KR101972024B1 - 980nm의 고출력 단일모드 광섬유 펌프 레이저 시스템 - Google Patents

980nm의 고출력 단일모드 광섬유 펌프 레이저 시스템 Download PDF

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Abstract

고출력 펌프의 고휘도의 낮은 노이즈 소스는 약 900 내지 940nm 파장 범위의 파장(λρ)에서 MM의 완만한 낮은 노이즈 신호 광을 출력하는 다중모드("MM") 시드소스, 및 상기 파장(λρ)의 복수의 고출력("HP") 반도체 레이저 다이오드의 방출을 소정 파장(λρ)의 펌프 출력으로 변환시키도록 동작하는 MM Yb 광섬유 파장 컨버터로 구성된다. Yb 도핑된 MM 파장 컨버터는 노이즈 레벨이 실질적으로 낮은 노이즈 신호 광의 노이즈 레벨 이하이고, 휘도("B")는 n×B와 실질적으로 같으며, 여기서 n은 HP 반도체 레이저 다이오드의 개수이고, B는 각 TIP 레이저 다이오드의 휘도이며, 출력 전력("Po")은 실질적으로 nPd와 같고, 여기서 Pd는 각 HP 레이저 다이오드의 전력이고 n은 다이오드 개수이다.

Description

980nm의 고출력 단일모드 광섬유 펌프 레이저 시스템{HIGH POWER SINGLE MODE FIBER PUMP LASER SYSTEM AT 980 nm}
본 발명의 개시는 약 975nm에서 흡수피크를 갖는 단일모드("SM") 고출력 광섬유 레이저 및 증폭기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 개시는 976nm 파장 범위(종종 980nm 파장 범위라 함)에서 고출력, 초고휘도의 SM 펌프 광을 출력하는 광섬유 펌프유닛에 관한 것이다.
이트리븀("Yb"), 에르븀("Er"), 및 기타 희토류 이온 도핑된 광섬유들를 포함한 광섬유 레이저 시스템은 매우 효율적이고, 비용효과적이며, 컴팩트하고, 러그한(rugged) 발광 및 광증폭 디바이스들이다. 이들 중에서, Yb 및 Er 광섬유 레이저 시스템은 우수한 효율과 장기간 안정성으로 인해 주로 산업용 광섬유 레이저 시장을 차지하고 있다.
976nm 범위에서 광을 방출하는 펌프소스들은 광섬유 코어의 도판트 조성물에 따라 약 974-976nm의 피크 흡수를 갖는 고출력 Yb 및 Er 광섬유 디바이스의 펌핑을 포함하나 이에 국한되지 않는 다양한 산업 애플리케이션들에 대해 특히 중요하다. 소정 파장에서 광섬유 디바이스의 효율은 더 큰 펌프 광흡수 및 더 큰 밀도반전으로 향상된다. 하나 이상의 스펙트럼 이득영역을 가진 Yb 광섬유 레이저 디바이스들에 대해, 흡수가 특히 중요하다. 흡수 레벨이 더 높아짐에 따라, 도핑된 광섬유의 전체 길이가 더 짧아지며, 이는 차례로 비선형들에 대한 임계치를 더 높게 한다. 비선형의 임계치를 높이는 것은 광섬유 레이저 및 증폭기의 출력 스케일링에 영향을 주는 유해한 비선형 효과들을 제한하는데 중요하다. 따라서, 약 975nm의 피크 흡수에 가능한 한 가까운 파장들로 Yb 도핑된 광섬유들을 펌핑함으로써 광섬유의 길이를 더 짧게 그리고 이에 따라 비선형에 대한 임계치를 더 높게 한다.
약 975nm에서 광을 방출하는 기존 펌프들은 2 그룹, 즉, SM 광소스들과 MM 광소스들로 나누어질 수 있다. SM 광소스는 일반적으로 저출력에서 고품질의 빔을 방출하는 레이저 다이오드를 포함하는 반면, 레이저 다이오드를 또한 포함한 MM 소스는 고출력이만 저휘도이고 따라서 저품질의 빔을 발생할 수 있다. 입력광의 떨어진 휘도로 인해 실질적으로 흡수가 악화된다.
