KR101647714B1 - 디스프로슘이 첨가된 광섬유를 이용한 광섬유 레이저 시스템 - Google Patents

Abstract

디스프로슘이 첨가된 광섬유를 이용한 광섬유 레이저 시스템이 제공된다. 이 광섬유 레이저 시스템은 디스프로슘이 첨가된 광섬유, 광섬유의 일 단부에 배치되되, 디스프로슘의 전자들을 기저 상태의 에너지 준위(⁶H_{15 /2})에서 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로 여기시키는 파장을 포함하는 펌핑 광을 발진하는 펌핑 광원, 광섬유와 펌핑 광원 사이에 배치되되, 펌핑 광을 통과시키고 제 1 파장을 갖는 제 1 발진광을 반사시키는 제 1 반사 부재, 및 제 1 반사 부재에 대향하는 광섬유의 일 측에 배치되되, 제 1 발진광의 일부를 투과시키고, 나머지를 반사시키는 제 2 반사 부재를 포함한다.

디스프로슘, 광섬유, 레이저, 황화물, 셀레나이드

Description

디스프로슘이 첨가된 광섬유를 이용한 광섬유 레이저 시스템{Optical Fiber Laser Systems Using Dy-Doped Fiber}

본 발명은 광섬유 레이저 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로 디스프로슘이 첨가된 광섬유를 이용한 광섬유 레이저 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 정보통신연구개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2009-F-026-01, 과제명: 반도체 나노구조를 이용한 펌핑용 10W급 광원기술].

광섬유 레이저(optical fiber laser)는 펌핑 광(pumping light) 및 레이저 광이 광섬유 안에서 도파되는 장치이다. 따라서, 펌핑 광, 즉 펌핑 광원의 광에 대한 변환 효율이 높고, 그리고 광 부품의 복잡한 정렬이 없이도, 공진기가 간단하게 구성될 수 있다. 또한, 공진기의 정렬이 흐트러지지 않아, 출력이 안정적이며, 출력 광의 모드(mode) 특성이 우수하다. 게다가, 출력 광섬유 단을 자유롭게 움직일 수 있어, 사용이 편리하다. 광섬유 레이저는 예를 들어, 약 1μm 대역에서 발진하는 이터븀(ytterbium, Yb) 광섬유 레이저, 약 1.5μm 대역에서 발진하는 에르븀(erbium, Er) 광섬유 레이저 및 약 2μm 대역에서 발진하는 툴륨(thulium, Tm) 광섬유 레이저 등이 있다. 이러한 광섬유 레이저들은 고출력 또는 파장 가변 특성을 가진 광섬유 레이저들로서, 이미 상용화되어 산업, 의료, 군사, 학술 등의 다양한 분야에 사용되고 있다. 광섬유 레이저에 사용되는 광섬유는 주로 실리카계(silica-based) 광섬유로서, 광 손실이 작고, 열에 견디는 특성이 우수하다. 또한, 실리카계 광섬유 레이저는 레이저 구성에 필요한 광소자 제작기술이 발달해 있고, 용융하여 연결이 가능하여 고출력 광섬유 레이저를 구성하는 데 적합하다.

그러나 실리카계 광섬유 레이저는 약 2μm 이상의 파장에서 광 손실이 급격히 증가하고, 또 포논(phonon) 에너지가 커서 비복사 천이(nonradiative transition) 확률이 매우 크므로, 중적외선(mid-infrared) 파장 대역의 광섬유 레이저로 구현되기 어렵다.

중적외선(mid-infrared) 파장 대역은 대략 2μm 내지 20μm 파장을 의미하며, 이는 의료, 군사, 환경 등의 분야에 응용될 수 있는 적합한 파장 대역으로 부각되고 있다. 특히, 중적외선 파장 대역 중에 3μm 부근의 파장은 물 분자에 의한 흡수가 최대인 파장이다. 따라서, 물이 차지하는 비율이 높은 생체를 절개하는 경우에 있어서, 3μm 전후의 파장은 낮은 출력에서도 생체의 절개가 가능하다. 이에 따라, 레이저 메스(laser scalpel) 등의 의료기기에 매우 효과적으로 응용될 수 있다. 현재에는 약 2.7μm 파장 대역의 Er:YSGG 레이저와 약 2.9μm 파장 대역의 Er:YAG 레이저 등이 상용화되어 있고, 의료분야에서 부분적으로 사용되고 있다. 그러나 벌크형 고체 레이저(bulk solid-state laser)가 가지는 한계로 인해, 3μm 부근의 파장에서 발진하는 광섬유 레이저를 개발하려는 연구가 꾸준히 진행되고 있 다. 그 대표적인 광섬유 레이저로서, 불화물계 광섬유인 ZBLAN 광섬유에 어븀 또는 홀뮴(holmium, Ho) 등의 희토류 원소(rare-earth element)를 첨가한 Er:ZBLAN 또는 Ho:ZBLAN 광섬유 레이저에 관한 실험실 수준의 연구결과가 발표되고 있으나, 이들의 발진 파장은 2.7 내지 2.9μm 정도로 물 분자 흡수 파장인 3μm 에 미치지 못한다.

