KR101725133B1 - Apparatus for generating single polarization fiber laser - Google Patents

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Abstract

본 발명은 편광 유지 광섬유를 이용하여 셀프-스타팅이 가능하고 외부 환경의 변화에 강인하며, 그 내부에서 분산을 조절하기 때문에 장치 부피의 증가를 최소화할 수 있으며, 펨토초 단위의 시간 지속성을 가지고 그 내부에서 레이저 광의 펄스 폭을 조절할 수 있으며, 단일 편광 상태를 유지할 수 있는 레이저 광을 생성하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 편광 유지 광섬유를 포함하며 레이저 광의 진행 경로를 제공하는 광 경로부; 상기 광 경로부에 펌프광을 공급하는 펌프광 공급부; 상기 진행 경로 상에 배치되며, 편광 유지 광섬유를 포함하며, 상기 펌프광으로부터 밀도 반전 현상을 발생시켜 상기 광 경로부에 상기 레이저 광을 출력하는 레이저 이득 매질부; 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 레이저 이득 매질부의 출력의 펄스 폭을 조절하여 출력하는 펄스 폭 조절부; 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 펄스 폭 조절부의 출력의 분산을 보상하여 출력하는 분산 보상부; 및 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 분산 보상부의 출력의 적어도 일부를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치가 제공된다.The present invention is capable of self-starting using a polarization maintaining optical fiber and is robust against changes in the external environment and can minimize the increase in the volume of the device because the dispersion is controlled within the optical fiber. In addition, To a single polarization optical fiber laser generator capable of adjusting the pulse width of laser light in a single polarization state and generating laser light capable of maintaining a single polarization state.
According to the present invention, there is provided a polarization beam splitter comprising: a light path portion including a polarization maintaining optical fiber and providing a path of laser light; A pump light supply unit for supplying pump light to the light path unit; A laser gain medium disposed on the traveling path and including a polarization maintaining optical fiber for generating a density inversion phenomenon from the pump light and outputting the laser light to the optical path unit; A pulse width adjusting unit disposed on the path for adjusting and outputting a pulse width of an output of the laser gain medium unit; A dispersion compensator disposed on the path and compensating for dispersion of the output of the pulse width controller; And an output unit disposed on the traveling path and outputting at least a part of an output of the dispersion compensating unit.

Description

단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치{APPARATUS FOR GENERATING SINGLE POLARIZATION FIBER LASER}[0001] APPARATUS FOR GENERATING SINGLE POLARIZATION FIBER LASER [0002]

본 발명은 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 편광 유지 광섬유(Polarization Maintaining Fiber)를 이용하여 단일 편광 상태이고 펨토초 단위의 시간 지속성을 가지고 펄스 폭을 조절할 수 있는 레이저 광을 생성하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a single polarization optical fiber laser generating apparatus, and more particularly, to a single polarization optical fiber laser generating apparatus capable of generating a laser beam capable of adjusting a pulse width with a single polarization state and a time duration in units of femtoseconds using a polarization maintaining fiber To a single polarization optical fiber laser generator.

펨토초(femtosecond, fs) 광섬유 레이저는 10-15s 의 매우 짧은 시간 지속성을 갖는 펄스 레이저이다. 펨토초 광섬유 레이저는 초미세 가공, 의료, 군사, 슈퍼콘티뉴엄 생성, 파장 변환 등 다양한 응용 분야를 가지는 중요한 광원이다.A femtosecond (fs) fiber laser is a pulsed laser with a very short time duration of 10 -15 s. Femtosecond fiber lasers are an important light source with various applications such as ultrafine processing, medical, military, supercontinuum generation, and wavelength conversion.

일반적으로 펨토초 광섬유 레이저는 수동형 모드 잠금(passive mode locking) 방법에 의해서 생성된다. 수동형 모드 잠금 방법에 의해서 광섬유의 비선형성과 비정상 분산이 균형을 이루게 되면, 펨토초의 시간 지속성을 갖는 솔리톤 모드 잠금 레이저가 생성된다.Generally, femtosecond fiber lasers are generated by a passive mode locking method. When the nonlinearity and the unsteady dispersion of the optical fiber are balanced by the passive mode locking method, a soliton mode locking laser with femtosecond time duration is generated.

한편 레이저 광원의 파장은 산업용으로 많이 이용되는 1030nm, 통신용으로 이용되는 1550nm, 군사 및 의료용으로 이용되는 2000nm가 있다. 실리카 광섬유는 일반적으로 1310nm 대역에서 영 분산을 갖으며 1310nm 이상에서는 비정상 분산, 1310nm 이하에서는 정상 분산을 갖는다. 1310nm 이상의 경우, 분산 천이 광섬유를 이용하여 쉽게 정상 분산을 갖는 광섬유를 구현할 수 있다. 따라서 1550nm 및 2000nm 파장에서는 광섬유만으로 분산 조절을 통하여 쉽게 솔리톤 펨토초 모드 잠금 레이저가 생성될 수 있다. 하지만 산업적으로 많이 이용되는 1030nm 대역에서는 광섬유의 분산이 모두 정상 분산이기 때문에 일반적인 방법으로는 솔리톤 초단펄스 생성이 불가능하다.On the other hand, the wavelength of the laser light source is 1030 nm which is widely used for industrial use, 1550 nm which is used for communication, and 2000 nm which is used for military and medical purposes. Silica optical fiber generally has zero dispersion in the 1310nm band, abnormal dispersion above 1310nm, and normal dispersion below 1310nm. In the case of 1310 nm or more, an optical fiber having normal dispersion easily can be realized using a dispersion-shifted optical fiber. Therefore, soliton femtosecond mode locked lasers can easily be generated through dispersion control with only optical fibers at 1550nm and 2000nm wavelengths. However, in the 1030nm band, which is widely used in industry, it is impossible to generate a soliton pulsed pulse as a general method because dispersion of optical fibers is all normal dispersion.

따라서 광섬유의 분산을 보상하는 방법이 사용되어야 한다. 종래의 분산을 보상하는 방법은, CFBG(Chirped Fiber Bragg Grating), PCF(Photonic Crystal Fiber), PBGF(Photonic Band-gap Fiber), 격자쌍(Grating-Pair) 등을 예로 들 수 있다. CFBG, PCF, PBGF 등을 이용하여 분산을 보상하는 경우 레이저 공진기를 간단하게 구성할 수 있지만 레이저 공진기의 분산이 특정한 값으로 고정되기 때문에 펄스 폭을 조절할 수 없다는 단점이 있다. 격자쌍을 이용할 경우 레이저 공진기의 구성은 다소 복잡해지는 단점이 있지만 변형 스테이지(Translation Stage) 위에 위치한 격자쌍 사이의 간격을 조절함으로써 레이저 공진기의 분산을 조절할 수 있다는 장점이 있다.Therefore, a method of compensating dispersion of the optical fiber should be used. Conventional dispersion compensating methods include chirped fiber Bragg grating (CFBG), photonic crystal fiber (PCF), photonic band-gap fiber (PBGF), and grating-pair. In the case of compensating the dispersion using CFBG, PCF, PBGF, etc., the laser resonator can be simply configured, but the dispersion of the laser resonator is fixed to a specific value, which makes it impossible to adjust the pulse width. There is a disadvantage in that the configuration of the laser resonator becomes complicated when the grating pair is used, but the dispersion of the laser resonator can be controlled by adjusting the interval between the grating pairs located on the translation stage.

