KR101832424B1 - 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기 - Google Patents

장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유 펨토초 레이저 펄스 생성을 위한 레이저 공진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모든 경로가 환경에 안정적인 편광 유지 광섬유로 이루어져 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기에 관한 것이다.

Description

장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기{A long-term stable all-polarization-maintaining fiber laser oscillator based on saturable absorber}
본 발명은 광섬유 펨토초 레이저 펄스 생성을 위한 레이저 공진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모든 경로가 환경에 안정적인 편광 유지 광섬유로 이루어져 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기에 관한 것이다.
광섬유 펨토초 레이저는 어븀이나 이터븀, 튤륨과 같은 희토류(rare-earth) 원소를 함유한 광섬유를 이득 매질로 사용하는 레이저를 의미한다. 어븀 첨가 광섬유의 경우 980 nm, 1480 nm 파장 영역을 흡수 대역으로 하여, 1550 nm 방출 파장을 중심으로 수십 nm의 방출대역을 가지며, 이터븀 첨가 광섬유의 경우 915 nm, 980 nm 파장을 흡수 대역으로 하여 1030 nm 파장을 중심으로 수십 nm의 방출대역을 가진다. 이처럼 넓은 방출 대역의 이득매질을 갖는 레이저는 동시에 여러 개의 종 모드들이 발진될 수 있으며, 모드 잠금 기법을 통해 여러 개의 모드들이 동일한 위상을 가지게 되면 시간영역에서 매우 짧은 극초단 펄스의 형태를 띠고 발진하게 된다.
광섬유 펨토초 레이저의 모드 잠금 기법은 크게 능동형 모드 잠금 방식과 수동형 모드 잠금 방식으로 구분된다. 능동형 모드 잠금 방식은 공진기 내부에 음향 광학 소자(Acousto-optic Modulator, AOM)와 전기 광학 소자(Electro-Optic Modulator, EOM)와 같은 능동 소자를 포함시켜, 모드 간격에 해당하는 주파수로 레이저 광을 변조하는 방식으로, 레이저 모드들은 이 변조 주파수와 위상 동기되어 잠금 된다. 이에 반해 수동형 모드 잠금 방식은 수동 소자의 비선형성을 이용하여 모드 잠금을 수행하는 방식으로, 주로 비선형 편광 회전(nonlinear polarization rotation), 비선형 증폭 루프 거울(nonlinear amplifying loop mirror), 포화흡수체(saturable absorber)를 이용하게 된다. 수동형 모드 잠금 방식은 능동형 모드 잠금보다 짧은 펄스를 얻을 수 있으며 능동형 모드 잠금 공진기 내부 능동 소자의 대역폭에 제한되지 않는다는 장점이 있다.
광섬유 펨토초 레이저의 공진기 형태는 크게 페브리-페로형과 링형, 8자형으로 나눌 수 있다. 페브리-페로형은 공진기 내부에서 양방향으로 펄스가 진행하는 구조로서, 비교적 단순한 형태로 제작이 쉬우며 고 반복률로 구현하기에 용이하다. 링형은 공진기 내부에서 단일 방향으로 펄스가 진행하는 구조로서, 단방향 공진 특성에 의해 후방 산란(Backscatter) 공진이 억제되므로 자가 발진에 용이하다. 8자형은 시계 방향과 반시계 방향으로 공진하는 두 펄스가 간섭하는 구조로서, 비선형 특성을 이용하여 좁은 펄스폭을 얻을 수 있지만 구조적인 문제로 반복률이 다소 낮게 구현된다는 단점이 있다. 레이저 공진기 형태에 따라 적용 가능한 수동형 모드 잠금 기법이 서로 다르며, 일반적으로 페브리-페로형 공진기에서는 수동형 모드 잠금 기법으로 포화흡수체(특히, 포화흡수체 거울)를 이용한다. 한편, 링형 공진기에서는 주로 비선형 편광 회전 현상이나 투과형 포화흡수체를 이용하며, 8자형 공진기에서는 비선형 증폭 루프 거울 방식으로 수동형 모드 잠금이 이루어진다.
수동형 모드 잠금 기법 중에서 특히 포화흡수체를 이용한 모드 잠금은 다른 모드 잠금 방식에 비해 다양한 형태의 공진기에서 쉽게 펄스 생성이 가능하고, 높은 반복률의 펨토초 레이저 형성이 가능하다는 장점이 있다. 포화흡수체 종류로는 반도체 포화흡수체(semiconductor saturable absorber), 탄소 나노튜브(carbon nanotubes), 그래핀(graphene) 기반의 포화흡수체가 사용되고 있다.
하지만, 포화흡수체는 낮은 수준의 흡수체 손상 한계점(absorber damage threshold)을 가지고 있어서 한정된 수명이 존재한다는 단점을 가지고 있다. 특히, 포화흡수체 기반의 GHz 대역을 갖는 고 반복률의 전 광섬유 레이저의 경우 공진기 구성 방법에 따라 단기간의 발진에도 레이저 파워의 심각한 손실이 발생할 수 있다. 보다 상세하게는, 레이저가 발진하는 데 있어서 포화흡수체에 전달되는 레이저 펄스 광량과 펌핑 레이저의 광량이 레이저 내부의 포화흡수체에 영구적으로 열적 손상을 입히게 된다. 또한, GHz 대역보다 다소 낮은 수십-수백 MHz 대역의 반복률의 레이저의 경우에도 펄스 에너지가 상대적으로 높기 때문에 포화흡수체의 손상이 우려되고 있다.