디스프로슘(dysprosium, Dy) 원소는 물 분자의 흡수가 최대인 3μm 부근의 파장에서 레이저 발진이 가능한 에너지 준위가 있어, 의료기기용 광섬유 레이저에 가장 적합한 희토류 원소 중에 하나로 부각되고 있다. 이에 따라, 디스프로슘 원소가 첨가된 ZBLAN 광섬유를 이용하고, 광 펌핑에 의하여 중심 발진 파장이 3μm 부근인 Dy:ZBLAN 광섬유 레이저가 개시된 바 있다. 호주의 시드니 대학 연구진에 의한 논문, "Applied Physics Letters, pp. 1316-1318, (2003)"에는 1.1 μm 파장의 레이저로 광 펌핑함에 의하여 ⁶H_{7 /2}와 ⁶F_9/2 준위의 흡수를 이용하여 구현된 3μm 파장의 발진 파장을 갖는 광섬유 레이저가 개시되어 있다. 그러나 상기 광섬유 레이저는 여기 준위의 전자들이 펌핑 광을 흡수하는 여기상태흡수(Excited State Absorption: ESA)가 커서, 펌핑 광의 효율(slope efficiency)이 약 4.5% 정도로 낮고, 그리고 최대 출력이 약 0.3W 정도로 낮다. 반면, 영국 맨체스터 대학 연구진에 의한 논문, "Optics Express, pp 678-685 (2006)"에 1.3μm 파장의 레이저로 광 펌핑하여 ⁶H_{9 /2}와 ⁶F_11/2 준위의 흡수를 이용하여 구현된 3μm 파장의 발진 파장을 갖는 광섬유 레이저가 개시되어 있다. 상기 광섬유 레이저는 전술한 1.1μm 파장의 펌프 광을 이용한 광섬유 레이저보다 여기상태흡수가 작다. 따라서, 약 45% 정도의 펌핑 효율이 얻어질 수 있었다. 그러나 최대 출력은 약 0.2W 정도로 여전히 낮다. 그러므로 펌핑 효율이 높고 고출력 발진이 가능한 3μm에서 발진하는 디스프로슘이 첨가된 광섬유를 이용한 광섬유 레이저의 개발이 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비산화물 광섬유를 이득 매질로 사용하고, 중적외선에서 발진하며, 그리고 펌핑 효율 및 출력 발진이 높아질 수 있는 광섬유 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 광섬유 레이저 시스템을 제공한다. 이 광섬유 레이저 시스템은 디스프로슘이 첨가된 광섬유, 광섬유의 일 단부에 배치되되, 디스프로슘의 전자들을 기저 상태의 에너지 준위(⁶H_{15 /2})에서 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로 여기시키는 파장을 포함하는 펌핑 광을 발진하는 펌핑 광원, 광섬유와 펌핑 광원 사이에 배치되되, 펌핑 광을 통과시키고 제 1 파장을 갖는 제 1 발진광을 반사시키는 제 1 반사 부재, 및 제 1 반사 부재에 대향하는 광섬유의 일 측에 배치되되, 제 1 발진광의 일부를 투과시키고, 나머지를 반사시키는 제 2 반사 부재를 포함할 수 있다.

제 1 파장은 2.7~3.2μm 범위의 파장일 수 있다.

펌핑 광원은 2.5~3.2μm 범위의 파장을 갖는 레이저일 수 있다.

광섬유는 기지 유리로 불화물계 유리, 황화물계 유리 및 셀레나이드계 유리 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제 1 반사 부재는 이색성 거울일 수 있다.

제 1 반사 부재는 제 1 광섬유 브래그 격자일 수 있다.

제 2 반사 부재는 부분 반사 거울일 수 있다.

제 2 반사 부재는 제 2 광섬유 브래그 격자일 수 있다. 제 2 광섬유 브래그 격자의 중심 파장을 변화시켜 제 1 파장을 변화시킬 수 있다.

제 1 반사 부재는 제 1 광섬유 브래그 격자이고, 제 2 반사 부재는 제 2 광섬유 브래그 격자일 수 있다. 제 1 광섬유 브래그 격자는 제 2 광섬유 브래그 격자에 비해 더 넓은 반사 파장 대역을 가질 수 있다. 제 2 광섬유 브래그 격자의 중심 파장을 변화시켜 제 1 파장을 변화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 다른 광섬유 레이저 시스템을 제공한다. 이 광섬유 레이저 시스템은 디스프로슘이 첨가된 광섬유, 광섬유의 일 단부에 배치되되, 디스프로슘의 전자들을 기저 상태의 에너지 준위(⁶H_{15 /2})에서 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로 여기시키는 파장을 포함하는 펌핑 광을 발진하는 펌핑 광원, 광섬유와 펌핑 광원 사이에 배치되되, 펌핑 광을 통과시키고 제 1 파장을 갖는 제 1 발진광을 반사시키는 제 1 반사 부재, 제 1 반사 부재에 대향하는 광섬유의 일 측에 배치되되, 제 1 발진광의 일부를 투과시키고, 나머지를 반사시키는 제 2 반사 부재, 광섬유와 펌핑 광원 사이에 배치되되, 제 2 파장을 갖는 제 2 발진광을 발진하는 제 3 반사 부재, 및 제 3 반사 부재에 대향하는 광섬유의 일 측에 배치되되, 제 2 발진광을 발진하는 제 4 반사 부재를 포함할 수 있다.

제 1 파장은 2.7~3.2μm 범위의 파장일 수 있다.

제 2 파장은 4.1~4.5μm 범위의 파장일 수 있다.

펌핑 광원은 2.5~3.2μm 범위의 파장을 갖는 레이저일 수 있다.