또한 소산성 솔리톤(Dissipative Soliton) 광섬유 레이저를 이용하여 수십 피코초(picosecond, ps)의 펄스 폭을 갖는 모드 잠금 레이저를 생성할 수 있다. 이러한 방식으로 생성된 펄스 레이저는 외부에서 분산 보상을 통해서 펨토초 펄스를 생성할 수 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 소산성 솔리톤의 경우 레이저 공진기의 내부에서 정상 분산에 의해서 처프(Chirp)가 많이 발생하기 때문에 펨토초 생성을 위해서 필요한 비정상 분산이 공진기 내부에서 분산 보상을 하는 것 보다 더 많이 필요하다는 단점이 있다.In addition, a mode locking laser with a pulse width of several tens of picoseconds (ps) can be generated using a dissipative soliton fiber laser. It is known that pulse lasers generated in this way can generate femtosecond pulses from the outside through dispersion compensation. However, in the case of the dissipative soliton, chirp is generated due to the normal dispersion within the laser resonator, so that the unsteady dispersion required for generating the femtosecond is more necessary than the dispersion compensation in the resonator.

예컨대 미국 특허 US8,416,817호는 레이저 공진기에서 생성된 대략 1.4 피코초의 처프 펄스 레이저를 디처핑(Dechirping)을 이용하여 대략 170 펨토초를 가지도록 펄스의 폭을 좁히는 구성을 개시하고 있다.For example, U.S. Patent No. 8,416,817 discloses a configuration for narrowing the pulse width to approximately 170 femtoseconds using dechirping of a chirped pulse laser of approximately 1.4 picoseconds generated in a laser resonator.

그러나 미국 특허 US8,416,817호의 구성은 디처핑이 레이저 공진기 외부에서 수행되므로, 레이저 공진기의 내부에서는 출력 펄스의 폭을 조절할 수 없다는 단점이 있다.However, the configuration of U.S. Patent No. 8,416,817 is disadvantageous in that the width of the output pulse can not be adjusted inside the laser resonator because the dechucking is performed outside the laser resonator.

또한 "Femtosecond fiber lasers with pulse energies above 10 nJ,"라는 명칭의 버클리 등의 논문[J. R. Buckley, F. W. Wise, F. O. Ilday and T. Sosnowski, "Femtosecond fiber lasers with pulse energies above 10 nJ," Opt. Lett. 30(14), p1888-1890, 2005.]를 참조하면, 수 피코초의 펄스를 레이저 공진기 내부에서 생성한 후 공진기 외부에서 분산을 보상하는 방법을 개시하고 있다.See also Berkeley et al., "Femtosecond fiber lasers with pulse energies above 10 nJ, " R. Buckley, F. W. Wise, F. O. Ilday and T. Sosnowski, "Femtosecond fiber lasers with pulse energies above 10 nJ, Opt. Lett. 30 (14), p. 1888-1890, 2005.) discloses a method of generating a pulse of several picoseconds in a laser resonator and compensating dispersion outside the resonator.

그러나 버클리 등의 논문 역시 분산을 보상하는 방식이 레이저 공진기 외부에서 수행되므로, 레이저 공진기의 내부에서는 출력 펄스의 폭을 조절할 수 없다는 단점이 있다.However, Berkeley et al. Also has a disadvantage in that the width of the output pulse can not be controlled in the interior of the laser resonator since the dispersion compensation method is performed outside the laser resonator.

한편 미국 특허 US8,416,817호 또는 버클리 등의 논문 등의 종래 기술에서는 일반적인 광섬유를 사용하는 구성이 개시된다. 광섬유 레이저가 실제 산업용, 의료용 또는 군사용으로 적용되기 위해서는 외부 환경의 변화에 강한 특성을 가져야 한다. 이를 위해서는 편광 유지 광섬유를 사용하는 것이 바람직하나, 펄스의 폭을 조절할 때 편광에 대한 의존없이 동작해야 한다는 문제점이 있다. 따라서 종래 기술에 따르면 펨토초 광섬유 레이저를 생성하여 편광 유지 광섬유를 사용하는 구성에 대해서는 개시하거나 시사하지 못하고 있다.US Patent No. 8,416,817 or Berkeley et al. Discloses a configuration using a general optical fiber. In order to be applied to a practical industrial, medical, or military application, a fiber laser should have characteristics that are resistant to changes in the external environment. For this purpose, it is preferable to use a polarization maintaining optical fiber, but there is a problem in that it is required to operate without dependence on polarization when controlling the pulse width. Therefore, according to the related art, a configuration using a polarization maintaining optical fiber by generating a femtosecond optical fiber laser has not been disclosed or suggested.

1. 미국 특허 US8,416,817호US Patent No. 8,416,817

1. J. R. Buckley, F. W. Wise, F. O. Ilday and T. Sosnowski, "Femtosecond fiber lasers with pulse energies above 10 nJ," Opt. Lett. 30(14), p1888-1890, 2005.1. J. R. Buckley, F. W. Wise, F. O. Ilday and T. Sosnowski, "Femtosecond fiber lasers with pulse energies above 10 nJ, Opt. Lett. 30 (14), p1888-1890, 2005.

본 발명의 목적은 편광 유지 광섬유를 이용하여 셀프-스타팅(Self-Starting)이 가능하고 외부 환경의 변화에 강인하며, 그 내부에서 분산을 조절하기 때문에 장치 부피의 증가를 최소화할 수 있으며, 펨토초 단위의 시간 지속성을 가지고 그 내부에서 레이저 광의 펄스 폭을 조절할 수 있으며, 단일 편광 상태를 유지할 수 있는 레이저 광을 생성하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a polarization maintaining optical fiber capable of self-starting using a polarization maintaining optical fiber, robust against changes in the external environment, Which is capable of adjusting the pulse width of the laser light within the laser beam and generating a laser beam capable of maintaining a single polarization state.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 편광 유지 광섬유를 포함하며 레이저 광의 진행 경로를 제공하는 광 경로부; 상기 광 경로부에 펌프광을 공급하는 펌프광 공급부; 상기 진행 경로 상에 배치되며, 편광 유지 광섬유를 포함하며, 상기 펌프광으로부터 밀도 반전 현상을 발생시켜 상기 광 경로부에 상기 레이저 광을 출력하는 레이저 이득 매질부; 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 레이저 이득 매질부의 출력의 펄스 폭을 조절하여 출력하는 펄스 폭 조절부; 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 펄스 폭 조절부의 출력의 분산을 보상하여 출력하는 분산 보상부; 및 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 분산 보상부의 출력의 적어도 일부를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a polarization beam splitter comprising: a light path unit including a polarization maintaining optical fiber and providing a path of laser light; A pump light supply unit for supplying pump light to the light path unit; A laser gain medium disposed on the traveling path and including a polarization maintaining optical fiber for generating a density inversion phenomenon from the pump light and outputting the laser light to the optical path unit; A pulse width adjusting unit disposed on the path for adjusting and outputting a pulse width of an output of the laser gain medium unit; A dispersion compensator disposed on the path and compensating for dispersion of the output of the pulse width controller; And an output unit disposed on the traveling path and outputting at least a part of the output of the dispersion compensating unit.