한국공개특허 제10-2014-0049994호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 포화흡수체의 손상으로 인한 편광 유지 광섬유 레이저의 광학적 특성 저하를 해결하기 위하여 레이저 공진기 내부의 이득 매질과 포화흡수체 사이에 이득 매질에서 흡수되지 않은 펌핑 파워 에너지와 이로 인해 발생되는 열을 완화시킬 수 있는 광섬유 완충제를 구비하고, 포화흡수체의 열 발산 설계를 통해 포화흡수체의 손상 없이 장기간 안정적인 안정성을 확보한 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기를 제공함에 있다.
또한, 내부 광섬유 소자로 하나의 편광축을 차단함으로써 단일의 선형 편광의 펄스를 생성하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기를 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는, 페브리-페로 형태의 광섬유 레이저 공진기에 있어서, 상기 공진기의 일단에 구비되는 미러; 상기 공진기의 타단에 구비되며, 레이저의 모드 잠금을 위한 반사형 포화흡수체; 상기 공진기로 입력된 펌핑 광을 흡수하도록, 상기 미러와 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 이득 매질; 상기 이득 매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 광섬유 완충제; 상기 공진기가 선형 편광의 출력을 생성하도록 공진기 내부 광의 두 개의 직교하는 편광축 중 어느 하나를 감쇠시키는 기능이 있는 편광축 차단 소자; 를 포함한다.
또한, 상기 공진기는, 상기 공진기를 구성하는 모든 광섬유가 편광 유지 광섬유로 이루어진다.
또한, 상기 공진기는, 상기 포화흡수체의 냉각을 위해 상기 포화흡수체 상에 구비되는 방열기; 를 더 포함한다.
또한, 상기 미러는, 상기 광섬유의 일단부에 금속(metal) 박막을 증착한 미러 또는, 상기 광섬유의 일단부에 유전체(dielectric) 다층막을 증착한 미러인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사형 포화흡수체는, 반도체 포화흡수체(Semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 기반 포화흡수체, 그래핀(Graphene) 기반 포화흡수체 중 선택된 어느 하나이다.
또한, 상기 이득 매질은, 어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm) 중 선택된 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광섬유 완충제는, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 위치하는 5 mm 이상의 광섬유로 이루어진다.
또한, 상기 공진기는, 펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드; 상기 미러와 상기 포화흡수체 사이에 구비되며, 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 및 상기 공진기 내부 광량의 일부를 외부로 출력하기 위한 광 커플러; 를 포함하고, 상기 미러는, 상기 이득 매질에서 방출되는 광과 상기 이득매질로 흡수되는 펌핑 광을 모두 60% 이상 반사하는 거울인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기 및 상기 광 커플러 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공진기는, 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결 또는 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 미러를 연결하는 서큘레이터; 를 더 포함한다.
이 경우 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공진기는, 상기 공진기의 외부에 구비되며, 펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드; 및 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 를 포함하고, 상기 미러는, 상기 이득 매질에서 방출되는 광은 60% 이상 반사하고, 상기 이득 매질로 흡수되는 펌핑 광은 50% 이상 투과하는 유전체 반사 거울인 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공진기는, 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결 또는 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 미러를 연결하는 서큘레이터; 를 더 포함한다.
이 경우, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예의 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는, 폐루프를 이루는 링 형태의 광섬유 레이저 공진기에 있어서, 레이저의 모드 잠금을 위한 포화흡수체; 상기 공진기로 입력된 펌핑 광을 흡수하여 소정의 파장의 빛을 방출하는 이득 매질; 상기 이득 매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 광섬유 완충제; 및 상기 공진기가 선형 편광의 출력을 생성하도록 공진기 내부 광의 두 개의 직교하는 편광축 중 어느 하나를 감쇠시키는 기능을 갖는 편광축 차단 소자; 를 포함한다.
또한, 상기 공진기는, 상기 공진기를 구성하는 모든 광섬유가 편광 유지 광섬유로 이루어진다.
또한, 상기 공진기는, 상기 포화흡수체의 냉각을 위해 상기 포화흡수체 상에 구비되는 방열기; 를 더 포함한다.
또한, 상기 포화흡수체는, 반도체 포화흡수체(Semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 기반 포화흡수체, 그래핀(Graphene) 기반 포화흡수체 중 선택된 어느 하나이다.
또한, 상기 이득 매질은, 어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm) 중 선택된 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광섬유 완충제는, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 위치하는 5 mm 이상의 광섬유로 이루어진다.
또한, 상기 공진기는, 펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드; 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 상기 공진기 내부 광량의 일부를 외부로 출력하기 위한 광 커플러; 및 상기 공진기 내에서 생성된 펄스를 단방향으로 진행시키는 아이솔레이터; 를 포함한다.