광섬유는 기지 유리로 불화물계 유리, 황화물계 유리 및 셀레나이드계 유리 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

제 1 내지 제 4 반사 부재들은 각각 제 1 내지 제 4 광섬유 브래그 격자들일 수 있다. 제 1 광섬유 브래그 격자는 제 2 광섬유 브래그 격장에 비하여 더 넓은 반사 파장 대역을 가질 수 있다. 제 2 광섬유 브래그 격자의 중심 파장을 변화시켜 제 1 파장을 변화시킬 수 있다.

제 1 및 제 3 반사 부재들은 하나의 이색성 거울이고, 제 2 및 제 4 반사 부재들은 각각 제 2 및 제 4 광섬유 브래그 격자들일 수 있다. 제 2 광섬유 브래그 격자의 중심 파장을 변화시켜 제 1 파장을 변화시킬 수 있다.

제 1 및 제 3 반사 부재들은 각각 제 1 및 제 3 광섬유 브래그 격자들이고, 제 2 및 제 4 반사 부재들은 하나의 부분 반사 거울일 수 있다.

이에 더하여, 본 발명은 또 다른 광섬유 레이저 시스템을 제공한다. 이 광섬유 레이저 시스템은 디스프로슘이 첨가된 광섬유, 디스프로슘의 전자들을 기저 상태의 에너지 준위(⁶H_{15 /2})에서 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로 여기시키는 파장을 포함하는 펌핑 광을 발진하는 펌핑 광원, 펌핑 광을 광섬유에 결합시키는 광결합기, 광섬유의 일 지점에 배치되되, 발진광의 파장을 결정하는 광 대역투과 필터, 광 섬유의 다른 지점에 배치되되, 발진광의 진행 방향을 결정하는 광 고립기, 및 발진광의 출력을 얻기 위한 광섬유 결합기를 포함할 수 있다.

발진광의 파장은 2.7~3.2μm 범위의 파장일 수 있다.

펌핑 광원은 2.5~3.2μm 범위의 파장을 갖는 레이저일 수 있다.

광섬유는 기지 유리로 불화물계 유리, 황화물계 유리 및 셀레나이드계 유리 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

광 대역투과 필터의 중심 파장을 변화시켜 발진광의 파장을 변화시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면 디스프로슘이 첨가된 광섬유를 이용하여 2.8μm 부근의 파장의 광을 펌핑 광으로 사용함으로써, 3μm 파장의 레이저가 발진될 수 있다. 이에 따라, 펌핑 효율 및 출력 발진이 향상된 광섬유 레이저 시스템이 제공될 수 있다. 또한, 공진 장치가 다양한 조합으로 구성됨으로써, 발진 파장이 제어될 수 있는 광섬유 레이저 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 과제 해결 수단에 따른 광섬유 레이저 시스템은 긴 파장의 펌핑 광을 이용하기 때문에, 펌핑 효율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 예상되는 여기상태흡수의 최상위 준위 또한 낮아지게 됨으로써, 기지유리의 자외선(Ultra Violet ray : UV-ray) 흡수단(absorption edge)에 의한 광 손실이 감소된 광섬유 레이저 시스템이 제공될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 구성 요소들의 크기 및/또는 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따 라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 구성 요소들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 구성 요소들의 모양은 장치의 구성 요소의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 광섬유 레이저 시스템은 펌핑 광원(pumping light source, 100), 이득 매질(gain medium, 200), 제 1 반사 부재(110) 및 제 2 반사 부재(120)을 포함한다.

이득 매질(200)은 디스프로슘이 첨가된 광섬유일 수 있다.

펌핑 광원(100)은 이득 매질(200)의 일 단부에 배치될 수 있다. 펌핑 광원(100)은 이득 매질(200)에 첨가된 디스프로슘의 전자들을 기저 상태의 에너지 준위(⁶H_15/2)에서 ⁶H_13/2의 에너지 준위로 여기시키는 파장을 포함하는 펌핑 광을 발진할 수 있다. 펌핑 광원(100)은 2.5μm 내지 3.2μm 범위의 파장의 펌핑 광을 발진하는 레이저일 수 있다. 바람직하게는, 펌핑 광원(100)은 펌핑 광으로 약 2.8μm 부근의 파장의 펌핑 광을 발진하는 레이저일 수 있다. 이러한 레이저로는 2.7μm 대역 Er:YSGG 레이저, 2.9μm 대역 Er:YAG 레이저 등과 같은 상용화된 레이저가 사용될 수 있다. 하지만, 이러한 레이저들은 부피가 큰 고체 레이저이기 때문에, 광섬유 레이저 시스템의 소형화에 부적합한 면이 있다. 상용화되지는 않았지만, 실험실 수준의 에르븀 또는 홀뮴 첨가 불화물계(fluoride-based) 광섬유 레이저가 적합할 것이다. 이 불화물계 광섬유 레이저는 2.7μm 내지 2.9μm 범위의 파장의 펌핑광을 발진하고, 1~3W 정도의 출력을 가진다. 이에 따라, 3μm 파장에서 발진하는 소형화된 광섬유 레이저 시스템의 구현이 가능할 수 있다.

제 1 반사 부재(110)는 이득 매질(200)과 펌핑 광원(100) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 반사 부재(110)는 펌핑 광을 통과시키고 제 1 파장을 갖는 제 1 발진광을 반사시킬 수 있다. 다시 말해, 제 1 반사 부재(110)는 2.8μm 파장의 펌핑 광은 통과시키고, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 제 1 발진광은 반사시킨다. 제 1 반사 부재(110)은 이색성 거울(dichroic mirror)일 수 있다.