본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 편광 유지 광섬유는, 희토류 이온 첨가(doped) 광섬유를 포함할 수 있다.In the apparatus for producing a single polarization optical fiber laser according to the present invention, the polarization maintaining optical fiber may include a rare earth ion doped optical fiber.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 편광 유지 광섬유는, 어븀(Erbium) 첨가 광섬유, 이터븀(Ytterbium) 첨가 광섬유, 툴륨(Thulium) 첨가 광섬유 및 홀뮴(Holmium) 첨가 광섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the apparatus for producing a single polarization optical fiber laser according to the present invention, the polarization maintaining optical fiber may include at least one of Erbium-doped optical fiber, Ytterbium doped optical fiber, Thulium doped optical fiber and Holmium doped optical fiber One can be included.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 펌프광 공급부는, 상기 펌프광을 생성하는 펌프광 생성부; 및 상기 펌프광 생성부와 상기 광 경로부를 광학적으로 연결하는 입력 커플러를 포함할 수 있다.Further, in the apparatus for producing a single-polarization optical fiber laser according to the present invention, the pump-light supply unit may include: a pump-light generating unit for generating the pump-light; And an input coupler optically connecting the pump light generating unit and the optical path unit.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 펌프광 생성부는, 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.In addition, in the apparatus for producing a single-polarization optical fiber laser according to the present invention, the pump light generating unit may include a laser diode.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 입력 커플러는 편광 유지 파장 분할 다중화(Polarization Maintaining Wavelength Division Multiplexing) 광 커플러를 포함할 수 있다.In addition, the input coupler may include a polarization maintaining wavelength division multiplexing optical coupler.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 레이저 이득 매질부는, 어븀(Erbium) 첨가 편광 유지 광섬유, 이터븀(Ytterbium) 첨가 편광 유지 광섬유, 튤륨(Thulium) 첨가 편광 유지 광섬유 및 홀뮴(Holmium) 첨가 편광 유지 광섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the apparatus for producing a single polarization optical fiber laser according to the present invention, the laser gain medium may include at least one of Erbium-added polarization maintaining optical fiber, Ytterbium added polarization maintaining optical fiber, Thulium added polarization maintaining optical fiber, Holmium) added polarization maintaining optical fiber.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 레이저 이득 매질부 및 상기 펄스 폭 조절부 사이에서 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 레이저 광이 상기 펄스 폭 조절부로부터 상기 레이저 이득 매질부로 진행하는 것을 억제하는 광 억제부를 더 포함할 수 있다.In the apparatus for producing a single-polarization optical fiber laser according to the present invention, it is preferable that the laser beam is arranged between the laser gain medium portion and the pulse width adjusting portion, And a light restraining unit for suppressing the light from proceeding.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 광 억제부는 광 아이솔레이터(Isolator)를 포함할 수 있다.In addition, in the single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention, the light restraining part may include an optical isolator.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서,상기 광 억제부는 편광 유지 광 아이솔레이터를 포함할 수 있다.In addition, in the single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention, the light suppressing unit may include a polarization maintaining optical isolator.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 펄스 폭 조절부는, 반도체 포화 흡수체(Saturable Absorber), 탄소 나노 튜브, 그래핀 및 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In the apparatus for producing a single polarization optical fiber laser according to the present invention, the pulse width control unit may include at least one of a semiconductor saturable absorber, a carbon nanotube, a graphene, and a topological insulator.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 펄스 폭 조절부는, MoS2 및 WS2 중 적어도 하나를 이용하여 제조될 수 있다.In the apparatus for producing a single polarization optical fiber laser according to the present invention, the pulse width adjusting unit may be manufactured using at least one of MoS 2 and WS 2 .

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 출력부는 편광 유지 광 커플러를 포함할 수 있다.In addition, in the single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention, the output unit may include a polarization maintaining optical coupler.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 펄스 폭 조절부 및 상기 분산 보상부 사이에서 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 펄스 폭 조절부의 출력을 집속하는 제1 콜리메이터(Collimator); 및 상기 분산 보상부 및 상기 출력부 사이에서 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 분산 보상부의 출력을 집속하는 제2 콜리메이터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a first collimator disposed on the path between the pulse width adjusting unit and the dispersion compensating unit and configured to concentrate the output of the pulse width adjusting unit. And a second collimator disposed on the path between the dispersion compensating unit and the output unit and concentrating the output of the dispersion compensating unit.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 분산 보상부는 상기 펄스 폭 조절부의 출력을 비정상 분산으로 보상하여 솔리톤 펨토초 펄스를 출력할 수 있다.Also, in the single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention, the dispersion compensating unit may output a soliton femtosecond pulse by compensating the output of the pulse width adjusting unit by an unsteady dispersion.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 분산 보상부는 상기 펄스 폭 조절부의 출력을 상호간에 진행시켜서 상기 펄스 폭 조절부의 출력의 분산을 보상하는 제1 격자 및 제2 격자를 포함하는 격자쌍(Grating-Pair); 및 상기 광 경로부와 상기 제1 격자 및 상기 제2 격자 사이의 광 진행 경로를 제공하는 격자쌍 광 경로부를 포함할 수 있다.In the apparatus for producing a single-polarization optical fiber laser according to the present invention, the dispersion compensation unit may include a first grating and a second grating for compensating dispersion of the output of the pulse width adjusting unit by advancing the output of the pulse width adjusting unit to each other Grating-Pair; And a grating pair optical path portion providing a light path between the optical path portion and the first grating and the second grating.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 격자쌍 광 경로부는 상기 펄스 폭 조절부로부터 상기 광 경로부를 통하여 출력되는 광을 상기 제1 격자로 진행시키고 상기 제1 격자에서 출력되는 광을 상기 광 경로부를 통하여 상기 출력부로 진행시키는 다이크로익(Dichroic) 미러; 및 상기 제2 격자에서 출력되는 광을 반사하여 상기 제2 격자로 진행시키는 리트로(Retro) 미러를 포함할 수 있다.Further, in the apparatus for producing a single polarization optical fiber laser according to the present invention, the grating pair optical path portion may guide light output from the pulse width adjusting portion through the optical path portion to the first grating, A dichroic mirror for advancing the light through the light path portion to the output portion; And a retro mirror that reflects the light output from the second grating and proceeds to the second grating.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 분산 보상부는 상기 펄스 폭 조절부의 출력의 편광을 조절하여 상기 제1 격자로 입력하는 제1 편광 조절부; 및 상기 분산 보상부의 출력의 편광을 조절하여 상기 광 경로부로 출력하는 제2 편광 조절부를 더 포함할 수 있다.In the apparatus for producing a single-polarization optical fiber laser according to the present invention, the dispersion compensator may include a first polarization controller for adjusting polarization of an output of the pulse width controller to input the adjusted polarization to the first grating; And a second polarization controller for adjusting the polarization of the output of the dispersion compensator and outputting the output to the optical path unit.

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 제1 편광 조절부 및 상기 제2 편광 조절부 각각은 입력되는 광의 제1 성분 및 제2 성분의 파장이 1/4만큼의 경로차를 가지도록 조절하는 쿼터 웨이브 플레이트(Quater Wave Plate)를 포함할 수 있다.Further, in the apparatus for producing a single polarization optical fiber laser according to the present invention, each of the first polarization controller and the second polarization controller adjusts a path difference of 1/4 wavelength of the first component and the second component of the input light, A quaternary wave plate (Quater Wave Plate).

또한 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서, 상기 격자쌍 광 경로부는 상기 제1 편광 조절부에서 출력되는 광을 상기 제1 격자로 진행시키고 상기 제1 격자에서 출력되는 광을 상기 제2 편광 조절부로 진행시키는 다이크로익 미러; 및 상기 제2 격자에서 출력되는 광을 반사하여 상기 제2 격자로 진행시키는 리트로 미러를 포함할 수 있다.Further, in the apparatus for producing a single-polarization optical fiber laser according to the present invention, the grating-pair optical path portion advances the light output from the first polarization controller to the first grating and outputs light output from the first grating to the second grating A dichroic mirror for advancing to a polarization controller; And a retro mirror that reflects the light output from the second grating and proceeds to the second grating.

본 발명에 따르면 편광 유지 광섬유를 이용하여 셀프-스타팅이 가능하고 외부 환경의 변화에 강인하며, 그 내부에서 분산을 조절하기 때문에 장치 부피의 증가를 최소화할 수 있으며, 펨토초 단위의 시간 지속성을 가지고 그 내부에서 레이저 광의 펄스 폭을 조절할 수 있으며, 단일 편광 상태를 유지할 수 있는 레이저 광을 생성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to perform self-starting by using a polarization maintaining optical fiber, to be resistant to changes in the external environment, to control the dispersion within the optical fiber, to minimize the increase in the volume of the device, It is possible to adjust the pulse width of laser light in the inside and generate laser light capable of maintaining a single polarization state.