따라서, 약 976nm에서 효율적인 Yb 광섬유 레이저 디바이스들은 이에 따라 약 976nm 파장에서 매우 밝은 펌프 광을 필요로 한다. 약 976nm에서 고휘도의 광을 방출할 수 있는 매우 효율적인 펌프소스가 PCT/2011/....에 개시되어 있다. 개시된 펌프소스는 펌프 시드신호 광, 약 975nm 파장에서 매우 밝은 펌프 광을 방출하는 다중모드("MM") 광섬유 컨버터, 및 상기 펌프 광을 수신하고 1015nm 범위의 더 긴 파장에서 고출력, 고휘도의 SM 광을 방출하도록 동작하는 단일모드("SM") Yb 광섬유 레이저를 포함한다. 상술한 시스템의 사용은 소정의 976nm 범위에서 SM Yb 레이저 없이도 소정의 애플리케이션을 찾을 수 있으나, 이 경우 복사는 다중모드로 될 수 있다. 다중모드로 되는 경우 약 976nm에서 출력 빔의 휘도 및 품질에 영향을 준다.
따라서, 약 976nm에서 고출력, 초고휘도 SM 출력을 갖는 펌프소스들에 대한 필요성이 있다.
약 976nm에서 초고휘도 및 고출력 SM 펌프 광을 방출하는 펌프소스를 이용하는 고출력 광섬유 레이저 시스템에 대한 필요성이 또한 있다.
이들 필요성들은 Yb 및/또는 Er 희토류 이온들로 도핑되고 976nm 범위의 피크 흡수를 갖는 광섬유 레이저 및 증폭기용의 개시된 펌프소스에 의해 충족된다. 개시된 펌프소스는 kW 전력 레벨의 회절 제한된 초고휘도 빔을 출력하도록 구성되고 서브펌프유닛과 약 976nm에서 고출력, 초고휘도 펌프 광을 방출하는 SM Yb 광섬유 레이저를 포함한다.
본 출원의 일태양에 따르면, 서브펌프유닛은 SM Yb 광섬유 레이저에 연결된 고휘도 서브펌프 광을 발생하도록 구성된다. 유닛은 상대적으로 짧은 파장에서 서브펌프 광을 출력하는 복수의 MM 레이저 다이오드들과, 더 긴 파장의 증폭되고 컨버터된 서브펌프 출력을 위한 서브펌프 광파장의 MM Nd 도핑된 광섬유 파장 컨버터가 있다. 다수의 MM 서브-펌프 레이저 다이오드의 사용은 컨버터의 출력시 고출력 레벨에 기여한다. 광섬유 증폭기인 컨버터는 펌프 시드소스로부터 펌프신호 광을 증폭시키나, 고출력 서브펌프 광으로 인해, 실질적으로 펌프신호 광의 휘도를 높인다.
본 출원의 다른 태양에 따르면, 펌프소스의 SM Yb 레이저는 고휘도 서브펌프 광이 효율적으로 흡수되게 하는 코어와 클래드 직경 간의 높은 비율을 제공하는 Yb 도핑된 액티브 광섬유의 기하학적 형태로 인해 서브펌프 광을 효율적으로 흡수하도록 구성된다. 그 결과, 소정의 976nm 범위에서 펌프 출력인 SM Yb 광섬유 레이저의 출력은 서브펌프 광 중 하나의 출력보다 더 밝다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 개시의 디바이스들의 상기 및 다른 태양, 특징 및 이점들은 도면에 수반된 하기의 구체적 설명으로부터 더 쉽게 명백해진다.
도 1은 개시된 펌프소스가 976nm 범위의 파장에서 고출력, 고휘도 SM을 출력하는 고출력 광섬유 레이저 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 펌프소스의 MM Nd 파장 컨버터의 가능한 구성들 중 하나를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 도 2에서 선 I-I을 따라 취한 Nd 파장 컨버터의 초기 및 최종 구성들의 각각의 횡단면들을 각각 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 펌프소스의 SM Yb 광섬유 레이저의 가능한 실시에들 중 하나를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 도 1-5의 펌프소스를 이용한 고출력 광섬유 레이저 시스템의 각각의 구성을 도시한 것이다.
