)함으로써 스트레쳐 모듈의 전체 상대 분산 경사 및 전체 분산 둘 모두를 정밀하게 제어할 수 있다. 원리적으로, 새로운 스트레쳐 섬유가 원하는 결과, 즉 스트레쳐 모듈의 특정한 압축기 모듈로의 정합을 성취하기 위한 하나 이상의 다른 섬유와 조합된 스트레쳐 모듈에 적용하기 위한 본 논의를 외삽(extrapolate)할 수 있다는 점을 유의해야 한다.
제 2 섬유는 다양한 물리적인 구성들에서 새로운 스트레쳐 섬유와 조합될 수 있다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 스트레쳐 섬유(252) 및 제 2 섬유(254)는 접합 포인트(splice point)(256)에서 서로 결합되고 CPA 시스템 내로 설치하기 위한 단일 패키지(258)에서 함께 하우징된다. 대안적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 스트레쳐 모듈(260)은 접합 포인트(272)에서 함께 결합되는 스트레쳐 섬유(268) 및 제 2 섬유(270)의 각각의 길이들을 하우징하는 복수의 패키징 유닛들(262 및 264)을 포함할 수 있다. 새로운 스트레쳐 섬유 및 제 2 섬유의 조합에 기초한 스트레쳐 모듈들은 획득될 수 있는 RDS 양을 제어하는데 있어서 융통성을 제공할 뿐만 아니라 분산 및 RDS 둘 모두의 매우 정밀한 제어를 또한 제공하는데, 이들은 2개의 섬유들의 각각의 길이들을 조정함으로써 개별적으로 제어될 수 있기 때문이다.
예를 들면, 양의 분산 (D) 및 음의 RDS을 갖는 제 2 섬유와 스트레쳐 섬유를 조합시킴으로써 단지 스트레쳐 섬유의 RDS보다 높은 RDS를 갖는 스트레쳐 유닛을 구성할 수 있다. 하나의 예시적인 구현에서, 스트레쳐 섬유는 더 높은 차수 모드(HOM), 예를 들면, LP02 모드로 동작하는 양의 D 및 음의 RDS를 갖는 섬유 디바이스와 조합된다. 이 구현에서 사용된 섬유 디바이스는 상표명 FemtoCompTM 하에서 OFS로부터 상업적으로 이용가능하다. 도 15 및 도 16은 새로운 섬유(1030nm에서 D = -164ps/(nm-km) 및 RDS = 0.0094nm-1)를 FemtoCompTM (1030nm에서 D = 69ps/(nm-km) 및 RDS = -0.0093nm-1)과 조합함으로써, 1030nm에서 0.0025nm-1 의 RDS를 갖는 격자 압축기가 정합될 수 있는 방법을 도시한 도면들이다.
도 15는 새로운 섬유(하부 플롯(302)) 및 FemtoCompTM 섬유 디바이스(상부 플롯(304))에 대한 파장의 함수로서 분산이 도시된 그래프(300)를 도시한 도면이다. 도 16은 타겟 분산, 18°의 입사각에서 동작하는, 1200 라인들/mm 압축기 격자의 -D 및 0.1m의 격자 분리의 플롯(312)을 포함하는 그래프(310)를 도시한 도면이다. 도 16 그래프는 FemtoCompTM HOM 섬유의 142미터보다 앞서 새로운 섬유의 119미터를 조합함으로써 획득된 분산 플롯(314)을 또한 도시한다.
대안적으로, 음의 분산 (D) 및 음의 RDS를 갖는 제 2 섬유 또는 섬유 디바이스와 스트레쳐 섬유를 조합시킴으로써 단지 스트레쳐 섬유의 RDS보다 낮은 RDS를 갖는 스트레쳐 유닛을 구성할 수 있다. 하나의 이러한 섬유는 예를 들면, 코닝사로부터의 HI-1060 또는 OFS사로부터의 ClearLiteTM 980-14와 같은, 표준 저-컷오프 단일 모드 섬유가다. 도 17 및 도 18은 새로운 섬유(1030nm에서 D = -164ps/(nm-km) 및 RDS = 0.0094nm-1)를 ClearLiteTM 980-14(1030nm에서 D = -44ps/(nm-km) 및 RDS = -0.0041nm-1)과 조합함으로써, 1030nm에서 0.0068nm-km의 RDS를 갖는 격자 압축기가 정합될 수 있는 방법을 도시한 도면이다.