도 1은 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치의 예시적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서 분산 보상부의 예시적인 구성을 나타내는 도면.
도 3 내지 도 6은 분산 보상이 수행되지 않은 소산성 솔리톤 펄스의 레이저 출력 특성을 나타내는 도면.
도 7 내지 도 10는 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서 분산 보상이 수행된 솔리톤 펄스의 레이저 출력 특성을 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an exemplary configuration of a single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention; FIG.
2 is a diagram showing an exemplary configuration of a dispersion compensation unit in a single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention.
Figs. 3 to 6 are diagrams showing laser output characteristics of a dissipative soliton pulse in which dispersion compensation is not performed; Fig.
7 to 10 are diagrams showing laser output characteristics of a soliton pulse in which dispersion compensation is performed in a single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention.

이하, 본 발명의 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 보다 구체적으로 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a single-polarization optical fiber laser generator of the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing an exemplary configuration of a single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치(100)는 광 경로부(110)와, 펌프광 공급부(120, 130)와, 레이저 이득 매질부(150)와, 펄스 폭 조절부(170)와, 분산 보상부(190)와, 출력부(210)를 포함한다.1, an apparatus 100 for generating a single-polarization optical fiber laser according to the present invention includes an optical path unit 110, pump-supplying units 120 and 130, a laser gain medium unit 150, A dispersion compensating unit 190, and an output unit 210. The dispersion compensating unit 190 includes a dispersion compensating unit 170,

광 경로부(110)는 편광 유지 광섬유를 포함하며 레이저 광의 진행 경로를 제공한다. 편광 유지 광섬유는 예컨대 희토류 이온 첨가 광섬유를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 편광 유지 광섬유는, 어븀 첨가 광섬유, 이터븀 첨가 광섬유, 툴륨 첨가 광섬유 및 홀뮴 첨가 광섬유 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.The optical path unit 110 includes a polarization maintaining optical fiber and provides a path of the laser light. As the polarization maintaining optical fiber, for example, a rare earth ion added optical fiber can be used. More specifically, at least one of the erbium-doped optical fiber, the ytterbium-doped optical fiber, the thulium-doped optical fiber, and the holmium-doped optical fiber may be used as the polarization maintaining optical fiber.

광 경로부(110)는 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치(100) 전반에 걸쳐서 루프 형상으로 배치된다.Referring to FIG. 1, the optical path unit 110 is disposed in a loop shape throughout the single-polarization optical fiber laser generating apparatus 100 according to the present invention.

펌프광 공급부(120, 130)는 광 경로부(110)에 펌프광을 공급한다.The pump light supply units 120 and 130 supply the pump light to the light path unit 110. [

펌프광 공급부(120, 130)는 펌프광을 생성하는 펌프광 생성부(120)와, 펌프광 생성부(120)와 광 경로부(110)를 광학적으로 연결하는 입력 커플러(130)를 포함할 수 있다.The pump light supplying units 120 and 130 may include a pump light generating unit 120 for generating pump light and an input coupler 130 for optically connecting the pump light generating unit 120 and the light path unit 110.

펌프광 생성부(120)는 예컨대 레이저 다이오드를 사용하여 구현될 수 있다. 예컨대 976nm 레이저 다이오드가 사용될 수 있다.The pump light generating unit 120 may be implemented using a laser diode, for example. For example, a 976 nm laser diode may be used.

입력 커플러(130)는 예컨대 편광 유지 파장 분할 다중화(Polarization Maintaining Wavelength Division Multiplexing, PM-WDM) 광 커플러를 사용하여 구현될 수 있다. 예컨대 976/1030nm PM-WDM 광 커플러가 사용될 수 있다. 즉 기존의 파장 분할 다중화 광 커플러를 이용하는 경우 편광 특성이 악화될 수 있으므로, 편광 특성을 유지하는 편광 유지 파장 분할 다중화 광 커플러를 사용할 수 있다.The input coupler 130 may be implemented using, for example, Polarization Maintaining Wavelength Division Multiplexing (PM-WDM) optocouplers. For example, a 976/1030 nm PM-WDM optocoupler may be used. That is, when the conventional wavelength division multiplexing optical coupler is used, polarization characteristics may be deteriorated, and therefore, a polarization maintaining wavelength division multiplexing optical coupler that maintains the polarization characteristic can be used.

레이저 이득 매질부(150)는 광 경로부(110)의 레이저 광의 진행 경로 상에 배치되며, 펌프광 공급부(120, 130)로부터 공급된 펌프광으로부터 밀도 반전 현상을 발생시켜 광 경로부(110)에 레이저 광을 출력한다.The laser gain medium 150 is disposed on the traveling path of the laser light of the optical path unit 110 and generates a density inversion phenomenon from the pump light supplied from the pump light supply units 120 and 130, And outputs light.

레이저 이득 매질부(150)는 광 경로부(110)와 마찬가지로 어븀(Erbium) 첨가 편광 유지 광섬유, 이터븀(Ytterbium) 첨가 편광 유지 광섬유, 튤륨(Thulium) 첨가 편광 유지 광섬유 및 홀뮴(Holmium) 첨가 편광 유지 광섬유 중 적어도 하나를 사용하여 구현될 수 있다. 예컨대 976nm에서 250dB/m 의 최고 흡수율을 가지는 1m 길이의 이터븀 첨가 편광 유지 광섬유를 사용할 수 있다.The laser gain medium 150 may include an erbium-doped polarization-maintaining optical fiber, a Ytterbium-added polarization maintaining optical fiber, a Thulium-doped polarization-maintaining optical fiber, and a holmium- Maintaining optical fibers. For example, a 1 m long yttrium-doped polarization-maintaining optical fiber having a maximum absorption rate of 250 dB / m at 976 nm can be used.

펄스 폭 조절부(170)는 광 경로부(110)의 레이저 광의 진행 경로 상에 배치되며, 레이저 이득 매질부(150)의 출력의 펄스 폭을 조절하여 출력한다.The pulse width adjusting unit 170 is disposed on the path of the laser light of the optical path unit 110 and adjusts the pulse width of the output of the laser gain medium unit 150 and outputs the adjusted pulse width.

펄스 폭 조절부(170)는 반도체 포화 흡수체, 탄소 나노 튜브, 그래핀 및 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 사용하여 구현될 수 있다.The pulse width regulator 170 may be implemented using at least one of a semiconductor saturable absorber, a carbon nanotube, a graphene, and a topological insulator.

또한 예컨대 펄스 폭 조절부(170)는 MoS2 및 WS2 중 적어도 하나를 이용하여 제조될 수 있다.Further, for example, the pulse width adjusting unit 170 may be manufactured using at least one of MoS 2 and WS 2 .

셀프-스타팅 및 모드 잠금 동작을 위해서 펄스 폭 조절부(170)를 사용하며, 예컨대 펄스 폭 조절부(170)로서 반도체 포화 흡수체를 사용할 수 있다.For the self-starting and mode locking operation, a pulse width adjusting unit 170 is used. For example, a semiconductor saturated absorber can be used as the pulse width adjusting unit 170. [

펄스 폭 조절부(170)로서 반도체 포화 흡수체를 사용한 경우에 대해서 설명하면, 반도체 포화 흡수체에 의해서 모드 잠금 현상이 발생한다. 이때 편광 유지 광섬유의 특성 때문에 느린 축(Slow-axis)으로 정렬된 단일 편광을 갖는 레이저 펄스가 자연적으로 생성된다.When a semiconductor saturated absorber is used as the pulse width adjuster 170, a mode locking phenomenon occurs by the semiconductor saturated absorber. At this time, due to the characteristics of the polarization maintaining optical fiber, a laser pulse having a single polarization aligned in a slow axis is naturally generated.