이 경우, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러 및 상기 아이솔레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공진기는, 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결하는 서큘레이터; 를 더 포함한다.
이 경우, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러, 상기 아이솔레이터 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공진기는, 상기 공진기의 후단에 광섬유를 이용하여 연결된 증폭기; 를 더 포함하며, 상기 증폭기는, 희토류 원소가 첨가된 광섬유로 이루어진 이득 매질; 펌핑 광을 출력하는 하나 이상의 펌핑 레이저 다이오드; 및 상기 이득 매질의 양단 중 어느 한단 또는 양단 모두에 구비되어 이득 매질을 단방향이나 양방향으로 펌핑하도록 상기 하나 이상의 펌핑 레이저 다이오드를 상기 이득매질에 연결하는, 하나 이상의 파장 분할 다중화기; 를 포함한다.
아울러, 상기 공진기는, 펄스에 처프를 가하여 펄스의 시간폭 퍼짐을 유발한 후 증폭기에 공급하도록, 상기 공진기와 증폭기 사이에 구비되는, 분산 보상 광섬유; 상기 증폭기를 통해 증폭된 펄스의 시간폭을 좁게 압축하도록 상기 증폭기의 후단에 구비되는 편광 유지 광섬유; 및 상기 압축된 펄스의 주파수 대역폭을 확장하도록 편광 유지 광섬유의 후단에 구비된 고비선형 광섬유; 를 포함한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는, 포화흡수체의 열적 손상 없이 장기간 안정적인 구동이 가능하고, 내부 광섬유 소자로 하나의 편광축을 차단함으로써 안정적인 선형 편광의 모드 잠금이 가능한, 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기를 구현하는 효과가 있다.
또한, 전체 공진기를 편광 유지 광섬유로 구성함으로써 환경 변화에 둔감하면서도 간결하고 광 결정이 어긋날 가능성이 없는 신뢰성이 높은 산업용 극초단 광원을 장기간 광학적 특성의 저하 없이 구동할 수 있다.
또한, 편광 유지 광섬유 레이저 공진기의 면밀한 모드 잠금 구간 조사를 통하여 신뢰성 있는 단일의 펄스 생성이 보장된 구간을 정의하고, 정의된 구간에서 레이저 뒷단에 증폭기를 연결함으로써 MOPA(Master-oscillator-power-amplifier) 구조를 통해 레이저의 높은 운용 안정성과 높은 파워의 장점을 모두 취합한 광원을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라 높은 파워로 증폭된 MOPA 형태의 광원에 고비선형 광섬유(Highly nonlinear Fiber, HNLF), 광자 결정 광섬유(Photonic Crystal Fiber, PCF)를 적용함으로써 넓은 스펙트럼 특성을 제공할 수 있다.
궁극적으로는, 본 발명의 공진기는 전 광섬유로 구성되어 부피와 중량이 작고, 공진기 내부의 광섬유 소자로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있으며, 편광 유지 광섬유를 사용하여 환경 변화에 안정적이면서도, 공진기 내부 소자의 위치 선정을 통해 장기간 포화흡수체의 성능 저하 없이 신뢰성 있는 극초단 펄스를 출력하므로, 환경변화에 큰 영향을 받지 않고 장기간 안정적인 극초단 광원의 구동이 요구되는 산업 분야, 레이저 가공 및 정밀 거리 측정 및 형상 측정, 분광, 생체 의료 영상 및 장비 분야에 다양하게 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 페브리-페로형 광섬유 레이저 공진기의 구성도
도 2는 본 발명의 링형 광섬유 레이저 공진기의 구성도.
도 3은 도 1의 페브리-페로형 저반복률 공진기의 실시 예를 나타낸 구성도
도 4는 도 1의 페브리-페로형 고반복률 공진기의 실시 예를 나타낸 구성도
도 5는 도 2의 링형 공진기의 실시 예를 나타낸 구성도
도 6은 본 발명의 광섬유 레이저 공진기 기반의 MOPA
(Master-Oscillator-Power-Amplifier) 시스템 구성도
도 7은 도 6의 MOPA 시스템 기반의 초광대역 광원(supercontinuum source) 시스템 구성도
도 8은 도 3의 공진기에서 발생하는 펄스의 광학적 특성을 시간 영역과 주파수 영역에서 보여주는 그래프
도 9는 도 3의 공진기의 유일한 변수인 펌핑 레이저 다이오드 광량을 조절함에 따라 상이한 펄스의 광학적 특성을 보여주는 그래프
도 10은 도 4의 공진기에서 발생하는 펄스의 광학적 특성을 보여주는 그래프
도 11은 도 5의 공진기에서 발생하는 펄스의 광학적 특성을 보여주는 그래프
도 12는 본 발명에 따른 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 페브리-페로형 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기 MOPA 시스템 광학적 특성과 초광대역 광원(supercontinuum source)의 광학적 특성을 보여주는 그래프
도 13은 본 발명에 따라 공진기를 디자인하지 않은 경우, 포화흡수체의 열적 손상으로 인한 레이저 공진기의 광학적 특성 변화
본 발명에 따른 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는, 광섬유 전체가 편광 유지 광섬유로 이루어진 펨토초 레이저 공진기이며, 공진기 내부의 편광 유지 광섬유 편광축 차단 소자로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다.