제 2 반사 부재(120)는 제 1 반사 부재(110)에 대향하는 이득 매질(200)의 일 측에 배치될 수 있다. 제 2 반사 부재(120)는 제 1 발진광의 일부를 투과시키고, 나머지를 반사시킬 수 있다. 다시 말해, 제 2 반사 부재(120)는 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 제 1 발진광의 일부만을 투과시키고, 나머지를 반사시킨다. 제 2 반사 부재(120)는 부분 반사 거울(partial reflection mirror)일 수 있다.

이득 매질(200) 및 이의 양단에 배치된 제 1 및 제 2 반사 부재들(110 및 120)은 3μm 파장의 레이저 발진에 필요한 공진기(cavity)를 구성할 수 있다. 이러 한 공진기는 페브리-페롯(Febry-Perot) 레이저 공진기일 수 있다. 공진기는 펌핑 광원(100) 측, 즉 펌핑 광이 이득 매질(200)로 입력되는 측에 이색성 거울인 제 1 반사 부재(110)을 배치하고, 이득 매질(200)로부터 광이 출력되는 측, 즉 광출력(실선 화살표) 측에 부분 반사 거울인 제 2 반사 부재(120)가 배치된 구성일 수 있다. 제 1 반사 부재(110)는 펌핑 광원(100)의 펌핑 광, 즉 2.8μm 파장의 광은 통과시키고, 레이저 발진 파장의 광, 즉 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 광은 반사한다. 반면, 제 2 반사 부재(120)는 레이저 발진 파장의 광의 일부를 통과 시키고, 나머지는 반사시킨다.

펌핑 광원(100)은 2.5μm 내지 3.2μm 범위의 파장을 갖는 펌핑 광을 발진할 수 있으나, 아래에서는 펌핑 광원(100)에서 발진되는 2.8μm 파장의 펌핑 광을 예시적으로 들어 설명하고자 한다. 또한, 디스프로슘이 첨가된 이득 매질(200)은 2.7μm 내지 3.2μm의 범위의 레이저를 발진할 수 있으나, 아래에서는 이득 매질(200)에서 3.0μm 파장의 레이저가 발진되는 것을 예시적으로 들어 설명하기로 한다. 또한, 아래에서 설명되는 이득 매질(200)에서 발진되는 추가적인 레이저 발진광, 즉 제 2 발진광은 4.1μm 내지 4.5μm 범위의 파장을 가질 수 있으나, 아래에서는 이득 매질(200)에서 4.3μm 파장의 레이저가 발진되는 것을 예시적으로 들어 설명하기로 한다.

도 2는 디스프로슘 원소의 에너지 밴드 다이어그램이다.

도 2를 참조하면, 약 2.8μm 파장의 펌핑 광에 의하여, 디스프로슘의 에너 지 밴드 내의 기저 준위인 ⁶H_{15 /2}의 에너지 준위에 위치한 전자들은 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로 여기(상향 실선 화살표)될 수 있다. 이어서, ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위에 위치한 전자들은 ⁶H_15/2의 에너지 준위로 천이(하향 실선 화살표)될 수 있다. 이에 의하여, 2.95μm 파장을 갖는 광의 발진이 일어날 수 있다.

반면, 앞서 설명된 것과 같이, 여기상태흡수들이 일어날 수 있다. 그 중 하나는 도 2에서 제 1 여기상태흡수(ESA1, 아래 상향 점선 화살표)로 표시된 바와 같이, 전자들이 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로부터 ⁶H_{9 /2}, ⁶F_11/2의 에너지 준위로 천이되는 것이다. 이러한 천이는 기저 준위에서 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로 여기된 전자들이 바로 펌핑 광을 다시 흡수하여 발생한다. 그 중 다른 하나는 도 2에서 제 2 여기상태흡수(ESA2, 위 상향 점선 화살표)로 표시된 바와 같이, 전자들이 ⁶H_{11 /2}의 에너지 준위로부터 ⁶H_{7 /2}, ⁶F_9/2의 에너지 준위로 천이되는 것이다. 이러한 천이는 상술한 바와 같이 기저 상태로부터 ⁶H_{11 /2}의 에너지 준위로 천이된 전자들이 펌핑 광을 다시 흡수하여 발생한다. 이는 디스프로슘의 에너지 밴드 내의 에너지 준위가 조밀하기 때문이다.

도 2에서 제 1 여기상태흡수(ESA1) 및 제 2 여기상태흡수(ESA2)를 나타내는 상향 점선 화살표들의 각각의 도달 지점은 에너지 밴드에서의 상위 준위 및 하위 준위, 즉 ⁶H_{9 /2,} ⁶F_11/2 및 ⁶H_{7 /2}, ⁶F_9/2의 준위와 정확히 일치하지 않는다. 다시 말하면, 제 1 여기상태흡수(ESA1) 및 제 2 여기상태흡수(ESA2)가 흡수 대역의 중심과 일치하지 않는다. 이와 같이, 흡수 대역의 중심과 일치하지 않더라도 에너지 흡수가 발생하지만, 흡수 대역의 중심과 정확히 일치하는 경우에 비해서 제 1 여기상태흡수(ESA1) 또는 제 2 여기상태흡수(ESA2)에 의한 펌핑 광의 손실이 매우 작다.