분산 보상부(190)는 광 경로부(110)의 레이저 광의 진행 경로 상에 배치되며, 펄스 폭 조절부(170)의 출력의 분산을 보상하여 출력한다. The dispersion compensation unit 190 is disposed on the path of the laser light of the optical path unit 110 and compensates for dispersion of the output of the pulse width adjustment unit 170 and outputs the dispersion.

분산 보상부(190)는 바람직하게는 펄스 폭 조절부(170)의 출력을 비정상 분산으로 보상하여 솔리톤 펨토초 펄스를 출력할 수 있다.The dispersion compensating unit 190 may preferably output the soliton femtosecond pulse by compensating the output of the pulse width adjusting unit 170 with an unsteady dispersion.

한편 분산 보상부(190)는 편광 유지 광섬유 내에서 광이 진행하는 것이 아니라 자유 공간에서 광이 진행하는 것에 의해 분산을 보상한다.On the other hand, the dispersion compensation unit 190 compensates dispersion by advancing light in a free space instead of propagating light in the polarization maintaining optical fiber.

도 2는 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서 분산 보상부의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing an exemplary configuration of a dispersion compensation unit in a single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention.

도 2를 참조하면, 분산 보상부(190)는 제1 격자(310) 및 제2 격자(330)를 포함하는 격자쌍(310, 330)과, 격자쌍 광 경로부(390, 410)를 포함할 수 있다.2, the dispersion compensation unit 190 includes a grating pair 310 and 330 including a first grating 310 and a second grating 330 and a grating pair optical path unit 390 and 410 can do.

격자쌍(310, 330)은 펄스 폭 조절부(170)의 출력을 제1 격자(310) 및 제2 격자(330) 상호간에 진행시켜서 펄스 폭 조절부(170)의 출력의 분산을 보상한다.The grating pairs 310 and 330 advance the output of the pulse width controller 170 between the first grating 310 and the second grating 330 to compensate the dispersion of the output of the pulse width controller 170.

격자쌍 광 경로부(390, 410)는 광 경로부(110)와 제1 격자(310) 및 제2 격자(330) 사이에서 광 진행 경로를 제공한다.The grating pair optical path portions 390 and 410 provide a light path between the optical path portion 110 and the first grating 310 and the second grating 330.

도 2를 참조하면, 분산 보상부(190)는 제1 편광 조절부(350) 및 제2 편광 조절부(370) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the dispersion compensation unit 190 may further include at least one of a first polarization controller 350 and a second polarization controller 370.

제1 편광 조절부(350)는 펄스 폭 조절부(170)의 출력의 편광을 조절하여 제1 격자(310)로 입력한다.The first polarization controller 350 adjusts the polarization of the output of the pulse width controller 170 and inputs it to the first grating 310.

제2 편광 조절부(370)는 분산 보상부(190)의 출력의 편광을 조절하여 광 경로부(110)로 출력한다.The second polarization controller 370 adjusts the polarization of the output of the dispersion compensator 190 and outputs it to the optical path unit 110.

제1 편광 조절부(350) 및 제2 편광 조절부(370) 각각은 입력되는 광의 제1 성분 및 제2 성분의 파장이 1/4만큼의 경로차를 가지도록 조절하는 쿼터 웨이브 플레이트(Quater Wave Plate)를 사용하여 구현될 수 있다.Each of the first polarization controller 350 and the second polarization controller 370 is a quaternary wave plate that adjusts the wavelengths of the first component and the second component of the input light to have a path difference of 1/4, Plate).

즉 광, 예컨대 펄스 폭 조절부(170)의 출력의 제1 성분 및 제2 성분, 즉 x-성분 및 y-성분을 45도의 각도로 입사시켜서 제1 성분 및 제2 성분의 파장이 1/4만큼의 경로차를 가지도록 조절하여 편광을 조절할 수 있다.That is, the first component and the second component of the output of the light, for example, the pulse width controller 170, that is, the x component and the y component are incident at an angle of 45 degrees so that the wavelengths of the first component and the second component are 1/4 So that the polarization can be adjusted.

제1 편광 조절부(350)는 분산 보상부(190)에 레이저 광을 입사하기 전에 편광을 조절한다. 즉 분산 보상부(190)는 편광 유지 광섬유가 아니라 자유 공간에서 광이 진행하는 것이므로 미리 편광을 조절하는 것이다. The first polarization controller 350 adjusts the polarization before the laser beam is incident on the dispersion compensator 190. That is, the dispersion compensator 190 controls the polarization in advance because the light travels in the free space instead of the polarization maintaining optical fiber.

제2 편광 조절부(370)는 다이크로익(Dichroic) 미러(390) 및 리트로(Retro) 미러(410), 제1 격자(310) 및 제2 격자(330)를 진행하는 것을 통하여 변화하는 레이저 광의 편광을 조절할 수 있다. The second polarization controller 370 controls the intensity of the laser beam passing through the dichroic mirror 390 and the retro mirror 410, the first grating 310 and the second grating 330, The polarization of light can be controlled.

제1 편광 조절부(350) 및 제2 편광 조절부(370)를 포함하는 경우, 격자쌍 광 경로부(390, 410)는 제1 편광 조절부(350)에서 출력되는 광을 제1 격자(310)로 진행시키고 제1 격자(310)에서 출력되는 광을 제2 편광 조절부(330)로 진행시키는 다이크로익 미러(390) 및 제2 격자(330)에서 출력되는 광을 반사하여 제2 격자(330)로 진행시키는 리트로 미러(410)를 포함할 수 있다.In the case where the first polarization controller 350 and the second polarization controller 370 include the first polarization controller 350 and the second polarization controller 370, the grating pair optical path units 390 and 410 transmit the light output from the first polarization controller 350 to the first grating 310 and advances the light output from the first grating 310 to the second polarization controller 330 and the second grating 330 to reflect the light output from the second grating 330, And a retroreflector 410 for advancing to the grating 330.

도 2에서는 제1 편광 조절부(350) 및 제2 편광 조절부(370)를 포함하는 경우의 격자쌍 광 경로부(390, 410)를 도시하지만, 제1 편광 조절부(350) 및 제2 편광 조절부(370)를 포함하지 않더라도 격자쌍 광 경로부(390, 410)는 예컨대 펄스 폭 조절부(170)에서 광 경로부(110)를 통하여 출력되는 광을 제1 격자(310)로 진행시키고 제1 격자(310)에서 출력되는 광을 광 경로부(110)를 통하여 출력부(210)로 진행시키는 다이크로익 미러(390) 및 제2 격자(330)에서 출력되는 광을 반사하여 제2 격자(330)로 진행시키는 리트로 미러(410)를 포함하도록 구성할 수 있다.2 shows the grating pair optical path portions 390 and 410 in the case of including the first polarization adjusting portion 350 and the second polarization adjusting portion 370 but the first polarization adjusting portion 350 and the second Even if the polarization controller 370 is not included, the grating pair optical path units 390 and 410 may be configured such that light output from the optical path unit 110 in the pulse width adjusting unit 170 is propagated to the first grating 310 A dichroic mirror 390 for advancing the light output from the first grating 310 to the output unit 210 through the optical path unit 110 and a second grating 330 for reflecting the light output from the second grating 330, 2 grating 330, as shown in FIG.

또한 격자쌍 광 경로부(390, 410)는 예시적인 것일 뿐이며, 광 경로부(110)와 제1 격자(310) 및 제2 격자(330) 사이에서 광 진행 경로를 제공한다면 다른 형태로 구성해도 좋다.The grating pair optical path portions 390 and 410 are only exemplary and may be configured in other forms if they provide a light path between the optical path portion 110 and the first grating 310 and the second grating 330 good.