또한, 상기 공진기는 페브리페로형 혹은 링형으로 구성된 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기이며 공진기 내부에 공진기의 모드 잠금을 구현하는 포화흡수체를 포함하여 구성된다. 페브리-페로형 공진기의 경우 공진기 양단이 반사 거울과 포화흡수체 거울(반사형 포화흡수체)로 구성되어 공진기를 형성하며, 링형 공진기의 경우 반사 거울 없이 공진기의 형성이 가능하고, 내부에 투과형 포화흡수체 또는 반사형 포화흡수체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공진기는 공진기의 이득 매질을 구현하는 희토류 원소 첨가 광섬유를 포함하여 구성된다. 공진기 구조에 따라 상기 이득 매질의 흡수 파장에 해당하는 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드, 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 발진된 광을 희토류 원소 첨가 광섬유로 입사시켜주는 파장 분할 다중화기는 공진기 내부 혹은 외부에 위치할 수 있다.
포화흡수체를 사용한 공진기의 경우 공진기 구성 방법에 따라 단기간 발진에도 레이저 내부의 포화흡수체가 영구적으로 손상을 입고, 레이저 광량에 심각한 손실이 발생할 수 있다. 보다 상세하게는 이득 매질과 포화흡수체가 직접 연결되어 있는 경우에는 이득 매질에서 흡수되지 못한 펌핑 레이저 광량이 레이저 펄스와 함께 포화흡수체에 전달된다. 남는 펌핑 레이저 광량은 이득 매질 내부의 광섬유 코어(core)의 온도를 높이므로 이득 매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉되는 경우 포화흡수체에 영구적인 열적 손상이 생길 수 있다.
따라서 포화흡수체와 상기 이득 매질 사이에 충분할 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제를 구비하여 포화흡수체와 이득 매질이 서로 직접적으로 접촉되지 않도록 하고, 편광 유지 광섬유 완충제를 통해 펌핑 레이저의 진행 면적을 변화시켜 펌핑 레이저가 멀티모드 발진을 하도록 함으로써 포화흡수체에 가해지는 펌핑 레이저의 면적 변화를 유도하여 펌핑 레이저의 에너지 밀도를 줄이면서도 광섬유 완충제를 지나면서 충분한 펌핑 레이저의 출력의 감소를 일으키도록 할 수 있다. 또한, 포화흡수체의 열적 변형이나 손상을 방지하도록 포화흡수체의 방열 효율을 높이기 위해 실리콘-구리 기반의 방열기가 구비될 수 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기(이하 "공진기")에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 페브리-페로형 광섬유 레이저 공진기(100)의 구성도가 도시되어 있다. 공진기(100)는 광섬유 및 광섬유 기반의 부품들로 이루어지며, 공진기(100)의 타단에는 반사형 포화흡수체(110)가 구비되고, 공진기의 일단에는 미러(150)가 구비된다. 따라서 공진기에서 생성된 펄스가 반사형 포화흡수체(110)와 미러(150) 사이에서 양방향으로 왕복 공진하게 된다. 반사형 포화흡수체(110)는 포화흡수부재의 타측에 리플렉터를 구성하여 구현할 수 있다.
한편, 반사형 포화흡수체(110)는 반도체 포화흡수체(semiconductor saturable absorber), 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 중 선택된 하나로 구성할 수 있다. 공진기(100)는, 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(140)로 하며, 공진기(100) 내부나 외부로부터 공진기(100) 내부로 입력된 펌핑 레이저를 이용하여 이득 매질을 단방향 펌핑 한다. 이득매질(140)은 어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm), 등의 희토류 원소가 첨가된 광섬유일 수 있다. 이때 공진기(100)는, 반사형 포화흡수체(110)가 펌핑 레이저 및 열로 인한 손상을 최소화하기 위해 반사형 포화흡수체(110)와, 이득매질(140) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(120)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(110)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(160)가 포화흡수체(110) 상에 구비될 수 있다.
또한, 공진기(100)는 공진기 내부에 구비된 광섬유 편광축 차단 소자(130)를 통해 공진기(100) 내부 광에 있어서 두 개의 직교하는 편광축 중 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다.
도 2에는, 본 발명의 링형 광섬유 레이저 공진기(200)의 구성도가 도시되어 있다. 공진기(200)는 광섬유 및 광섬유 기반의 부품들로 이루어지며, 반사 미러 없이 폐루프 형태로 공진기를 형성한다. 공진기(200)의 모드 잠금 소자로 사용되는 포화흡수체(210)는 투과형 포화흡수체, 또는 반사형 포화흡수체일 수 있다. 본실시 예에서는 폐루프 형상의 공진기 상에 포화흡수체(210)가 구비됨에 따라 투과형 포화흡수체가 적용될 수 있다.