첨부도면에 도시된 몇가지 개시의 실시에들을 더 상세히 참조할 것이다. 같거나 유사한 부분들 또는 단계를 언급하기 위해 가능한 한, 같거나 유사한 참조부호들이 도면과 설명에 사용된다. 도면은 간략한 형태로 있음 정확한 비율로 되어 있지 않다.
도 1을 참조하면, 펌프소스(10)는, 무엇보다도, 900-940nm 범위의 시드신호를 방출하는 펌프 시드소스 또는 복수의 시드소스들(12)로 구성되고, 약 915-920nm의 파장이 바람직하다. 시드신호는 Nd 도핑된 MM 광섬유로 구성되고 800-810nm에서 서브펌프 레이저 다이오드(18)의 방출을 약 915-920nm의 서브펌프 방출로 변환하도록 동작하는 광섬유 증폭기인 MM 파장 컨버터(14)를 포함한 서브펌프 유닛에 더 결합된다. 광섬유 격자(FGs)들 사이에 정의된 공진 공동이 형성되며, 컨버터되고 증폭된 서브펌프 방출을 수용하는 SM Yb 광섬유 레이저(16)가 펌프소스(10)의 구성을 완결한다. 하기에 개시된 바와 같이, 펌프소스(10)는 약 976nm에서 피크 흡수를 갖고 Yb, Er, 또는 Yb/Er 이온들로 도핑된 광섬유 레이저 또는 증폭기(20)에 더 결합된 976nm 범위 파장에서 초고휘도, 고출력의 SM 펌프 광을 방출한다.
펌프 시드소스(12)는 소정 파장에서, 예컨대, 약 920nm에서 서브펌프 신호 광을 방출하는 하나 또는 함께 조합된 MM 피그테일형 레이저 다이오드들로 구성된다. 레이저 기술분야의 당업자가 아는 바와 같이, 레이저 다이오드는 상대적으로 스파이크가 없는(spikeless), 즉, 완만하고 노이즈가 낮은 신호를 출력한다. 일반적으로, 평균제곱근(r.m.s.) 단위로 측정된 노이즈 레벨은 약 0.1 r.m.s.인 반면, 서브펌프 신호 광의 개구수(numerical aperture)("NA")는 일반적으로 약 0.1 내지 0.13 사이 범위이다. 신호 광의 출력 전력은 수십 내지 수백 와트 사이로 변할 수 있다. 상대적으로 완만한 출력으로 인해 시드(12)의 반도체 구조가 바람직하나, 대안으로, 광섬유 구성을 또한 가질 수 있다. 신호 광은 광경로를 따라 신호가 증폭되고 휘도가 적어도 10배 증가되는 MM Nd 파장 컨버터(14)로 더 안내하는 패시브 MM 광섬유(22)에 더 결합된다.
파장 컨버터(14)의 MM Nd 도핑된 광섬유와 같은 광섬유의 사용은 하기에 설명된 바와 같이 광휘도를 극적으로 증가시킨다. 휘도(B)는
B ~ P/BPP (1)
로 판단될 수 있고, 여기서, P는 출력 전력이고, BPP는 빔수렴 절반각과 빔 반경의 곱으로 결정된 빔파라미터 곱이다. BPP가 낮을수록, 빔 품질이 더 높고, 휘도가 더 커진다. 따라서, 회절제한된 가우시안빔이 가장 낮은 BPP를 갖는다. BPP는 1/2 Dc x NA에 일치하며, Dc는 코어 직경이고 NA는 개개수이다. 따라서, 코어 직경(Dc)를 늘리고 NA를 줄임으로써 BPP가 향상되고 휘도(B)가 높아진다. 따라서, 광섬유 제작을 제어해, 광섬유는 낮은 NA와 낮은 도판트 농도를 가질 수 있으며, 이는 후술된 이유로 인해 이점적이다.
