KR102012846B1 - 광 출력 장치 및 그 방법. - Google Patents

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Abstract

시드 광에 기초하여 출력되는 출력 광으로부터 메인 광과 서브 광을 획득하고, 서브 광을 피드백시켜 시드 광과 결합함으로써 출력 광을 갱신하고, 갱신된 출력 광을 이용하여 안정적으로 광을 출력하는 장치 및 방법이 개시된다.

Description

광 출력 장치 및 그 방법. {A LIGHT OUTPUTTING APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 개시는 안정적으로 광을 출력하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
광섬유 레이저는 광섬유 속에 능동 매질을 지닌 레이저를 의미할 수 있으며, 여기 매질에 저준위의 희토류 할로겐화물을 첨가한 광섬유 레이저일 수 있다. 광섬유 레이저는 넓은 범위에 걸쳐서 출력 조절이 가능하므로 광대역으로 할 수 있다는 장점이 있어, 레이저 마킹, 절단 용접 및 미세 패턴 등과 같은 레이저를 이용한 가공 장비에 이용될 수 있고, 라이다(LIDAR)를 위한 광원으로도 이용될 수 있다.
그러나 광섬유 레이저는 이득매질로 첨가된 희토류 이온에서 발생하는 광흑화(Photodarkening) 현상에 의해 최종 출력의 세기가 시간이 지날수록 감소되는 문제가 있다. 이에 장시간 사용하더라도 안정적으로 출력할 수 있도록 하는 방안이 요구되고 있다.
최근에는 광흑화 효과에 의해 감소된 출력을 회복시켜주기 위해 광퇴색(photobleaching) 현상을 활용하는 방법이 연구되고 있다. 현재 광 퇴색 현상을 구현하기 위해 온도 풀림(Temperature annealing), 자외선 또는 가사광 조사, 옥시겐 및 하이드로겐 로딩 등 다양한 방법이 제시되고 있으나, 온도 풀림을 실행하기 위해서는 오븐(Oven)과 같은 장비가 필요하며, 자외선 또는 가시 광선을 이용하는 경우에도 별도의 광원을 필요로 한다. 또한 옥시겐 및 하이드로겐 로딩은 광섬유 제조 시에 추가 공정이 필요하다. 따라서 구성 요소 또는 공정이 추가됨에 따라 장치의 구성이 복잡해지고 대형화되며, 제조 비용이 증가된다는 한계가 있다. 뿐만 아니라 출력 저하가 발생하는 경우에 실시간으로 출력을 복원 시킬 수 없다는 문제가 있다.
일 실시 예는, 안정적으로 광을 출력하는 방법 및 그 장치를 개시한다. 구체적으로, 출력 광으로부터 획득한 메인 광과 서브 광 중 서브 광을 피드백시켜 출력에 이용함으로써, 안정적으로 광을 출력하는 방법이 개시된다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면은 광 출력 장치에 있어서, 시드 광을 생성하여 출력하는 광원; 상기 시드 광을 이용하여 획득한 출력 광으로부터 획득된 메인 광을 출력하는 출력단; 상기 출력단으로 인가되는 상기 출력 광으로부터 상기 메인 광과 서브 광을 획득하는 분광기; 및 피드백된 상기 서브 광과 상기 시드 광을 결합하여 출력함으로써 상기 출력 광을 갱신하는 결합기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 결합기는 피드백된 상기 서브 광과 상기 시드 광을 결합하는 광 커플러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 결합기는 피드백된 상기 서브 광, 상기 시드 광을 및 하나 이상의 펌프 광을 결합하여 출력함으로써 상기 출력 광을 갱신할 수 있다.
또한, 상기 광원은 상기 광원에 포함된 내부 광원으로 반사광이 인가되지 않도록 차단하는 하나 이상의 아이솔레이터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광원은 상기 내부 광원에서 생성된 기설정된 파장의 광을 증폭하여 출력함으로써 상기 시드광을 출력할 수 있다.
또한, 상기 서브 광의 파장은 상기 시드 광의 파장보다 작을 수 있다.