포화흡수체(210)는 반도체 포화흡수체(semiconductor saturable absorber), 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 중 선택된 어느 하나로 구성할 수 있다. 공진기(200)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(240)로 하며, 공진기(200) 내부에 입력된 펌핑 레이저를 이용하여 이득 매질을 단방향 펌핑 한다. 상기 이득매질은 어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm), 등의 희토류 원소가 첨가된 광섬유일 수 있다. 이때 공진기(200)는, 포화흡수체(210)의 열적 손상을 최소화하기 위해 포화흡수체(210)와, 이득매질(240) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(220)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(210)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(260)가 포화흡수체(210) 상에 구비될 수 있다.
또한, 공진기(200)는 공진기 내부의 광섬유 편광축 차단 소자(230)로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 페브리-페로형 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기(100)의 실시 예 중 하나로 저 반복률 공진기(300)의 실시 예를 나타낸 것으로써, 공진기의 양단에는 반사형 포화흡수체(310)와 반사 미러(350)가 각각 구비되어 페브리-페로형 공진기를 형성한다. 미러(350)는 이득매질(340)의 흡수 파장과 방출 파장에서 모두 100%의 반사율을 갖는다. 공진기(300)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(340)로 하며, 공진기 내부에서 펌핑 레이저 다이오드(370)를 이용하여 이득 매질(340)을 단방향 펌핑 한다. 펌핑 레이저 다이오드(370)에서 출력되는 펌핑 광은 파장 분할 다중화기(331)를 통하여 공진기 내부로 입력될 수 있다. 공진기(300) 내부 광량의 일부는 이득매질(340)과, 미러(350) 사이에 구비되는 광 커플러(332)를 통하여 외부로 출력될 수 있다. 이때 공진기(300)는, 포화흡수체(310)의 열적 손상을 최소화하기 위해 포화흡수체(310)와, 이득매질(340) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(320)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(310)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(360)가 포화흡수체(310) 상에 구비될 수 있다. 아울러 공진기(300)는 공진기 내부의 광섬유 편광축 차단 소자를 포함하여 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다. 광섬유 편광축 차단 소자는 저 반복률 공진기 내부의 파장 분할 다중화기(331) 및 광 커플러(332) 중에서 선택되는 하나 이상을 편광축 차단 소자로 선정할 수 있다.
도 4는 도 1의 페브리-페로형 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기(100)의 실시 예 중 하나로 고 반복률 공진기(400)를 나타낸 것으로써, 공진기의 양단에는 반사형 포화흡수체(410)와 유전체 반사 미러(450)가 각각 구비되어 페브리-페로형 공진기를 형성한다. 유전체 반사 미러(450)는 이득 매질(440)에서 방출되는 파장에서 95% 이상의 반사율을 갖고, 이득 매질로 흡수되는 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는다. 즉 이득 매질(440)에서 방출되는 파장은 반사하며, 이득 매질(440)로 흡수되는 파장은 투과시키도록 구성함으로써 공진기 외부에서 펌핑이 가능하도록 하여 고 반복률을 구현하는 형태로 설계하였다.
공진기(400)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(440)로 한다. 유전체 반사 미러(450)는 이득 매질의 흡수파장과 방출파장에서 투과 및 반사특성이 서로 다르게 구성되기 때문에, 공진기 내부가 아닌 외부에 파장 분할 다중화기(431)를 구성하고, 펌핑 레이저 다이오드(470)를 연결하여 펌핑 하더라도, 펌핑 레이저 다이오드(470)에서 펌핑된 광이 유전체 반사 미러(450)를 투과하여 이득 매질을 펌핑할 수 있다. 따라서 본 발명의 공진기(400)는 유전체 반사 미러(450)의 일측에 펌핑 레이저 다이오드(470)와, 파장 분할 다중화기(431)를 구성하여 공진기 외부에서 펌핑된 광을 공진기 내부로 입력시킬 수 있다. 또한 공진기 내부 광량의 일부가 출력 커플러(output coupler)의 역할을 하는 유전체 반사 미러(450)를 통해 출력될 수 있다. 이때 공진기(400)는, 포화흡수체(410)의 열적 손상을 최소화하기 위해 포화흡수체(410)와, 이득매질(440) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(420)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(410)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(460)가 포화흡수체(410) 상에 구비될 수 있다. 상기 공진기는 공진기 내부의 광섬유 편광축 차단 소자로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다. 광섬유 편광축 차단 소자는 고 반복률 공진기 내부의 파장 분할 다중화기(432)를 편광축 차단 소자로 선정할 수 있다.
도 5는 도 2의 링형 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기(500)의 실시 예를 나타낸 것이다. 공진기(500)는 모드 잠금 소자로 반사형 포화흡수체(510)를 공진기에서 폐루프를 이루고 있는 광섬유 상에 연결한다. 공진기(500)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(540)로 하며, 공진기 내부에서 펌핑 레이저 다이오드(570)를 이용하여 이득 매질을 단방향 펌핑한다. 펌핑 레이저 다이오드(570)에서 출력되는 펌핑 광은 파장 분할 다중화기(531)를 통하여 공진기 내부로 연결할 수 있다. 공진기(500)는 공진기 내에 구비되는 아이솔레이터(533)를 통하여 단방향 공진 특성을 구현할 수 있으며, 공진기 내부 광량의 일부가 광 커플러(532)를 통하여 출력될 수 있다. 이때 공진기(500)는, 포화흡수체(510)의 열적 손상을 최소화하기 위해 포화흡수체(510)와, 이득매질(540) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(520)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(510)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(560)가 포화흡수체(510) 상에 구비될 수 있다. 공진기(500)는 공진기 내부의 광섬유 편광축 차단 소자로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다. 광섬유 편광축 차단 소자는 공진기 내부의 서큘레이터(511), 파장 분할 다중화기(531), 광 커플러(532) 및 아이솔레이터(533) 중에서 선택되는 하나 이상을 편광축 차단 소자로 선정할 수 있다.