Nd는 각각 900nm 및 1060nm 범위에 해당하는 각각의 신호 및 기생 파장들에서의 증폭에 의해 특징된다. 더욱이, 1060nm 범위에서 기생 파장의 이득 및 900nm 범위에서 신호파장의 이득의 소정 값은 Nd 도핑된 광섬유의 전체 길이 및 활성이온 농도의 곱에 비례한다. 대표적으로, 광섬유 길이와 이온 농도의 증가로, 작동 파장범위의 이득에 악영향을 주는 기생 범위의 이득이 증가한다. 따라서, 더 긴 광섬유 길이 및/또는 더 큰 Nd-이온 농도를 이용함으로써 불가피하게 약 1060nm 범위에서 증폭이 소정의 900n 범위에서의 증폭보다 더 커지게 된다. 기생 파장에서 바람직하지 못한 증폭을 최소화하기 위해, Nd 광섬유 길이를 늘리고 이온 농도를 낮추지 않고도 서브펌프 광의 흡수가 증가되어야 한다.
본 출원의 일태양에 따르면, 약 800-810nm에서 서브펌프 광의 증가된 흡수는 각각 Nd 광섬유의 코어 및 클래딩의 직경들 간의 높은 비율의 결과이다. 증가된 비율, 즉, 코어 직경은 커지나 클래딩의 직경은 같거나 작아지는 비율로, 서브펌프 광의 흡수가 높아진다.
도 2는 본 출원의 태양을 구현하기 위해 구성된 컨버터(14)의 Nd-도핑된 광섬유(24)의 일실시예를 도시한 것이다. 특히, 서브펌프 다이오드(18)에 의해 사이드-펌프된 Nd 도핑된 광섬유(24)는 전적으로 본 명세서에 참조로 합체되고 본 출원인이 공통으로 소유한 PCT/US 10/051,743에 개시된 바와 같이 더블 보틀넥(double-bottleneck) 형태이다.
도시된 바와 같이, 파장 컨버터 또는 광섬유 증폭기(14)에 액티브 광섬유(24)의 각각의 대향 단부들에 버트 스플라이스된 입출력 단일모드(SM)(또는 MM) 패시브 광섬유에 의해 측면에 위치된 MM, 멀티-클래드 Nd 광섬유(24)가 제공된다. 서브펌프 다이오드(18)는 컨버터(14)를 사이드 펌핑하는 코어리스 MM 수송 패시브 광섬유(36)를 통해 결합된 MM 출력을 Nd 광섬유(24)로 가이드하는, 해당기술분야의 통상적인 기술 중 하나로 알려진, 컴바이너를 정의하도록 광학적으로 및 기계적으로 함께 결합된다. 각각의 수송 및 액티브 광섬유의 결합된 스트레치들은 결합 영역을 정의하고 상기 영역을 따라 펌프 광이 광섬유(24)의 코어(26)에 제공된 Nd 이득 매질에 시작되고 Nd 이득 매질에 의해 흡수된다. 필요하다면, 연결된 광섬유들은 가해진 외력에 응답해 서로 당겨질 수 있다. 약 10 내지 200 ppm, 범위 내에서 변하는 농도에서 Nd 이온들이 광섬유의 코어(26)에 주입되며, 900nm 파장 범위의 소정 이득에 대해 그리고 1060nm 범위의 적절한 이득 억제를 위해 50-100 ppm 범위가 바람직하다.