또한, 상기 결합기에서 출력된 결합 광을 증폭하는 증폭기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 증폭기는 YDF(Ytterbium(Yb) Doped Fiber)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분광기는 상기 출력 광을 상기 메인 광과 상기 서브 광으로 분리할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은 광 출력 장치가 광을 출력하는 방법에 있어서, 시드 광을 생성하여 출력하는 단계; 상기 시드 광을 이용하여 획득한 출력 광으로부터 획득된 메인 광을 출력하는 단계; 상기 메인 광을 출력하는 출력단으로 인가되는 상기 출력 광으로부터 상기 메인 광과 서브 광을 획득하는 단계; 및 피드백된 상기 서브 광과 상기 시드 광을 결합하여 출력함으로써 상기 출력 광을 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 측면은 제 2 측면의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
하나 이상의 실시 예는 출력 광 중 일부를 피드백 하여 이용함으로써 안정적으로 광을 출력할 수 있는 방법을 개시한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 광 출력 장치의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 광 커플러를 이용하여 동작하는 광 출력 장치의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따라 서브 광을 하나 이상의 펌프 광 및 시드 광과 결합하는 결합기를 이용하여 동작하는 광 출력 장치의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따라 광 출력 장치가 피드백되는 서브 광을 이용하여 출력 광을 갱신하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시 예는 기술적 사상을 구체화하기 위한 것일 뿐 권리범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시 예로부터 해당 기술분야에 속하는 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 “구성된다” 또는 “포함한다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 도는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 “제 1” 또는 “제 2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 이러한 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하거나 설명의 편의를 위한 목적으로 사용될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)의 구성의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 광원(110), 결합기(120), 분광기(130) 및 출력단(140)을 포함할 수 있다. 또한, 다른 실시 예에 따라 광 출력 장치(100)는 광 커플러를 더 포함할 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 광 출력 장치(100) 에 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따를 경우, 도 1에 도시된 구성요소들 중 일부 구성요소는 생략될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
일 실시 예에 따른 광원(110)은 시드 광(115)을 생성하여 출력할 수 있다. 시드 광(115)은 광원(110)에서 출력되는 광으로, 레이저 광을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광원(110)에서 출력되는 시드 광(115)은 기설정된 주파수를 갖는 광일 수 있다. 예를 들면, 광원(110)은 파장이 1030 ~ 1100nm인 광을 출력할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 다른 예로, 광원(110)은 시간의 흐름에 따라 주파수가 달라지는 광을 시드 광(115)으로 출력할 수 있다.
광원(110)은 증폭기를 포함할 수 있다. 광원(110)에 포함된 내부 광원은 기설정된 파장의 광을 생성하고, 생성된 기설정된 파장의 광을 증폭하여 출력함으로써, 시드 광(115)을 출력할 수 있다. 또한, 광원(110)은 내부 광원으로 반사광이 인가되지 않도록 차단하는 하나 이상의 아이솔레이터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 출력단(140)은 분광기(130)를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3에서 후술하는 바와 같이 출력단(140)은 분광기(130)와 분리될 수 있으나, 도 1에서는 일 실시 예에 따라 출력단(140)이 분광기(130)를 포함하는 경우에 대해서 개시한다.
일 실시 예에 따른 출력단(140)은 시드 광(115)을 이용하여 획득한 출력 광(150)으로부터 획득된 메인 광(160)을 출력할 수 있다. 또한, 출력단(140)은 메인 광(160) 뿐 아니라 서브 광(170)도 출력할 수 있다. 일 실시 예에 따른 분광기(130)는 결합기(120)로부터 획득한 출력 광(150)으로부터 메인 광(160) 및 서브 광(170)을 획득할 수 있다. 예를 들면, 분광기(130)는 결합기(120)로부터 획득한 출력 광(150)을 메인 광(160) 및 서브 광(170)으로 분리할 수 있다.
일 실시 예에 따른 결합기(120)는 피드백된 서브 광(170)과 시드 광(115)을 결합하여 출력함으로써 출력 광을 갱신할 수 있다.
일 실시 예에 따른 결합기(120)는 피드백된 서브 광(170)과 시드 광(115)을 결합하는 광 커플러를 포함할 수 있다. 이 경우, 광 커플러는 서브 광(170)과 시드 광(115)을 결합하여 출력하고, 결합기(120)는 광 커플러로부터 획득된 광에 펌프 광을 결합하여 증폭할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따른 결합기는 광 커플러 없이, 서브 광(170), 시드 광(115) 및 펌프 광을 결합하고 증폭하여 출력할 수 있다.
일 실시 예에 따른 결합기(120)는 광 커플러를 포함하는지 여부와 상관 없이, 분광기(130)로부터 피드백된 서브 광(170), 시드 광(115) 및 펌프 광을 결합하고 증폭하여 출력함으로써, 출력 광을 갱신할 수 있다. 서브 광(170)은 피드백되는 광인 피드백 광일 수 있다. 또한, 결합기(120)는 출력 광에서 연속적으로 피드백되는 서브 광(170)을 출력 광 생성에 연속적으로 이용함으로써, 메인 광(160)도 연속적으로 갱신할 수 있다.