도 6은 상술된 다양한 실시 예의 본 발명에 따른 공진기(100, 200, 300, 400, 500, 이하 도번 "1000") 뒷단에 편광 유지 광섬유(2100)를 이용하여 증폭기(2000)와 연결함으로써 MOPA(3000) 구조를 통해 레이저의 높은 운용 안정성과 높은 파워의 장점을 모두 취합한 광원을 제공할 수 있다. 공진기(1000)는 도 1 내지 도 5에 도시된 공진기 중에서 선택된 하나일 수 있다. 증폭기(2000)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(2400)로 하며, 두 개의 펌핑 레이저 다이오드(2500, 2600)를 이용하여 이득 매질을 양방향 펌핑한다. 이득매질(2400)은 편광 유지 광섬유와 반대방향의 분산(dispersion)을 가진 희토류 원소 첨가 광섬유를 사용함으로써 내부에 비선형 효과를 강하게 유도하여, 주파수 대역폭을 확장하는 데 이용할 수 있다. 상기 두 개의 펌핑 레이저 다이오드(2500, 2600)에서 출력되는 펌핑 광을 두 개의 파장 분할 다중화기(2200, 2300)를 통하여 이득매질(2400)에 연결할 수 있다.
도 7은 상술된 다양한 실시 예의 본 발명에 따른 공진기(1000)를 이용한 MOPA(3000) 구조에서 처프 펄스 증폭(chirped pulse amplification) 방식으로 펄스를 증폭한 후 고비선형 광섬유(5000)를 통하여 초광대역 광원(6000)을 생성한 시스템의 예를 도시하였다. 공진기(1000) 뒷단에 일반 편광 유지 광섬유와 반대 방향의 분산을 가진 분산 보상 광섬유(4000)를 이용하여 펄스에 처프(chirp)를 줌으로써 증폭 전에 펄스를 시간적으로 충분히 늘린 후 펄스 증폭기(2000)를 통과함으로써 증폭단의 이득 포화나 손상 없이 충분히 증폭한 후 편광 유지 광섬유(2100)를 연결하여 펄스폭을 매우 좁게 압축 할 수 있다. 압축된 펄스는 고비선형 광섬유(5000)를 통과하면서 주파수 대역폭이 매우 크게 확장된 초광대역광원(6000)을 생성할 수 있다. 고비선형 광섬유(5000)는 고 비선형 광섬유(Highly nonlinear Fiber, HNLF) 또는 광자 결정 광섬유(Photonic Crystal Fiber, PCF) 중에 선택된 하나로 구성될 수 있다.
도 8은 도 3의 공진기에서 어븀첨가 광섬유를 이득 매질로 하였을 경우, 공진기 내에서 모드 잠금 되어 발진된 펨토초 레이저의 펄스열(도 8a)과 RF스펙트럼(도 8b), 광스펙트럼(도 8c), 자기상관신호(도 8d), 공진기 내부 PZT를 통해 안정화된 반복률 주파수의 알란 분산 그래프(도 8e)이다. 주파수 영역에서 약 1560 nm 중심으로 3dB 기준으로 8 nm 수준의 파장 대역폭을 갖고 시간 영역에서 약 500fs의 펄스가 생성됨을 보여준다. 50 MHz의 반복률은 루비듐 원자시계에 안정화되어 루비듐 원자시계에 소급한 안정도를 보인다.
도 9는 도 3의 공진기의 유일한 변수인 펌핑 레이저 다이오드 광량을 조절함에 따라 상이한 펄스의 광학적 특성을 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 9a는 도 3의 공진기에서 펌핑 레이저 다이오드의 광량에 따른 모드 잠금 구간 변화 그래프이다. 포화흡수체 기반 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는 유일한 조절 변수인 펌핑 레이저 다이오드의 광량을 증가시킴에 따라 상이한 펄스의 광학적 특성을 보여주는데, 낮은 펌핑 레이저 다이오드 광량에서 큐스위칭 모드 잠금의 특성(도 9b-도 9e)을 보이며, 펌핑 레이저 다이오드 광량을 높이면 매우 안정적인 단일의 펄스 발진 구간이 존재하고(도 8 참조), 펌핑 레이저 다이오드 광량이 과도하게 높아져 공진기 내부 광량이 솔리톤에서 펄스를 유지하는 한계를 넘었을 경우 다중 펄스 발진 구간이 존재한다. 다중 펄스 발진 구간에서는, 다중 펄스 모드 잠금의 특성(도 9f-도 9i)을 보이나 noiselike 펄스 모드 잠금의 특성(도 9j- 도 9m)을 보이는 경우도 존재한다.