또한, 원하는 파장의 광, 예를 들어, 3μm 파장의 광을 효율적으로 발진하기 위하여, 전자들이 제 1 여기상태흡수(ESA1)가 일어날 수 있는 에너지 준위, 즉 ⁶H_{11 /2}의 에너지 준위에서 4.3μm 파장의 광을 발진하여 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로 위치시킬 수 있다. 이에 따라, 전자들은 ⁶H_{11 /2}의 에너지 준위에 머무르는 시간이 상대적으로 적어지게 된다. 또한, 3μm 파장의 광을 발진할 확률이 높아지게 된다. 따라서, 2.8μm의 파장의 펌핑 광에 의하여, 디스프로슘의 에너지 밴드 내의 기저 준위인 ⁶H_{15 /2}의 에너지 준위로부터 ⁶H_{11 /2}의 에너지 준위로 여기된 전자들을 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로 용이하게 천이 시킬수록 광 발진이 더 효율적이 된다.

따라서, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템의 일 실시예의 하나의 변형예로서, 이색성 거울(110)과 부분 반사 거울(120)을 4.3μm 부근의 파장에서도 반사율이 높은 것을 사용할 수 있다. 이에 따라, 4.3μm 파장 대역에서도 레이저 발진이 일어날 수 있으며, 이는 전자들이 ⁶H_{11 /2}의 에너지 준위로부터 ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위로의 천이됨에 따라 발생한다. 따라서, 기저 상태로부터 여기된 전자들은 4.3μm 파장 대역의 레이저 발진에 의하여, 결과적으로, ⁶H_{11 / 2}준위에 머무르는 시간이 매우 짧아지게 된다. 그러므로 제 1 여기상태흡수(ESA1)가 일어날 확률이 낮아진다.

따라서, 상기 변형예는 4.3μm 파장대의 공진 요소를 더 포함하여 여기상태흡수(특히, ESA2)를 감소시킬 수 있는 동시에, ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위에 머무르는 여기된 전자들의 수를 증가시킬 수 있기 때문에, 3μm 파장의 광이 보다 효율적으로 발진하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 광섬유 레이저 시스템은 종래의 광섬유 레이저 시스템에 비해 펌핑 광으로 긴 파장의 레이저를 이용한다. 일반적으로 펌핑 파장이 발진 파장에 가까울수록, 양자 효율(quantum efficiency)이 좋아진다. 따라서, 펌핑 효율이 증가된다. 그러므로 본 발명에 따른 광섬유 레이저 시스템의 여기상태흡수에 의한 최상위 에너지 준위는 ⁶H_{7 /2}, ⁶F_9/2가 되며, 이는 종래의 1.1μm 파장의 광 펌핑의 경우의 ⁴I_{15 /2}, 1.3μm 파장의 광 펌핑의 경우의 ⁶F_3/2 및 1.7μm 파장의 광 펌핑의 경우 의 ⁶F_5/2에 비해 상대적으로 낮게 된다. 그러므로 광섬유를 구성하는 기지 유리(host glass)의 UV 흡수단(UV absorption edge)과 관련된 광 손실이 작아지게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광섬유 레이저는, 종래의 디스프로슘을 포함하는 광섬유를 이용한 광섬유 레이저 시스템에서 사용하는 불화물계 유리를 광섬유의 기지 유리로 사용하는 것이 가능할 뿐만 아니라, UV 흡수단이 상대적으로 긴 황화물계(sulfide-based) 유리 및 셀레나이드계(selenide-based) 유리를 기지 유리로 사용할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 3을 참조하면, 광섬유 레이저 시스템은 펌핑 광원(100), 이득 매질(200), 제 1 반사 부재인 이색성 거울(110) 및 제 2 반사 부재인 광섬유 브래그 격자(optical Fiber Bragg Grating : FBG)를 포함한다.

3μm 파장의 레이저 발진에 필요한 공진기는 이득 매질(200) 및 이의 양단에 배치된 제 1 반사 부재인 이색성 거울(110) 및 제 2 반사 부재인 광섬유 브래그 격자(FBG)로 구성될 수 있다. 이색성 거울(110)은 펌핑 광원(100)의 펌핑 광을 통과시키고, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 3μm 파장의 발진광을 모두 반사시킬 수 있다.

일반적으로 광섬유 브래그 격자(FBG)는 특정한 파장의 광만을 반사시키고, 나머지 파장의 광은 모두 투과시키는 특성을 갖는다. 즉, 제 2 반사 부재인 광섬유 브래그 격자(FBG)는 3μm 파장의 발진광을 투과시킬 수 있도록, 3μm 부근의 중심 파장을 가질 수 있다. 광섬유 브래그 격자(FBG)의 중심 파장을 변화시킴으로써, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 변화될 수 있다. 광섬유 브래그 격자(FBG)는 이색성 거울(110)에 비해 보다 좁은 반사 파장 대역을 가질 수 있다. 이에 따라, 넓은 대역에서 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 넓은 대역에서 변화될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 광섬유 레이저 시스템은 펌핑 광원(100), 이득 매질(200), 제 1 반사 부재인 광섬유 브래그 격자(FBG) 및 제 2 반사 부재인 부분 반사 거울(120)을 포함한다.

3μm 파장의 레이저 발진에 필요한 공진기는 이득 매질(200) 및 이의 양단에 배치된 제 1 반사 부재인 광섬유 브래그 격자(FBG) 및 제 2 반사 부재인 부분 반사 거울(120)로 구성될 수 있다. 광섬유 브래그 격자(FBG)는 펌핑 광원(100)의 펌핑 광은 통과시키고, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 3μm 파장의 발진광을 모두 반사시킬 수 있다. 제 2 반사 부재인 부분 반사 거울(120)은 3μm 파장의 발진광의 일부를 투과시키고, 나머지를 반사시킬 수 있다. 광섬유 브래그 격자(FBG)의 중심 파장을 변화시킴으로써, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 변화될 수 있다. 광섬 유 브래그 격자(FBG)는 부분 반사 거울(120)에 비해 보다 좁은 반사 파장 대역을 가질 수 있다. 이에 따라, 넓은 대역에서 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 넓은 대역에서 변화될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 5를 참조하면, 광섬유 레이저 시스템은 펌핑 광원(100), 이득 매질(200), 제 1 반사 부재인 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1) 및 제 2 반사 부재인 광섬유 브래그 격자(FBG2)를 포함한다. 이에 따라, 광섬유 레이저 시스템은 완전 광섬유 방식(all-fiber type)으로 구현될 수 있다.