Nd 액티브 광섬유(24)의 기하학적 형태, 즉, 길이방향 광축을 따른 각각의 코어(26) 및 클래딩(28)의 횡단면은 더블 보틀넥 형태의 횡단면을 갖는다. 상기 더블 보틀넥 형태의 횡단면은 협소한 치수의 입력단부영역(30), 입력 영역의 면적보다 더 큰 Acore 영역을 갖는 균일한 치수의 증폭중간영역(32), 및 단부와 중간 코어 영역을 메우는 절단된 원뿔형의 입력 전환영역(24)을 포함한다. 더블 보틀넥 부분을 완결시키기 위해, 코어(26)는 필요하다면 각각의 입력 영역들에 대해 실질적으로 동일하거나 다르게 구성된 절단된 원뿔형의 출력 전환영역 및 단부영역을 더 갖는다. 코어(26)는 단일 횡모드 또는 멀티모드를 지원할 수 있다. 클래딩(28)은 코어(26)의 횡단면에 상보적인 횡단면을 가질 수 있거나 균일한 횡단면을 가질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 초기에, 수송 및 Nd 광섬유(36,24)는 각각 필적할 만한 외직경을 가질 수 있는 반면, 코어(26)의 횡단면(Acore)은 Nd의 클래드 영역과 수송 광섬유의 클래드 영역의 각각 합인 클래드 영역(Aclad)의 횡단면보다 보기에 더 작다. 비(比)를 증가시키기 위해, 직경방향으로 대향한 장력들이 각각의 광섬유(24 및 36)에 가해져, 도 4에 도시된 바와 같이, 결합된 클래드 영역의 횡단면이 줄어들고, 동시에, 코어 영역은 증가한다. 각각의 광섬유의 증가 및 감소 계수는 임의적이지 않다. 계수들은 컨버터(14)의 NA가 도 1의 시드소스(12)의 NA와 거의 같지만 바람직하게는 0.08까지 더 작을 수 있게 선택된다.
그 결과, 소정의 915-920 nm 파장의 컨버터(14)에 의해 방출된 증폭된 펌프 신호 광은 코어와 클래드 직경 간의 상대적으로 더 작은 비 및 큰 dcore/Dclad 비로 구성된 Nd 광섬유(24)에 흡수된 큰 서브펌프 출력으로 인해 매우 밝다. 컨버터된 펌프신호 광의 휘도는 n×B에 비례하고, 여기서 n은 MM 서브펌프 레이저 다이오드 개수이고, B는 각 HP 레이저 다이오드(18)의 휘도이다. 강화된 펌프신호 광은 또한 복수의 MM 서브펌프 다이오드들(18)로 인해 매우 강력하다. 증폭된 펌프신호 광(Pco)의 출력도 또한 n×Pld에 비례하고, 여기서 n은 HP 레이저 다이오드(18)의 개수이고 Pld는 각 개개의 다이오드의 출력이며 kW 레벨에 달할 수 있다. 물론, 출력 전력도 또한 전반적인 서브펌프 유닛의 출력을 결정하는데 있어 요인이되어야 하는 시드소스(12)에 의해 방출된 펌프신호 광의 전력에 의존한다. 레이저 다이오드(18)가 사이드-펌프 파장 컨버터(14)에 도시되어 있으나, 다이오드(18)는 물론 Nd 광섬유(24)의 코어/클래드 비가 최적으로 높게 있다면 레이저 기술분야의 통상의 기술 중 하나에 의해 쉽게 구현되는 식으로 엔드 펌핑 구성으로 배열될 수 있다.
잠시 도 1로 돌아가, 레이저 기술분야의 통상의 기술 중 하나로 잘 알려진 바와 같이, 약 1030nm에서 피크 방출은 완전히 제거하기가 불가능하다. 약 1030nm의 서브펌프 컨버터된 광이 SM Yb 광섬유 레이저(16)에 결합되는 것을 방지하기 위해, 펌프소스(10)는 컨버터(14)와 SM 레이저(16) 간에 필터(45)를 더 포함한다. 다른 물리적 원리를 기초로, 다른 많은 광학 필터들이 있다. 예컨대, 필터(45)는 장주기 또는 슬랜트형 광섬유 격자가 제공된 패시브 광섬유에서 선택될 수 있다. 대안으로, 사마리움(Sm3 +) 또는 해당기술분야에 통상적인 기술 중 하나로 알려진 기타 유사한 기능의 도판트들의 농도가 증가된 패시브 광섬유가 필터로 사용될 수 있다. 여전히 또 다른 가능성은 W 굴절률 프로파일을 갖는 패시브 광섬유로 구성된 필터를 갖는 것이다.
도 5를 참조하면, 컨버터된 서브펌프 광이 SM Yb 광섬유 레이저(16)에 더 연결된다. 상술한 바와 같이, 증폭된 시드신호 광의 증가된 휘도와 큰 밀도반전으로, 소정의 976nm 범위에 방출된 SM 펌프 광은 신호펌프 광보다 수백배 더 밝을 수 있다. 동시에, 기생적인 1015nm에서의 발광이 실질적으로 억제된다.