도 10은 도 4의 공진기에서 어븀첨가 광섬유를 이득 매질로 하였을 경우, 공진기 내에서 모드 잠금 되어 발진된 펨토초 레이저의 펄스열(도 10a)과 RF스펙트럼(도 10b), 광스펙트럼(도 10c), 자기상관신호(도 10d), 공진기 내부 PZT를 통해 안정화된 반복률 주파수의 알란 분산 그래프(도 10e)이다. 주파수 영역에서 약 1560 nm 중심으로 3dB 기준으로 5 nm 수준의 파장 대역폭을 갖고 시간 영역에서 약 900fs 의 펄스가 생성됨을 보여준다. 200 MHz의 반복률은 루비듐 원자시계에 안정화되어 루비듐 원자시계에 소급한 안정도를 보인다.
도 11은 도 5의 공진기에서 어븀첨가 광섬유를 이득 매질로 하였을 경우, 공진기 내에서 모드 잠금 되어 발진된 펨토초 레이저의 펄스열(도 11a)과 자기상관신호(도 11b), 광스펙트럼(도 11c)이다. 주파수 영역에서 약 1560 nm 중심으로 3dB 기준으로 5 nm 수준의 파장 대역폭을 갖고 시간 영역에서 25 MHz 반복률을 가진, 약 900 fs의 펄스폭의 펄스가 생성됨을 보여준다.
도 12는 도 7에서 도 3의 공진기를 사용한 경우, 초광대역 광원 출력 광량 및 전체 분산 특성 그래프(도 12a)와, 고비선형 광섬유 앞단의 압축된 자기상관신호(도 12b) 및 고 비선형 광섬유 뒷단의 초광대역광원 광스펙트럼 그래프(도 12c)이다.
도 13은 편광 유지 광섬유 완충제와 방열기를 포함시키지 않은 디자인을 가지고 있는 수십 MHz 반복률의 공진기가 수 시간 후 내부 포화흡수체의 열적 손상에 의해, 레이저 공진기에 나타난 광학적 특성이 변화하는 것을 나타낸 것이다. 시간에 따른 전체 스펙트럼 주파수 변화 그래프(도 13a)로부터 단일 펄스 발진 구간에 있는 공진기의 스펙트럼이 시간에 따라 계속적으로 감소하고 회복되는 경향을 반복하다가 완전하게 모드 잠금 구간이 변경되어 더 이상 단일 펄스 발진이 가능하지 않는 상태가 되는 것을 확인할 수 있다. 스펙트럼이 시간에 따라 감소하는 경향을 Kelly sidebands 중 낮은 파장의 sideband의 파장 변화 그래프(도 13b)에서 자세히 확인할 수 있으며, 단일 펄스의 모드 잠금 상태가 큐스위칭 모드 잠금 상태로 완전히 변경되는 경향을 스펙트럼 변화 그래프(도 13c)에서 자세히 확인할 수 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100, 200, 300, 400, 500 : 광섬유 레이저 공진기
110, 210, 310, 410, 510 : 포화흡수체
120, 220, 320, 420, 520 : 편광 유지 광섬유 완충제
130, 230 : 광섬유 편광축 차단 소자
140, 240, 340, 440, 540 : 이득 매질
150, 350, 450 : 반사 미러
160, 260, 360, 460, 560 : 방열기
331, 431, 432, 531 : 파장 분할 다중화기
332, 532 : 광 커플러
370, 470, 570 : 펌핑 레이저 다이오드
511 : 서큘레이터 533 : 아이솔레이터
1000 : 광섬유 레이저 공진기
2000 : 증폭기 2100 : 편광 유지 광섬유
2200, 2300 : 파장 분할 다중화기 2400 : 이득 매질
2500, 2600 : 펌핑 레이저 다이오드
3000 : MOPA
4000 : 분산 보상 광섬유
5000 : 고비선형 광섬유
6000 : 초광대역 광원

Claims (27)

  1. 페브리-페로 형태의 광섬유 레이저 공진기에 있어서,
    상기 공진기의 일단에 구비되는 미러;
    상기 공진기의 타단에 구비되며, 레이저의 모드 잠금을 위한 반사형 포화흡수체;
    상기 공진기로 입력된 펌핑 광을 흡수하도록, 상기 미러와 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 이득 매질;
    상기 이득 매질에서 흡수되지 못한 펌핑 레이저 광량이 포화흡수체에 전달되어 생기는 영구적인 열적 손상을 방지하기 위해 이득매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉되지 않도록 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 구비되되, 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유로 이루어지며, 펌핑 광의 진행 면적을 변화시켜 멀티모드 발진을 유발함으로써 포화흡수체에 가해지는 에너지 밀도를 감소시키는 광섬유 완충제; 및
    상기 공진기가 선형 편광의 출력을 생성하도록 공진기 내부 광의 두 개의 직교하는 편광축 중 하나의 편광축을 차단하여 단일의 선형 편광 출력을 생성하는 편광축 차단 소자를 포함하며,
    상기 공진기를 구성하는 모든 광섬유가 편광 유지 광섬유로 이루어진, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공진기는,
    상기 포화흡수체의 냉각을 위해 상기 포화흡수체 상에 구비되는 방열기; 를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 미러는,
    상기 광섬유의 일단부에 금속(metal) 박막을 증착한 미러 또는, 상기 광섬유의 일단부에 유전체(dielectric) 다층막을 증착한 미러인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반사형 포화흡수체는,
    반도체 포화흡수체(Semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 기반 포화흡수체, 그래핀(Graphene) 기반 포화흡수체 중 선택된 어느 하나인, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이득 매질은,
    어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm) 중 선택된 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 공진기는,
    펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드;
    상기 미러와 상기 포화흡수체 사이에 구비되며, 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 및
    상기 공진기 내부 광량의 일부를 외부로 출력하기 위한 광 커플러; 를 포함하고,
    상기 미러는,
    상기 이득 매질에서 방출되는 광과 상기 이득매질로 흡수되는 펌핑 광을 모두 60% 이상 반사하는 거울인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 편광축 차단 소자는,
    상기 파장분할 다중화기 및 상기 광 커플러 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 공진기는,