다시 도 1을 참조하면, 출력부(210)는 광 경로부(110)의 레이저 광의 진행 경로 상에 배치되며, 분산 보상부(190)의 출력의 적어도 일부를 출력한다. 출력부(210)는 바람직하게는 편광 유지 광 커플러를 사용하여 구현될 수 있다. 즉 기존의 광 커플러를 이용하는 경우 편광 특성이 악화될 수 있으므로, 편광 특성을 유지하는 편광 유지 광 커플러를 사용할 수 있다.1, the output unit 210 is disposed on the path of the laser light of the optical path unit 110 and outputs at least a part of the output of the dispersion compensator 190. The output 210 may preferably be implemented using a polarization maintaining optical coupler. That is, when the conventional optical coupler is used, the polarization characteristic may deteriorate, and therefore, the polarization maintaining optical coupler that maintains the polarization characteristic can be used.

한편 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치(100)는 광 억제부(230)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the apparatus 100 for generating a single polarization optical fiber laser according to the present invention may further include a light suppression unit 230.

광 억제부(230)는 레이저 이득 매질부(150) 및 펄스 폭 조절부(170) 사이에서 광 경로부(110)의 레이저 광의 진행 경로 상에 배치되며, 레이저 광이 펄스 폭 조절부(170)로부터 레이저 이득 매질부(150)로 진행하는 것을 억제한다.The light suppression unit 230 is disposed on the path of the laser light of the optical path unit 110 between the laser gain medium unit 150 and the pulse width control unit 170, To the laser gain medium (150).

광 억제부(230)는 광 아이솔레이터를 사용하여 구현될 수 있다.The light restrainer 230 may be implemented using an optical isolator.

바람직하게는 광 억제부(230)는 편광 유지 광 아이솔레이터를 사용하여 구현될 수 있다. 즉 기존의 광 아이솔레이터를 이용하는 경우 편광 특성이 악화될 수 있으므로, 편광 특성을 유지하는 편광 유지 광 아이솔레이터를 사용할 수 있다.Preferably, the light suppression portion 230 may be implemented using a polarization maintaining optical isolator. That is, when a conventional optical isolator is used, the polarization characteristics may deteriorate, and therefore, a polarization maintaining optical isolator that maintains polarization characteristics can be used.

한편 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치(100)는 제1 콜리메이터(250) 및 제2 콜리메이터(270) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the apparatus 100 for generating a single polarization optical fiber laser according to the present invention may further include at least one of a first collimator 250 and a second collimator 270.

제1 콜리메이터(250)는 펄스 폭 조절부(170) 및 분산 보상부(190) 사이에서 광 경로부(110)의 레이저 광의 진행 경로 상에 배치되며, 펄스 폭 조절부(170)의 출력을 집속한다.The first collimator 250 is disposed on the path of the laser light of the optical path unit 110 between the pulse width adjusting unit 170 and the dispersion compensating unit 190, Belongs.

제2 콜리메이터(270)는 분산 보상부(190) 및 출력부(210) 사이에서 광 경로부(110)의 레이저 광의 진행 경로 상에 배치되며, 분산 보상부(190)의 출력을 집속한다.The second collimator 270 is disposed on the path of the laser light of the optical path unit 110 between the dispersion compensation unit 190 and the output unit 210 and concentrates the output of the dispersion compensation unit 190.

도 3 내지 도 6은 분산 보상이 수행되지 않은 소산성 솔리톤 펄스의 레이저 출력 특성을 나타내는 도면이다.3 to 6 are diagrams showing laser output characteristics of a dissipative soliton pulse in which dispersion compensation is not performed.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 분산 보상부(190), 보다 구체적으로 격자쌍(310, 330)을 사용하지 않은 경우의 소산성 솔리톤 펄스의 레이저 출력 특성을 나타내며, 도 3은 소산성 솔리톤 펄스의 광 스펙트럼, 도 4는 소산성 솔리톤 펄스의 오실로스코프 트레이스, 도 5는 소산성 솔리톤 펄스의 오토코릴레이션 트레이스, 도 6은 소산성 솔리톤 펄스의 전기적 스펙트럼을 각각 나타낸다.3 to 6 show the laser output characteristics of the dissipative soliton pulse when the dispersion compensator 190 according to the present invention, more specifically, the grating pair 310 and 330 are not used, and FIG. 3 shows the laser output characteristics of the dissipative soliton FIG. 4 shows the oscilloscope trace of the dissipative soliton pulse, FIG. 5 shows the autocorrelation trace of the dissipative soliton pulse, and FIG. 6 shows the electrical spectrum of the dissipative soliton pulse, respectively.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 격자쌍(310, 330)을 사용하지 않은 경우에는 일반적인 정상 분산 영역에서 발생하는 소산성 솔리톤의 특징인 사각형 모양의 광 스펙트럼을 확인할 수 있다. 3-dB 대역폭은 2.2nm이며 중심 파장은 1035.89nm 이다. 또한 펄스의 반복률은 29.71MHz 이며 펄스 폭은 9ps 이다. 또한 매우 안정된 78dB 이상의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 확인 할 수 있다.Referring to FIGS. 3 to 6, when the grating pair 310 and 330 are not used, a quadrangular optical spectrum, which is a characteristic of the dissipative soliton occurring in a normal normal dispersion region, can be confirmed. The 3-dB bandwidth is 2.2 nm and the center wavelength is 1035.89 nm. The repetition rate of the pulse is 29.71 MHz and the pulse width is 9 ps. In addition, a very stable signal-to-noise ratio (SNR) of 78 dB or more can be confirmed.

도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치에 있어서 분산 보상이 수행된 솔리톤 펄스의 레이저 출력 특성을 나타내는 도면이다.7 to 10 are diagrams showing laser output characteristics of a soliton pulse in which dispersion compensation is performed in a single polarization optical fiber laser producing apparatus according to the present invention.

도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 분산 보상부(190), 보다 구체적으로 격자쌍(310, 330)을 사용한 솔리톤 펄스의 레이저 출력 특성을 나타내며, 도 7은 솔리톤 펄스의 광 스펙트럼, 도 8은 솔리톤 펄스의 오실로스코프 트레이스, 도 9는 솔리톤 펄스의 오토코릴레이션 트레이스, 도 10은 솔리톤 펄스의 전기적 스펙트럼을 각각 나타낸다.7 to 10 show laser output characteristics of a soliton pulse using a dispersion compensator 190 according to the present invention, more specifically, a pair of gratings 310 and 330, FIG. 7 shows an optical spectrum of a soliton pulse, An oscilloscope trace of a soliton pulse, Figure 9 an autocorrelation trace of a soliton pulse, and Figure 10 an electrical spectrum of a soliton pulse, respectively.

격자쌍(310, 330)을 통하여 비정상 분산으로 보상해주면 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치(100)의 광 루프 상에서 전체 분산이 비정상이 되어서 솔리톤 펨토초 펄스가 발생하게 된다. 도 7 내지 도 10을 통해서 솔리톤 펄스의 출력 특성을 확인할 수 있으며, 비정상 분산에서 발생하는 켈리 측대역(Kelly Sideband)을 광 스펙트럼에서 분명하게 확인할 수 있다. 한편 편광 유지 광섬유를 사용하였기 때문에, 만약 제1 편광 조절부(350) 및 제2 편광 조절부(370), 즉 쿼터 웨이브 플레이트(Quater Wave Plate)가 잘 정렬되어 있다면, 전류 제어만을 통해서 모드 잠금 레이저의 셀프-스타팅 동작을 구현할 수 있다. 또한 편광 유지 광섬유의 특유의 특성 때문에 주위 환경 변화에 대한 안정성이 크게 향상되는 것도 확인할 수 있었다.When the unbalanced dispersion is compensated through the grating pairs 310 and 330, the total dispersion becomes unstable on the optical loop of the single polarization optical fiber laser generator 100 according to the present invention, resulting in a soliton femtosecond pulse. 7 to 10, the output characteristics of the soliton pulse can be confirmed, and the Kelly sideband occurring in the unsteady dispersion can be confirmed clearly in the optical spectrum. Since the polarization maintaining optical fiber is used, if the first polarization controller 350 and the second polarization controller 370, that is, the quater wave plate, are well aligned, the mode locking laser The self-starting operation of the motor can be implemented. In addition, it was confirmed that the stability against the change of the surrounding environment was greatly improved due to the characteristic characteristic of the polarization maintaining optical fiber.