도 17은 새로운 섬유(하부 플롯(322)) 및 ClearLite TM CL980-14 단일 모드 섬유(상부 플롯(304))에 대한 파장의 함수로서 분산이 도시된 그래프(320)를 도시한 도면이다. 도 18은 타겟 분산, 30°의 입사각에서 동작하는 1200라인들/mm 압축기 격자의 -D 및 0.1m의 격자 분리의 플롯(312)을 설명하는 그래프(330)를 도시한 도면이다. 도 16의 그래프는 ClearLite TM CL980-14 섬유의 6.5미터보다 앞서 새로운 섬유의 7.8미터를 조합함으로써 획득된 분산 플롯(334)를 또한 도시한다.
코닝사로부터의 HI-1060 또는 OFS사로부터의 ClearLiteTM 980-14와 같은, 표준 저-컷오프 섬유의 길이로 스트레쳐 섬유의 길이를 접합함으로써 발생되는 접합 손실이 테스트(test)받는다. 이들 섬유들은 대역 1000nm 내지 1100nm에서 작동하는 섬유 레이저들에서 정기적으로 사용된다. ClearLiteTM 980-14에 대한 0.17dB의 접합 손실은 본 출원과 더불어 공통적으로 소유된 미국 특허 6,565,269호에 설명된 열적으로 확장된 모드필드 기술을 사용하여, 입증되었고, 이의 개시 및 도면들은 본원에 전체적으로 통합된다.
도 19는 본 발명의 또 다른 양태에 따른 일반적인 방법(350)의 순서도를 도시한 도면이다. 단계(351)에서, 새로운 스트레쳐 섬유의 길이가 제공된다. 단계(352)에서, 분산 및 RDS를 포함하는 제 2 섬유의 길이가 제공되고, 이들 중 적어도 하나는 스트레쳐 섬유의 분산 또는 RDS와 상이하다. 단계(353)에서, 스트레쳐 섬유 및 제 2 섬유의 각각의 길이들은 함께 접합될 때, 스트레쳐 섬유 및 제 2 섬유의 총 조합된 분산 및 RDS가 선택된 압축기의 총 조합된 분산 및 RDS와 정합하도록 조정된다.
상술된 시스템들 및 기술들은 종래 기술에 비해서 다수의 이점들을 제공한다는 것이 인식될 것이다. 격자-기반 스트레쳐와 비교하여, 본 발명을 따른 시스템은 RDS 및 분산 둘 모두의 더욱 정밀한 제어를 제공한다. 게다가, 현재 설명된 시스템은 더 작은 크기, 더 좋은 안정성, 더 긴 수명, 및 더 낮은 비용의 이점들을 제공한다.
상술한 설명이 당업자들이 본 발명을 실시하도록 할 상세사항들을 포함하지만, 이 설명은 본래 예시적인 것이고 이들의 많은 수정들 및 변형들은 이들 교시들(teachings)의 이점을 갖는 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본원의 발명은 첨부된 청구범위들에 의해서만 규정되고 청구범위들은 종래 기술에 의해 허용된 바와 같이 넓게 해석되도록 의도된다.
도 1은 쳐핑된 펄스 증폭 시스템을 도시한 도면.
도 2는 분산이 18°의 입사각에서 0.1 미터의 격자 분리를 갖는 1200 라인들/mm 격자 압축기에 대한 파장에 대해 플롯화된 그래프.
도 3 및 도 4는 0.1 미터의 격자 분리를 갖는 1200 라인/mm 격자에 대한 입사각의 함수로서 1030nm에서 계산된 분산 및 RDS를 도시한 그래프들.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따른 스트레쳐 섬유의 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 섬유에 대한 설계된 굴절율 프로파일을 도시한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 굴절율 프로파일에 따라 제조된 섬유에 대한 측정된 굴절율 프로파일을 도시한 도면.