    상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결 또는 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 미러를 연결하는 서큘레이터;
    를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 편광축 차단 소자는,
    상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 공진기는,
    상기 공진기의 외부에 구비되며, 펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드; 및
    상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 를 포함하고,
    상기 미러는,
    상기 이득 매질에서 방출되는 광은 60% 이상 반사하고, 상기 이득 매질로 흡수되는 펌핑 광은 50% 이상 투과하는 유전체 반사 거울인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 편광축 차단 소자는,
    상기 파장분할 다중화기인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 공진기는,
    상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결 또는 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 미러를 연결하는 서큘레이터;
    를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 편광축 차단 소자는,
    상기 파장분할 다중화기 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  16. 폐루프를 이루는 링 형태의 광섬유 레이저 공진기에 있어서,
    레이저의 모드 잠금을 위한 포화흡수체;
    상기 공진기로 입력된 펌핑 광을 흡수하여 소정의 파장의 빛을 방출하는 이득 매질;
    상기 이득 매질에서 흡수되지 못한 펌핑 레이저 광량이 포화흡수체에 전달되어 생기는 영구적인 열적 손상을 방지하기 위해 이득 매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 구비되되, 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유로 이루어지며, 펌핑 광의 진행 면적을 변화시켜 멀티모드 발진을 유발함으로써 포화흡수체에 가해지는 에너지 밀도를 감소시키는 광섬유 완충제; 및
    상기 공진기가 선형 편광의 출력을 생성하도록 공진기 내부 광의 두 개의 직교하는 편광축 중 하나의 편광축을 차단하여 단일의 선형 편광 출력을 생성하는 편광축 차단 소자를 포함하며,
    상기 공진기를 구성하는 모든 광섬유가 편광 유지 광섬유로 이루어진, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  17. 삭제
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 공진기는,
    상기 포화흡수체의 냉각을 위해 상기 포화흡수체 상에 구비되는 방열기; 를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 포화흡수체는,
    반도체 포화흡수체(Semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 기반 포화흡수체, 그래핀(Graphene) 기반 포화흡수체 중 선택된 어느 하나인, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 이득 매질은,
    어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm) 중 선택된 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  21. 삭제
  22. 제 16항에 있어서,
    상기 공진기는,
    펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드;
    상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기;
    상기 공진기 내부 광량의 일부를 외부로 출력하기 위한 광 커플러; 및
    상기 공진기 내에서 생성된 펄스를 단방향으로 진행시키는 아이솔레이터;
    를 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 편광축 차단 소자는,
    상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러 및 상기 아이솔레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 공진기는,
    상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결하는 서큘레이터; 를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 편광축 차단 소자는,
    상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러, 상기 아이솔레이터 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  26. 제 1항 또는 제 16항에 있어서,
    상기 공진기는,
    상기 공진기의 후단에 광섬유를 이용하여 연결된 증폭기; 를 더 포함하며,
    상기 증폭기는,
    희토류 원소가 첨가된 광섬유로 이루어진 이득 매질;
    펌핑 광을 출력하는 하나 이상의 펌핑 레이저 다이오드; 및
    상기 이득 매질의 양단 중 어느 한단 또는 양단 모두에 구비되어 이득 매질을 단방향이나 양방향으로 펌핑하도록 상기 하나 이상의 펌핑 레이저 다이오드를 상기 이득매질에 연결하는, 하나 이상의 파장 분할 다중화기;
    를 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 공진기는,
    펄스에 처프를 가하여 펄스의 시간폭 퍼짐을 유발한 후 증폭기에 공급하도록, 상기 공진기와 증폭기 사이에 구비되는, 분산 보상 광섬유;
    상기 증폭기를 통해 증폭된 펄스의 시간폭을 좁게 압축하도록 상기 증폭기의 후단에 구비되는 편광 유지 광섬유; 및
    상기 압축된 펄스의 주파수 대역폭을 확장하도록 편광 유지 광섬유의 후단에 구비된 고비선형 광섬유;
    를 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
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