본 발명자가 본 발명에 따른 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치(100)를 이용하여, 보다 구체적으로 분산 보상부(190), 즉 격자쌍(310, 330)을 사용하여 실험한 결과, 3-dB 대역폭 1.83nm, 중심 파장 1029.95nm, 펄스 반복률 26.04MHz, 77dB SNR, 출력 파워 ??8.5 dBm 및 펄스 폭 720펨토초를 가지는 분산 보상된 솔리톤 펨토초 레이저의 출력 특성을 확인할 수 있었다. 한편 격자쌍(310, 330)의 간격을 조절하는 것에 의해서 수백 펨토초 내의 범위에서 펄스의 폭의 조절이 가능하다는 것도 확인할 수 있었다.The present inventor has experimented with the dispersion compensator 190, that is, the grating pair 310 and 330 using the apparatus 100 for generating a single-polarization optical fiber laser according to the present invention, and found that the 3-dB bandwidth 1.83 nm, a center wavelength of 1029.95 nm, a pulse repetition rate of 26.04 MHz, 77 dB SNR, an output power of 8.5 dBm, and a pulse width of 720 femtoseconds. On the other hand, it has been confirmed that the width of the pulse can be adjusted within a range of hundreds of femtoseconds by adjusting the interval of the grid pairs 310 and 330.

기존의 CFBG, PCF 또는 PBGF를 이용하는 경우에는 레이저 공진기의 비정상 분산량이 고정되기 때문에 펄스의 폭의 조절이 불가능하지만, 본 발명에 따르면 격자쌍의 간격을 조절하는 것에 의해서 펄스의 폭을 조절할 수 있다.In the case of using the conventional CFBG, PCF or PBGF, it is impossible to adjust the pulse width because the unsteady dispersion amount of the laser resonator is fixed. However, according to the present invention, the width of the pulse can be adjusted by adjusting the interval of the grid pairs.

또한 소산성 솔리톤으로 피코초의 펄스를 생성한 뒤 외부에서 격자쌍을 이용하여 분산 보상을 하는 경우 레이저 생성 장치의 크기를 소형화하기 어렵지만, 본 발명에 따르면 레이저 생성 장치 내부에 격자쌍을 배치함으로써 예컨대 2cm간격으로 격자쌍을 배치하더라도 분산 보상이 되어서 펨토초 펄스를 생성할 수 있다. 따라서 레이저 생성 장치의 부피를 보다 소형화할 수 있다.In addition, it is difficult to miniaturize the size of the laser generating apparatus when the pulses of picoseconds are generated by the dissipative soliton and then the dispersion compensation is performed using the grating pairs from the outside. However, according to the present invention, Even if a pair of gratings is arranged at intervals, dispersion compensation is performed and a femtosecond pulse can be generated. Therefore, the volume of the laser generating apparatus can be further reduced.

또한 본 발명에 따르면 레이저 생성 장치 내의 모든 광섬유를 편광 유지 광섬유로 사용하였기 때문에 외부의 변화에 매우 강인한 특성을 가지며, 또한 편광 조절이 없이도 레이저의 셀프-스타팅을 용이하게 구현할 수 있다.Further, according to the present invention, since all the optical fibers in the laser generation apparatus are used as the polarization maintaining optical fibers, they are very robust against changes in the outside, and self-starting of the laser can be easily implemented without polarization control.

또한 본 발명에 따르면 출력되는 펄스들은 단일, 선형 편광 상태를 유지하는 장점을 가진다.Also, according to the present invention, the output pulses have the advantage of maintaining a single, linearly polarized state.

비록 본 발명의 구성이 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.Although the present invention has been described in detail, it should be understood that the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Will be possible.

따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Therefore, the embodiments disclosed in the present specification are intended to illustrate rather than limit the present invention, and the scope and spirit of the present invention are not limited by these embodiments. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

본 발명에 따르면 편광 유지 광섬유를 이용하여 셀프-스타팅이 가능하고 외부 환경의 변화에 강인하며, 그 내부에서 분산을 조절하기 때문에 장치 부피의 증가를 최소화할 수 있으며, 펨토초 단위의 시간 지속성을 가지고 그 내부에서 레이저 광의 펄스 폭을 조절할 수 있으며, 단일 편광 상태를 유지할 수 있는 레이저 광을 생성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to perform self-starting by using a polarization maintaining optical fiber, to be resistant to changes in the external environment, to control the dispersion within the optical fiber, to minimize the increase in the volume of the device, It is possible to adjust the pulse width of laser light in the inside and generate laser light capable of maintaining a single polarization state.

100: 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치
110: 광 경로부 120: 펌프광 생성부
130: 입력 커플러 150: 레이저 이득 매질부
170: 펄스 폭 조절부 190: 분산 보상부
210: 출력부 230: 광 억제부
250: 제1 콜리메이터 270: 제2 콜리메이터
310: 제1 격자 330: 제2 격자
350: 제1 편광 조절부 370: 제2 편광 조절부
390: 다이크로익 미러 410: 리트로 미러100: Single polarization optical fiber laser generator
110: optical path unit 120: pump-
130: input coupler 150: laser gain medium section
170: Pulse Width Adjustment Unit 190: Dispersion Compensation Unit
210: output unit 230: light suppression unit
250: first collimator 270: second collimator
310: first lattice 330: second lattice
350: first polarization controller 370: second polarization controller
390: Dichroic mirror 410: Retro mirror

Claims (20)