3μm 파장의 레이저 발진에 필요한 공진기는 이득 매질(200) 및 이의 양단에 배치된 제 1 반사 부재인 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1) 및 제 2 반사 부재인 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2)로 구성될 수 있다. 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1)는 펌핑 광원(100)의 펌핑 광을 통과시키고, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 3μm 파장의 발진광을 모두 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1)는 3μm 부근의 중심 파장 및 100%에 가까운 반사율을 가질 수 있다.

제 2 반사 부재인 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2)는 3μm 파장의 발진광을 투과시킬 수 있도록, 3μm 부근의 중심 파장을 가질 수 있다. 또한, 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2)는 수~수십%의 반사율을 가질 수 있다. 바람직하게는, 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2)는 50% 정도의 반사율을 가질 수 있다. 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG)의 중심 파장을 변화시킴으로써, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 변화될 수 있다.

제 1 및 제 2 광섬유 브래그 격자들(FBG1 및 FBG2)의 중심 파장들이 정확히 일치할 때, 공진기가 가장 효율적이다. 하지만, 일반적으로 광섬유 브래그 격자의 반사 대역은 0.3nm 내외로 매우 좁다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 광섬유 브래그 격자들(FBG1 및 FBG2)의 중심 파장들을 서로 맞추기도 쉽지 않고, 또한 고출력으로 발진하는 경우에는 제 1 및 제 2 광섬유 브래그 격자들(FBG1 및 FBG2)의 중심 파장들이 변할 수도 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2)는 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1)에 비해 보다 좁은 반사 파장 대역을 가질 수 있다. 이에 따라, 넓은 대역에서 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 넓은 대역에서 변화될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 6을 참조하면, 광섬유 레이저 시스템은 펌핑 광원(100), 이득 매질(200), 제 1 반사 부재인 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1), 제 2 반사 부재인 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2), 제 3 반사 부재인 제 3 광섬유 브래그 격자(FBG3) 및 제 4 반사 부재인 제 4 광섬유 브래그 격자(FBG4)를 포함한다.

3μm 파장의 레이저 발진에 필요한 공진기는 이득 매질(200) 및 이의 양단에 적절하게 배치된 제 1 반사 부재인 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1), 제 2 반사 부재인 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2), 제 3 반사 부재인 제 3 광섬유 브래그 격 자(FBG3) 및 제 4 반사 부재인 제 4 광섬유 브래그 격자(FBG4)로 구성될 수 있다. 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1)는 펌핑 광원(100)의 펌핑 광을 통과시키고, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 3μm 파장의 발진광을 모두 반사시킬 수 있다.

제 2 반사 부재인 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2)는 3μm 파장의 발진광을 투과시킬 수 있도록, 3μm 부근의 중심 파장을 가질 수 있다. 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG)의 중심 파장을 변화시킴으로써, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 변화될 수 있다. 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2)는 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1)에 비해 보다 좁은 반사 파장 대역을 가질 수 있다. 이에 따라, 넓은 대역에서 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 넓은 대역에서 변화될 수 있다.

제 3 및 제 4 광섬유 브래그 격자들(FBG3 및 FGB4)은 4.3μm 부근의 중심 파장을 가질 수 있다. 즉, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 4.3μm 파장의 발진광을 모두 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 제 3 및 제 4 광섬유 브래그 격자들(FBG3 및 FGB4)은 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발생하는 여기상태흡수(특히, ESA2)를 감소시키는 동시에, ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위에 머무르는 여기된 전자들의 수를 증가시켜, 광섬유 레이저 시스템이 3μm 파장의 발진광을 보다 효율적으로 발진하는 것을 가능하게 한다.

도 6에서는 이득 매질(200)을 중심으로 제 3 및 제 4 광섬유 브래그 격자 들(FBG3 및 FGB4)이 가깝게 배치되고, 제 1 및 제 2 광섬유 브래그 격자들(FBG1 및 FGB2)가 상대적으로 멀게 배치된 것을 도시하고 있다. 이와는 달리, 이득 매질(200)을 중심으로 제 1 및 제 2 광섬유 브래그 격자들(FBG1 및 FGB2)이 가깝게 배치되고, 제 3 및 제 4 광섬유 브래그 격자들(FBG3 및 FGB4)이 상대적으로 멀게 배치될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 3 광섬유 브래그 격자들(FBG1 및 FGB3) 또는/및 제 2 및 제 4 광섬유 브래그 격자들(FBG2 및 FGB4)의 순서가 서로 바뀌어 배치될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 7을 참조하면, 광섬유 레이저 시스템은 펌핑 광원(100), 이득 매질(200), 제 1 및 제 3 반사 부재들인 하나의 이색성 거울(110), 제 2 반사 부재인 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2) 및 제 4 반사 부재인 제 4 광섬유 브래그 격자(FBG4)를 포함한다.