펌프 광의 휘도는 도 2에 도시된 Nd 컨버터(14)의 구성과 유사하게 SM Yb 오실레이터(16)를 구성함으로써 더 향상될 수 있다. 따라서, Yb 도핑된 광섬유(37)는 상술한 모든 이점들을 갖는 더블 보틀넥 길이방향 횡단면을 또한 가질 수 있다.
도 6은 Yb 또는 Er 도핑된 레이저 또는 증폭기(40)가 제공된 초고출력 광섬유 레이저 시스템(50)에 도 1의 펌프소스(10)의 가능한 애플리케이션들 중 하나를 도시한 것이다. 특히, 고출력 광섬유 레이저 시스템(50)은 다발로 함께 결합된 복수의 펌프소스들(10)을 포함한다. 980nm 파장 범위로 신호를 가이드하는 중앙 SM 신호 광섬유(38)는 다발을 통해 뻗어 있으며 신호 광섬유(38)를 둘러싼 펌프(10)에 광학적으로 연결된다. 조합된 펌프소스들과 중앙 신호 광섬유의 출력 광섬유(42)는 엔드 펌핑 기술에 따라 펌프 및 신호 광을 광섬유 증폭기 또는 레이저(20)에 전달한다. 광섬유 증폭기 또는 레이저(20)는 고출력의 소정 파장 범위에서 회절제한 빔을 출력하도록 구성된다. 광섬유(20)가 Yb 도핑된 광섬유들에 기초할 경우, 피크 방출 파장은 바람직하게는 펌프 파장의 약 10분의 1을 초과하지 못한다. 광섬유 레이저 디바이스(20)의 액티브 광섬유는 소정 파장에서 실질적으로 기본 모드를 지원할 수 있는 SM 코어 또는 다중모드 코어를 갖는 SM 디바이스일 수 있다. 필요하다면, 편광유지 광섬유가 예시된 시스템에 사용될 수 있다.
도 7은 고출력 광섬유 레이저 시스템(50)에 개시된 펌프소스들(10)의 또 다른 구성을 도시한 것이다. 여기서, 도 1의 다수의 고출력, 고휘도의 광섬유 레이저 펌프소스들(10), 및 YB 및 Er 광섬유 디바이스(20)를 각각 포함한 복수의 펌프 그룹들이 사이드 펌핑 배열을 정의한다. 각 그룹의 펌프소스(10)는 소정 파장에서 컴바이너로부터, 예컨대, Yb 광섬유 증폭기(20)로 펌프 광을 가이드하는 단일 출력 광섬유를 갖도록 함께 결합된다. 상기 증폭기는 SM 코어 또는 MM 코어로 구성될 수 있고, 실질적으로 소정 파장의 단일모드의 시스템 광을 방출하도록 구성된 MM 코어는 실질적으로 단일 기본 또는 로우 모드 출력의 극히 높은 광을 출력할 수 있다.
각각의 도 6 및 도 7에 도시된 양 구성들은 방출파장이 실질적으로 광섬유 디바이스(20)의 Yb 또는 Er 이득 매질의 약 975nm의 흡수 피크와 일치하는 고출력의 고휘도 펌프신호로 펌프되는 업그레이드된 고출력 광섬유 레이저 및/또는 증폭기의 특징을 다룬다. 광섬유 디바이스로 인해, 레이저 기술분야의 통상적인 기술중 하나가 각각의 도 6 및 도 7에 도시된 구성으로 구현됨에 따라, 업그레이드된 증폭기(20)의 액티브 광섬유의 길이가 실질적으로 단축되는 한편, 비선형 효과의 임계치가 높아진다.
첨부도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들 중 적어도 하나를 기술하였으나, 본 발명은 이들 정확한 실시예에 국한되지 않음을 알아야 한다. 예컨대, 개시된 펌프소스들은 CW 및 펄스 레이저 시스템의 통합 부분일 수 있다. 다른 파장, 광섬유 파라미터, 및 희토류 도판트들을 포함한 다양한 변형, 변경, 및 적용들이 상술한 바와 같이 본 발명의 기술사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 달성될 수 있다.