편광 유지 광섬유(Polarization Maintaining Fiber)를 포함하며 레이저 광의 진행 경로를 제공하는 광 경로부;
상기 광 경로부에 펌프광을 공급하는 펌프광 공급부;
상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 펌프광으로부터 밀도 반전 현상을 발생시켜 상기 광 경로부에 상기 레이저 광을 출력하는 레이저 이득 매질부;
상기 진행 경로 상에 배치되며, 편광 유지 광섬유를 포함하며, 상기 레이저 이득 매질부의 출력의 펄스 폭을 조절하여 출력하는 펄스 폭 조절부;
상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 펄스 폭 조절부의 출력의 분산을 보상하여 출력하는 분산 보상부; 및
상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 분산 보상부의 출력의 적어도 일부를 출력하는 출력부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.A light path section including a polarization maintaining fiber and providing a path of laser light;
A pump light supply unit for supplying pump light to the light path unit;
A laser gain medium disposed on the traveling path and generating a density inversion phenomenon from the pump light to output the laser light to the optical path unit;
A pulse width adjusting unit disposed on the path, the pulse width adjusting unit including a polarization maintaining optical fiber and adjusting a pulse width of an output of the laser gain medium unit and outputting the pulse width;
A dispersion compensator disposed on the path and compensating for dispersion of the output of the pulse width controller; And
And an output unit disposed on the traveling path and outputting at least a part of an output of the dispersion compensating unit,
And a second polarization beam splitter for generating a polarization beam splitter. 제1항에 있어서,
상기 편광 유지 광섬유는, 희토류 이온 첨가(doped) 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the polarization maintaining optical fiber comprises a rare earth ion doped optical fiber. 제1항에 있어서,
상기 편광 유지 광섬유는, 어븀(Erbium) 첨가 광섬유, 이터븀(Ytterbium) 첨가 광섬유, 툴륨(Thulium) 첨가 광섬유 및 홀뮴(Holmium) 첨가 광섬유 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the polarization maintaining optical fiber comprises at least one of an Erbium doped optical fiber, a Ytterbium doped optical fiber, a Thulium doped optical fiber, and a Holmium doped optical fiber. . 제1항에 있어서,
상기 펌프광 공급부는,
상기 펌프광을 생성하는 펌프광 생성부; 및
상기 펌프광 생성부와 상기 광 경로부를 광학적으로 연결하는 입력 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the pump-
A pump light generating unit generating the pump light; And
And an input coupler optically connecting the pump light generating unit and the optical path unit. 제4항에 있어서,
상기 펌프광 생성부는, 레이저 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the pump light generator comprises a laser diode. 제4항에 있어서,
상기 입력 커플러는 편광 유지 파장 분할 다중화(Polarization Maintaining Wavelength Division Multiplexing) 광 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the input coupler comprises a polarization maintaining wavelength division multiplexing (" WDM ") optical coupler. 제1항에 있어서,
상기 레이저 이득 매질부는, 어븀(Erbium) 첨가 편광 유지 광섬유, 이터븀(Ytterbium) 첨가 편광 유지 광섬유, 튤륨(Thulium) 첨가 편광 유지 광섬유 및 홀뮴(Holmium) 첨가 편광 유지 광섬유 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the laser gain medium includes at least one of an Erbium-added polarization maintaining optical fiber, a Ytterbium added polarization maintaining optical fiber, a Thulium added polarization maintaining optical fiber, and a Holmium added polarization maintaining optical fiber Wherein the single polarization optical fiber laser generator is a single polarization optical fiber laser generator. 제1항에 있어서,
상기 레이저 이득 매질부 및 상기 펄스 폭 조절부 사이에서 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 레이저 광이 상기 펄스 폭 조절부로부터 상기 레이저 이득 매질부로 진행하는 것을 억제하는 광 억제부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
A laser gain medium portion and a pulse width adjusting portion, the laser gain medium portion and the pulse width adjusting portion being disposed on the progress path,
Further comprising: a polarization beam splitter for generating a single polarization optical fiber laser beam. 제8항에 있어서,
상기 광 억제부는 광 아이솔레이터(Isolator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the light suppression portion comprises an optical isolator. ≪ RTI ID = 0.0 > 1 < / RTI > 제8항에 있어서,
상기 광 억제부는 편광 유지 광 아이솔레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the light suppression portion comprises a polarization maintaining optical isolator. 제1항에 있어서,
상기 펄스 폭 조절부는, 반도체 포화 흡수체(Saturable Absorber), 탄소 나노 튜브, 그래핀 및 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the pulse width adjusting unit comprises at least one of a semiconductor saturable absorber, a carbon nanotube, a graphene, and a topological insulator. 제1항에 있어서,
상기 펄스 폭 조절부는, MoS2 및 WS2 중 적어도 하나를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the pulse width adjusting unit is manufactured using at least one of MoS 2 and WS 2 . 제1항에 있어서,
상기 출력부는 편광 유지 광 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the output comprises a polarization maintaining optical coupler. 제1항에 있어서,
상기 펄스 폭 조절부 및 상기 분산 보상부 사이에서 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 펄스 폭 조절부의 출력을 집속하는 제1 콜리메이터(Collimator); 및
상기 분산 보상부 및 상기 출력부 사이에서 상기 진행 경로 상에 배치되며, 상기 분산 보상부의 출력을 집속하는 제2 콜리메이터
중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
A first collimator disposed on the path between the pulse width adjusting unit and the dispersion compensating unit and concentrating the output of the pulse width adjusting unit; And
And a second collimator which is disposed on the path between the dispersion compensation section and the output section and concentrates the output of the dispersion compensation section,
Wherein the at least one of the first and second polarization beam splitting means is a single polarization optical fiber. 제1항에 있어서,
상기 분산 보상부는 상기 펄스 폭 조절부의 출력을 비정상 분산으로 보상하여 솔리톤 펨토초 펄스를 출력하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
Wherein the dispersion compensating unit compensates the output of the pulse width adjusting unit by an unsteady dispersion to output a soliton femtosecond pulse. 제1항에 있어서,
상기 분산 보상부는
상기 펄스 폭 조절부의 출력을 상호간에 진행시켜서 상기 펄스 폭 조절부의 출력의 분산을 보상하는 제1 격자 및 제2 격자를 포함하는 격자쌍(Grating-Pair); 및
상기 광 경로부와 상기 제1 격자 및 상기 제2 격자 사이의 광 진행 경로를 제공하는 격자쌍 광 경로부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.The method according to claim 1,
The dispersion compensation unit
A grating pair including a first grating and a second grating for mutually advancing the output of the pulse width adjusting unit to compensate for dispersion of the output of the pulse width adjusting unit; And
A grating pair optical path portion providing a light path between the optical path portion and the first grating and the second grating,
And a second polarization beam splitter for generating a polarization beam splitter. 제16항에 있어서,
상기 격자쌍 광 경로부는
상기 펄스 폭 조절부로부터 상기 광 경로부를 통하여 출력되는 광을 상기 제1 격자로 진행시키고 상기 제1 격자에서 출력되는 광을 상기 광 경로부를 통하여 상기 출력부로 진행시키는 다이크로익(Dichroic) 미러; 및
상기 제2 격자에서 출력되는 광을 반사하여 상기 제2 격자로 진행시키는 리트로(Retro) 미러
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.17. The method of claim 16,
The grating optical path portion
A dichroic mirror for advancing light output from the pulse width adjusting unit through the optical path unit to the first grating and advancing light output from the first grating to the output unit through the optical path unit; And
A retroreflector for reflecting the light output from the second grating and advancing the light to the second grating,
And a second polarization beam splitter for generating a polarization beam splitter. 제16항에 있어서,
상기 분산 보상부는
상기 펄스 폭 조절부의 출력의 편광을 조절하여 상기 제1 격자로 입력하는 제1 편광 조절부; 및
상기 분산 보상부의 출력의 편광을 조절하여 상기 광 경로부로 출력하는 제2 편광 조절부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.17. The method of claim 16,
The dispersion compensation unit
A first polarization controller adjusting a polarization of an output of the pulse width controller to input the first polarization controller to the first grating; And
And a second polarization controller for controlling the polarization of the output of the dispersion compensation unit and outputting the output to the optical path unit,
Further comprising: a polarization beam splitter for generating a single polarization optical fiber laser beam. 제18항에 있어서,
상기 제1 편광 조절부 및 상기 제2 편광 조절부 각각은 입력되는 광의 제1 성분 및 제2 성분의 파장이 1/4만큼의 경로차를 가지도록 조절하는 쿼터 웨이브 플레이트(Quater Wave Plate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.19. The method of claim 18,
Each of the first polarization controller and the second polarization controller includes a quater wave plate for adjusting the wavelength of the first component and the second component of the input light to have a path difference of 1/4 Wherein the single polarization optical fiber laser generator is a single polarization optical fiber laser generator. 제18항에 있어서,
상기 격자쌍 광 경로부는
상기 제1 편광 조절부에서 출력되는 광을 상기 제1 격자로 진행시키고 상기 제1 격자에서 출력되는 광을 상기 제2 편광 조절부로 진행시키는 다이크로익(Dichroic) 미러; 및
상기 제2 격자에서 출력되는 광을 반사하여 상기 제2 격자로 진행시키는 리트로(Retro) 미러
를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 편광 광섬유 레이저 생성 장치.19. The method of claim 18,
The grating optical path portion
A dichroic mirror for advancing light output from the first polarization controller to the first grating and advancing light output from the first grating to the second polarization controller; And
A retroreflector for reflecting the light output from the second grating and advancing the light to the second grating,
And a second polarization beam splitter for generating a polarization beam splitter.
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