3μm 파장의 레이저 발진에 필요한 공진기는 이득 매질(200) 및 이의 양단에 각각 배치된 제 1 및 제 3 반사 부재들 역할을 하는 하나의 이색성 거울(110), 및 제 2 및 제 4 반사 부재들인 한 쌍의 제 2 및 제 4 광섬유 브래그 격자들(FBG2 및 FBG4)로 구성될 수 있다. 이색성 거울(110)은 펌핑 광원(100)의 펌핑 광을 통과시키고, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 3μm 및 4.3μm 파장의 발진광들을 모두 반사시킬 수 있다.

제 2 반사 부재인 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2)는 3μm 파장의 발진광을 투과시킬 수 있도록, 3μm 부근의 중심 파장을 가질 수 있다. 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG)의 중심 파장을 변화시킴으로써, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 변화될 수 있다. 제 2 광섬유 브래그 격자(FBG2)는 이색성 거울(110)에 비해 보다 좁은 반사 파장 대역을 가질 수 있다. 이에 따라, 넓은 대역에서 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 넓은 대역에서 변화될 수 있다.

제 4 광섬유 브래그 격자(FGB4)는 4.3μm 부근의 중심 파장을 가질 수 있다. 즉, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 4.3μm 파장의 발진광을 모두 반사시킬 수 있다. 즉, 이색성 거울(110) 및 제 4 광섬유 브래그 격자(FBG4)는 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발생하는 여기상태흡수(특히, ESA2)를 감소시키는 동시에, ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위에 머무르는 여기된 전자들의 수를 증가시켜, 광섬유 레이저 시스템이 3μm 파장의 발진광을 보다 효율적으로 발진하는 것을 가능하게 한다.

도 8은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 8을 참조하면, 광섬유 레이저 시스템은 펌핑 광원(100), 이득 매질(200), 제 1 반사 부재인 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1), 제 3 반사 부재인 제 3 광섬유 브래그 격자(FBG3) 및 제 2 및 제 4 반사 부재들인 하나의 부분 반사 거울(120)을 포함한다.

3μm 파장의 레이저 발진에 필요한 공진기는 이득 매질(200) 및 이의 양단에 각각 배치된 제 1 및 제 3 반사 부재들인 한 쌍의 제 1 광섬유 브래그 격자들(FBG1 및 FBG3), 및 제 2 및 제 4 반사 부재들 역할을 하는 부분 반사 거울(120)로 구성될 수 있다. 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1)는 펌핑 광원(100)의 펌핑 광을 통과시키고, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 3μm 파장의 발진광을 모두 반사시킬 수 있다.

부분 반사 거울(120)은 3μm 및 4.3μm 파장의 발진광들의 일부를 투과시키고, 나머지를 반사시킬 수 있다. 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1)의 중심 파장을 변화시킴으로써, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 변화될 수 있다. 제 1 광섬유 브래그 격자(FBG1)는 부분 반사 거울(120)에 비해 보다 좁은 반사 파장 대역을 가질 수 있다. 이에 따라, 넓은 대역에서 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 발진광의 파장이 넓은 대역에서 변화될 수 있다.

제 3 광섬유 브래그 격자(FBG3)는 4.3μm 부근의 중심 파장을 가질 수 있다. 즉, 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발진되는 4.3μm 파장의 발진광을 모두 반사시킬 수 있다. 즉, 제 3 광섬유 브래그 격자(FBG3) 및 부분 반사 거울(200)은 이득 매질(200)인 광섬유에 첨가된 디스프로슘에 의해 발생하는 여기상태흡수(특히, ESA2)를 감소시키는 동시에, ⁶H_{13 /2}의 에너지 준위에 머무르는 여기된 전자들의 수를 증가시켜, 광섬유 레이저 시스템이 3μm 파장의 발진광을 보다 효율적으로 발진하는 것을 가능하게 한다.

도 9는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 9를 참조하면, 광섬유 레이저 시스템은 펌핑 광원(100), 이득 매질(200), 파장 분할 다중 광결합기(Wavelength Division Multiplexed (WDM) optical fiber coupler, 130), 광섬유 결합기(optical fiber coupler, 140), 광 대역투과 필터(optical bandpass filter, 150) 및 광고립기(optical isolator, 160)을 포함한다.

이득 매질(200)은 디스프로슘이 첨가된 광섬유일 수 있다.

파장 분할 다중 광결합기(130)는 펌핑 광원(100)으로부터 발진된 펌핑 광을 이득 매질(200)인 광섬유에 입사시키기 위한 것일 수 있다.

광 대역투과 필터(150)는 이득 매질(200)인 광섬유의 일 지점에 배치될 수 있다. 광 대역투과 필터(150)는 이득 매질(200)인 광섬유에서 발진하는 발진광의 파장을 결정하기 위한 것일 수 있다.

광 고립기(160)는 이득 매질(200)인 광 섬유의 다른 지점에 배치될 수 있다. 광 고립기(160)는 이득 매질(200)인 광섬유에서 발진하는 발진광의 진행 방향을 결정하기 위한 것일 수 있다.

광섬유 결합기(140)는 이득 매질(200)인 광섬유에서 발진하는 발진광을 출력시키기 위한 것일 수 있다. 광섬유 결합기(140)의 결합 비율은 수~수십% 정도일 수 있다.