Claims (30)

  1. 제 1 파장에서 낮은 노이즈 신호 광을 생성하는 적어도 하나의 피그테일형 시드소스;
    상기 신호 광을 수신 및 증폭하기 위해 피그테일형 레이저 시드소스에 스플라이스되도록 구성되고, 제 1 파장보다 더 짧은 제 2 파장에서 서브펌프 광을 방출하기 위해 함께 결합된 복수의 서브펌프 다중모드("MM") 피그테일형 레이저 다이오드 및 서브펌프 광의 제 2 파장을 상기 신호 광의 제 1 파장으로 변환하도록 동작하는 Nd MM 파장 광섬유 컨버터를 갖는 광섬유 서브펌프 유닛; 및
    신호 광을 수신 및 증폭하고, 976nm의 제 3 파장에서 피크 방출을 갖는 Nd MM 광섬유 컨버터에 스플라이스된 단일모드("SM") Yb 광섬유 오실레이터로 구성되는 펌프; 및
    펌프의 출력에 스플라이스되고, 펌프 파장의 10분의 1을 초과하지 않는 제 4 파장에서 증폭 신호를 출력하는 광섬유 증폭기를 구비하고,
    Nd MM 광섬유 컨버터는:
    낮은 노이즈 신호 광의 노이즈 레벨과 동일한 노이즈 레벨;
    nB(여기서, n은 서브펌프 레이저 다이오드의 개수이고, B는 각 서브펌프 레이저 다이오드의 휘도임)와 동일한 휘도; 및
    nPd(여기서, Pd는 각 MM 서브펌프 레이저 다이오드의 전력이고, n은 다이오드의 개수임)와 동일한 출력전력을 갖는 증폭된 신호 광을 방출하도록 구성되는 전광섬유 고출력 초고휘도 레이저 소스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    신호 광의 제 1 파장은 900-940nm 파장 범위 내에서 변하고, 서브펌프 광의 제 2 파장은 800-810nm 파장 범위 내에 있는 전광섬유 고출력 초고휘도 레이저 소스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    서브펌프 레이저 다이오드는 Nd MM 파장 광섬유 컨버터를 엔드 펌프하거나 사이드 펌프하는 전광섬유 고출력 초고휘도 레이저 소스.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    Nd MM 파장 광섬유 컨버터는 증폭된 낮은 노이즈 펌프 출력이 많아야 0.1% 평균제곱근(r.m.s.) 값을 갖도록 구성되는 전광섬유 고출력 초고휘도 레이저 소스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    시드소스는 하나 이상의 조합된 MM 피그테일형 레이저 다이오드와 하나 이상의 광섬유 시드소스들로 구성된 그룹에서 선택된 구성을 갖는 전광섬유 고출력 초고휘도 레이저 소스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    Nd MM 파장 광섬유 컨버터는 동심 코어 및 적어도 하나의 클래딩을 갖는 Nd 도핑된 광섬유로 구성되고, 코어와 클래딩은 각각의 균일한 횡단면으로 구성되거나,
    Nd MM 파장 광섬유 컨버터는 코어 및 상기 코어를 둘러싼 적어도 하나의 클래딩으로 구성되며, 코어와 클래딩 각각은 더블 보틀넥형 횡단면을 갖거나, 코어는 더블 보틀넥형 횡단면을 갖고 적어도 하나의 클래딩은 균일한 치수의 횡단면을 갖는 전광섬유 고출력 초고휘도 레이저 소스.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    Nd MM 파장 광섬유 컨버터는 0.05 내지 0.13 범위의 개구수로 구성되는 반면, MM 시드소스의 개구수는 0.1 내지 0.13 사이에서 변하는 전광섬유 고출력 초고휘도 레이저 소스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    Nd MM 파장 광섬유 파장 컨버터와 SM Yb 광섬유 오실레이터 사이에 위치되고 연결된 파장 선택기를 더 구비하고, 상기 파장 선택기는 증폭된 신호 광의 제 1 파장을 통과시키고 제 1 파장과는 다른 기생 파장들의 광을 막는 전광섬유 고출력 초고휘도 레이저 소스.