도 8 및 도 9는 도 5 내지 도 7에 도시된 섬유의 특정한 디자인 및 성능 디테일들을 설명한 테이블들을 도시한 도면.
도 10 및 도 11은 도 5 내지 도 7에 도시된 섬유에 대한 분산, RDS, 및 감쇄를 도시한 그래프들을 도시한 도면.
도 12 내지 도 14는 도 5 내지 도 7에 도시된 스트레쳐 섬유를 이용하는 스트레쳐 유닛의 대안적인 구성들을 도시한 도면들.
도 15 내지 도 18은 격자 압축기 유닛의 분산 및 RDS를 정합하기 위해 제 2 섬유와 조합하여 도 5 내지 도 7에 도시된 스트레쳐 섬유의 사용을 도시한 그래프들.
도 19는 본 발명의 또 다른 양태에 따른 스트레쳐 모듈을 구성하기 위한 방 법의 순서도.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 스트레쳐 섬유(stretcher fiber)에 있어서,
    반경(r1), 굴절율(n1), 및 외부 반경(r0) 및 굴절율(n0)을 갖는 외부 클래딩 영역에 대해 양의 유효 굴절율(ㅿn1)을 갖는 코어 영역으로서, 상기 ㅿn1은 n1- n0와 동일한, 상기 코어 영역,
    상기 코어 영역을 둘러싸는 내부 트렌치 영역으로서, 외부 반경(r2), n0보다 작은 굴절율(n2), 및 (n2-n0)와 동일한 음의 유효 굴절율(ㅿn2)을 갖는, 상기 내부 트렌치 영역,
    상기 내부 트렌치 영역을 둘러싸는 링 영역으로서, 외부 반경(r3), n0보다 큰 굴절율(n3), 및 (n3-n0)와 동일한 양의 유효 굴절율(ㅿn3)을 갖는, 상기 링 영역, 및
    상기 링 영역을 둘러싸는 외부 트렌치 영역으로서, 상기 외부 클래딩 영역은 외부 반경(r4), n0보다 작은 굴절율(n4), 및 (n4-n0)와 동일한 음의 유효 굴절율(ㅿn4)을 갖는, 상기 외부 트렌치 영역을 포함하고,
    상기 외부 클래딩 영역은 상기 외부 트렌치 영역을 둘러싸고,
    r0, r1, r2, r3, r4, ㅿn1, ㅿn2, ㅿn3 및 ㅿn4의 값들은 상기 섬유가 음의 분산을 갖게 하고, 1000nm와 1100nm 사이에 있는 선택된 동작 파장 대역 내의 특정 파장에서 0.005nm-1보다 큰 상대 분산 경사를 갖게 하고,
    상기 섬유는 상기 선택된 동작 파장 대역 아래의 컷오프 파장(cutoff wavelength)을 갖는 것을 특징으로 하는, 스트레쳐 섬유.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 섬유는 상기 동작 파장 대역 아래의 컷오프 파장을 갖는 단일-모드 섬유로 0.5dB 미만의 접합 손실(splice loss)로 접합가능한, 스트레쳐 섬유.
  5. 제 3 항에 있어서,
    r1 = 0.98㎛;
    r2 = 3.94㎛;
    r3 = 5.32㎛;
    r4 = 7.08㎛;
    r0 = 62.50㎛;
    ㅿn1 = 21.9 × 10-3;
    ㅿn2 = -8.9 × 10-3;
    ㅿn3 = 6.8 × 10-3; 및
    ㅿn4 = -1.0 × 10-3인, 스트레쳐 섬유.