이득 매질(200), 파장 분할 다중 광결합기(130), 광 대역투과 필터(150), 광 고립기(160) 및 광섬유 결합기(140)는 앞서 설명된 본 발명의 다른 실시예들의 페브리-페롯 레이저 공진기와는 다른 고리형(ring type) 레이저 공진기를 구성할 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예들에 따른 광섬유 레이저 시스템은 디스프로슘이 첨가된 광섬유를 이용하고, 2.8μm 부근의 파장의 광을 펌핑 광으로 사용함으로써, 3μm 파장의 레이저를 발진할 수 있다. 이에 따라, 펌핑 효율 및 출력 발진이 향상된 광섬유 레이저 시스템이 제공될 수 있다. 또한, 광섬유 레이저 시스템의 공진 장치가 다양한 조합으로 구성됨으로써, 발진 파장이 제어될 수 있는 광섬유 레이저 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 광섬유 레이저 시스템은 발진 파장과 유사한 파장을 갖는 펌핑 광을 이용하기 때문에, 펌핑 효율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 예상되는 여기상태흡수의 최상위 준위 또한 낮아지게 됨으로써, 기지 유리의 자외선 흡수단에 의한 광 손실이 감소될 수 있는 광섬유 레이저 시스템이 제공될 수 있다.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도;

도 2는 디스프로슘 원소의 에너지 밴드 다이어그램;

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도;

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도;

도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도;

도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도;

도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도;

도 8은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도;

도 9는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 광섬유 레이저 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 펌핑 광원 110 : 제 1 반사 부재(이색성 거울)

120 : 제 2 반사 부재(부분 반사 거울)

130 : 파장 분할 다중 광결합기 140 : 광섬유 결합기

150 : 광 대역투과 필터 160 : 광고립기

200 : 광섬유(이득 매질)

FBG, FBG1, FBG2, FBG3, FBG4 : 광섬유 브래그 격자

Claims (10)

1. 디스프로슘이 첨가된 광섬유;

   상기 광섬유의 일 단부에 배치되되, 상기 디스프로슘의 전자들을 기저 상태의 에너지 준위(₆H_15/2)에서 ₆H_13/2의 에너지 준위로 여기시키는 파장을 포함하는 펌핑 광을 발진하는 펌핑 광원;

   상기 광섬유와 상기 펌핑 광원 사이에 배치되되, 상기 펌핑 광을 통과시키고, 제 1 파장을 갖는 제 1 발진광을 반사시키는 제 1 반사 부재; 및

   상기 제 1 반사 부재에 대향하는 상기 광섬유의 일 측에 배치되되, 상기 제 1 발진광의 일부를 투과시키고, 나머지를 반사시키는 제 2 반사 부재를 포함하되,

   상기 펌핑 광의 파장은 2.5μm ~ 3.2μm인 광섬유 레이저 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 파장은 2.7μm ~ 3.2μm인 광섬유 레이저 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 광섬유는 불화물계 유리, 황화물계 유리 및 셀레나이드계 유리 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 광섬유 레이저 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 반사 부재는 이색성 거울을 포함하고, 상기 제 2 반사 부재는 제 1 광섬유 브래그 격자를 포함하되, 상기 제 1 광섬유 브래그 격자는 상기 이색성 거울에 비해 좁은 반사 파장 대역을 가지는 광섬유 레이저 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 반사 부재에 대향하는 상기 광섬유의 일 측에 배치되되, 제 2 광섬유 브래그 격자를 포함하고 제 2 파장을 갖는 제 2 발진광을 반사시키는 제 3 반사 부재를 더 포함하되,

   상기 제 1 반사 부재는 상기 제 2 발진광을 반사시키며, 상기 제 2 파장은 4.1μm ~ 4.5μm인 광섬유 레이저 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 반사 부재는 광섬유 브래그 격자를 포함하고, 상기 제 2 반사 부재는 부분 반사 거울을 포함하되, 상기 광섬유 브래그 격자는 상기 부분 반사 거울에 비해 좁은 반사 파장 대역을 가지는 광섬유 레이저 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 반사 부재는 제 1 광섬유 브래그 격자를 포함하고, 상기 제 2 반사 부재는 제 2 광섬유 브래그 격자를 포함하되, 상기 제 2 광섬유 브래그 격자는 상기 제 1 광섬유 브래그 격자에 비해 좁은 반사 파장 대역을 가지는 광섬유 레이저 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 광섬유와 상기 펌핑 광원 사이에 배치되되, 제 3 광섬유 브래그 격자를 포함하고 제 2 파장을 갖는 제 2 발진광을 반사시키는 제 3 반사 부재; 및

   상기 제 1 반사 부재에 대향하는 상기 광섬유의 일 측에 배치되되, 제 4 브래그 격자를 포함하고 상기 제 2 발진광을 반사시키는 제 4 반사 부재를 더 포함하되,

   상기 제 2 파장은 4.1μm ~ 4.5μm인 광섬유 레이저 시스템.
10. 디스프로슘이 첨가된 광섬유;

    상기 디스프로슘의 전자들을 기저 상태의 에너지 준위(₆H_15/2)에서 ₆H_13/2의 에너지 준위로 여기시키는 파장을 포함하는 펌핑 광을 발진하는 펌핑 광원;

    상기 펌핑 광을 상기 광섬유에 결합시키는 광결합기;

    상기 광섬유의 일 지점에 배치되되, 발진광의 파장을 결정하는 광 대역투과 필터;

    상기 광섬유의 다른 지점에 배치되되, 상기 발진광의 진행 방향을 결정하는 광 고립기; 및

    상기 발진광의 출력을 얻기 위한 광섬유 결합기를 포함하되,

    상기 펌핑 광의 파장은 2.5μm ~ 3.2μm인 고리형 광섬유 레이저 시스템.

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