  12. 제 1 파장에서 서브펌프 광을 방출하는 복수의 서브펌프 피그테일형 레이저 다이오드들;
    서브펌프 광을 수신하고, 제 1 파장보다 더 긴 제 2 파장에서 펌프 신호 광을 방출하도록 동작하는 다중모드("MM") Nd 광섬유 파장 컨버터;
    제 2 파장에서 펌프 신호 광을 수신 및 증폭하고, 제 2 파장에서 펌프 광을 흡수하며 제 2 파장보다 더 긴 976nm의 제 3 파장에서 펌프 광을 방출하기 위해 동작하도록 MM Nd 광섬유 컨버터에 스플라이스된 단일모드("SM") Yb 광섬유 오실레이터; 및
    펌프 광을 수신하고 제 3 파장에서 피크 흡수로 구성되며 SM에 시스템 광을 방출하도록 동작하는 광섬유 레이저 디바이스를 구비하고,
    시스템 광은 제 3 파장의 10분의 1을 초과하지 않도록 시스템 파장 증폭기에서 방출되는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    광섬유 레이저 디바이스는 Yb, Er, 및 그 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 희토류 이온들로 도핑된 액티브 광섬유를 포함하는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    광섬유 레이저 디바이스는 광섬유 증폭기 또는 광섬유 오실레이터를 포함하는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    펌프소스는 광섬유 레이저 디바이스를 엔드 펌프하거나 광섬유 레이저 디바이스를 사이드 펌프하도록 구성되는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  16. 삭제
  17. 제 12 항에 있어서,
    광섬유 레이저 디바이스는 SM 코어 또는 MM 코어로 구성되고, MM 코어는 소정 파장의 단일 모드로 시스템 광을 방출하도록 구성되는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서,
    펌프 소스는 900 내지 940nm 사이에서 변하는 제 2 파장의 펌프 신호 광을 방출하는 하나 이상의 MM 시드소스들을 더 가지고, 시드소스는 레이저 다이오드 또는 광섬유에서 선택되는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    서브펌프 레이저 다이오드는 800nm 내지 810nm 사이 범위의 제 1 파장에서 서브펌프 광을 방출하고, 서브펌프 레이저 다이오드는 파장 광섬유 컨버터를 사이드 펌프하거나 파장 광섬유 컨버터를 엔드 펌프하도록 서로 결합되는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서,
    MM Nd 파장 광섬유 컨버터 및 SM Yb 광섬유 오실레이터 각각은 동심 코어 및 적어도 하나의 클래딩을 갖는 도핑된 광섬유로 구성되고, 코어 및 클래딩은 각각의 균일한 횡단면으로 구성되거나,
    MM Nd 파장 광섬유 컨버터 및 SM Yb 광섬유 오실레이터 각각은 코어 및 상기 코어를 둘러싼 적어도 하나의 클래딩으로 구성되며, 코어와 클래딩 각각은 더블 보틀넥형 횡단면을 갖거나, 코어는 더블 보틀넥형 횡단면을 갖고 적어도 하나의 클래딩은 균일한 치수의 횡단면을 갖는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제 12 항에 있어서,
    Nd 파장 광섬유 컨버터는 0.05 내지 0.13 사이 범위의 NA로 구성되는 반면, MM 시드소스의 개구수는 0.1 내지 0.13 사이에서 변하는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  24. 제 12 항에 있어서,
    시드소스는 Nd 파장 광섬유 컨버터 및 SM 광섬유 오실레이터 사이에 위치되고 결합되는 파장 선택기를 더 가지며, 상기 파장 선택기는 증폭된 신호 광의 제 2 파장을 통과시키고, 상기 제 2 파장과는 다른 기생 파장의 광을 막는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
  25. 제 12 항에 있어서,
    하나 이상의 시드소스들은 광섬유 레이저 디바이스를 엔드 펌프하거나 광섬유 레이저 디바이스를 사이드 펌프하는 전광섬유 고출력 고휘도 단일모드 광섬유 레이저 시스템.
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