  6. 삭제
  7. 펄스 증폭 시스템에 사용하기 위한 스트레쳐 모듈에 있어서,
    스트레쳐 섬유 및 상기 스트레쳐 섬유에 접합된 제 2 스트레쳐 섬유의 길이를 포함하고,
    상기 스트레쳐 모듈의 분산 및 상대 분산 경사는 상기 스트레쳐 섬유 및 상기 제 2 섬유의 각각의 길이들을 제어함으로써 제어가능하고,
    상기 스트레쳐 섬유는,
    반경(r1), 굴절율(n1), 및 외부 반경(r0) 및 굴절율(n0)을 갖는 외부 클래딩 영역에 대해 양의 유효 굴절율(ㅿn1)을 갖는 코어 영역으로서, 상기 ㅿn1은 n1- n0와 동일한, 상기 코어 영역,
    상기 코어 영역을 둘러싸는 내부 트렌치 영역으로서, 외부 반경(r2), n0보다 작은 굴절율(n2), 및 (n2-n0)와 동일한 음의 유효 굴절율(ㅿn2)을 갖는, 상기 내부 트렌치 영역,
    상기 내부 트렌치 영역을 둘러싸는 링 영역으로서, 외부 반경(r3), n0보다 큰 굴절율(n3), 및 (n3-n0)와 동일한 양의 유효 굴절율(ㅿn3)을 갖는, 상기 링 영역, 및
    상기 링 영역을 둘러싸는 외부 트렌치 영역으로서, 상기 외부 클래딩 영역은 외부 반경(r4), n0보다 작은 굴절율(n4), 및 (n4-n0)와 동일한 음의 유효 굴절율(ㅿn4)을 갖는, 상기 외부 트렌치 영역을 포함하고,
    상기 외부 클래딩 영역은 상기 외부 트렌치 영역을 둘러싸고,
    r0, r1, r2, r3, r4, ㅿn1, ㅿn2, ㅿn3 및 ㅿn4의 값들은 상기 섬유가 음의 분산을 갖게 하고, 선택된 동작 파장 대역 내의 특정 파장에서 0.005nm-1보다 큰 상대 분산 경사를 갖게 하고,
    상기 스트레쳐 모듈이 상기 스트레쳐 섬유의 상대 분산 경사보다 큰 상대 분산 경사를 갖도록, 상기 제 2 섬유는 0보다 큰 분산 및 0보다 작은 상대 분산 경사를 갖는 것을 특징으로 하는, 스트레쳐 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스트레쳐 모듈은 상기 스트레쳐 섬유의 상대 분산 경사보다 작은 상대 분산 경사를 갖도록, 상기 제 2 섬유는 0보다 작은 분산 및 0보다 작은 상대 분산 경사를 갖는, 스트레쳐 모듈.
  9. 펄스 증폭 시스템에 사용하기 위한 스트레쳐 모듈을 구성하기 위한 방법에 있어서:
    (a) 제 3 항의 상기 스트레쳐 섬유의 길이를 제공하는 단계;
    (b) 분산 및 상대 분산 경사를 갖는 제 2 섬유의 길이를 제공하는 단계로서, 이들 중 적어도 하나는 상기 스트레쳐 섬유의 분산 또는 상대 분산 경사와 상이한, 상기 제 2 섬유의 길이 제공 단계; 및
    (c) 함께 접합될 때, 상기 스트레쳐 섬유 및 상기 제 2 섬유의 총 조합된 분산 및 상대 분산 경사를 선택된 압축기 유닛의 총 조합된 분산 및 상대 분산 경사와 정합하도록, 상기 스트레쳐 섬유 및 상기 제 2 섬유의 각각의 길이들을 조정하는 단계를 포함하는, 스트레쳐 모듈 구성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스트레쳐 모듈은 상기 스트레쳐 섬유의 상기 상대 분산 경사보다 큰 상대 분산 경사를 갖도록, 상기 제 2 섬유는 0보다 큰 분산 및 0보다 작은 상대 분산 경사를 갖는, 스트레쳐 모듈 구성 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 스트레쳐 모듈은 상기 스트레쳐 섬유의 상기 상대 분산 경사보다 작은 상대 분산 경사를 갖도록, 상기 제 2 섬유는 0보다 작은 분산 및 0보다 작은 상대 분산 경사를 갖는, 스트레쳐 모듈 구성 방법.
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