일 실시 예에 따른 서브 광(170)의 파장은 시드 광(115)의 파장보다 작을 수 있다. 예를 들면, 서브 광(170)의 파장은 시드 광(115)의 파장의 약 1/2일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
일 실시 예에 따른 증폭기(미도시)는 결합기(120)로부터 출력되는 결합 광을 증폭하여 출력함으로써, 출력 광(150)을 출력할 수 있다. 증폭기(미도시)는 결합기(120)에 포함될 수도 있고, 결합기(120)와는 별개의 구성일 수도 있다. 일 실시 예에 따른 증폭기는 YDF(Ytterbium(Yb) Doped Fiber)일 수 있다.
일 실시 예에 따른 결합기(120)는 시드 광(115)에 비해 서브 광(170)은 높은 주파수를 갖기 때문에, 증폭 과정에서 광퇴색 현상을 유도할 수 있다. 특히 YDF가 증폭기로 이용되는 경우, 결합기(120)는 시드 광(115)에 비해 높은 주파수를 갖는 서브 광(170)을 출력단(140)으로부터 획득하여 YDF로 출력함으로써, YDF에서 발생하는 광흑화 현상으로 인해 출력이 감소하는 것을 막고, 광퇴색 현상을 유도하여 광 출력 장치(100)가 안정적으로 광을 출력할 수 있도록 할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따라 광 커플러(221)를 이용하여 동작하는 광 출력 장치(100)의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 광원(210), 결합기(220), 고조파 생성기(230), 분광기(240), 출력단(250), 광 집속기(260) 및 광 전송기(270)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 광 출력 장치(100) 에 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따를 경우, 도 2에 도시된 구성요소들 중 일부 구성요소는 생략될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
광원(210)은 광을 생성하고, 1차 증폭하고, 증폭된 광을 광섬유를 통해 빔 광 커플러(221)를 거쳐 결합기(220)로 전송한다. 광원(210)은 레이저 다이오드(211), 증폭기(PAMP)(213), 제 1 아이솔레이터(212) 및 제 2 아이솔레이터(214)를 포함할 수 있다.
레이저 다이오드(211)는 시드 광원으로서 기지정된 파장의 광을 출력할 수 있다. 레이저 다이오드(211)가 광원(210)에 포함되는 경우 레이저 다이오드(211)는 1030 ~ 1100nm 파장의 광을 출력할 수 있으며, 일반적으로 1064nm의 파장을 갖는 광을 출력할 수 있다. 광원(210)은 레이저 다이오드(211) 이외에도 광을 출력할 수 있는 다른 소자로 구현될 수도 있으나, 이하에서는 일 예로서, 광원(210)이 시드 광원으로 가장 대표적으로 이용되는 레이저 다이오드(211)를 포함하는 경우에 대해 개시한다.
증폭기(213)는 레이저 다이오드(211)에서 출력된 광을 증폭하여 출력할 수 있다. 레이저 다이오드(211)에서 출력되는 광의 세기는 약할 수 있다. 따라서 레이저 다이오드(211)에서 출력되는 광을 그대로 결합기(220)로 전송하는 경우, 결합기(220)가 미약한 세기의 입력 광을 필요로 하는 고 에너지로 증폭할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 증폭기(213)는 레이저 다이오드(211)에서 출력된 광을 결합기(220)에서 요구하는 수준의 세기로 증폭할 수 있다. 도 2 에서는 설명의 편의를 위해 하나의 증폭기(213)만을 도시하였으나, 광원(210)는 다단(일 예로 3단)으로 연결되는 복수개의 광섬유 증폭기를 포함할 수 있다.
레이저 다이오드(211)에서 출력되는 광의 세기가 결합기(220)의 입력 요구 레벨에 충분한 레벨인 경우 증폭기(213)는 생략될 수도 있으나, 이 경우에도 안정적인 광을 결합기(220)로 전송하기 위해 증폭기(213)가 추가될 수 있다.
2개의 아이솔레이터(ISO1, ISO2)(212, 214) 각각은 레이저 다이오드(211) 및 증폭기(213)에서 출력되는 광이 일 방향으로 전송되도록 하여, 반사되어 발생할 수 있는 반사광에 의해 장비가 손실되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 제 1 아이솔레이터(212)는 레이저 다이오드(211)에서 출력된 광이 증폭기(213)로 전송되도록 하고, 증폭기(213)에서 반사되는 반사광이 레이저 다이오드(211)로 전달되지 않도록 차단한다. 제2 아이솔레이터(214)는 증폭기(213)에서 출력된 광이 결합기(220)로 전송되는 반면, 결합기(220)에서 발생하는 반사광이 증폭기(213)로 인가되지 않도록 차단한다. 2개의 아이솔레이터(212, 214) 각각은 전송하는 광의 세기에 대응하는 차단 용량을 갖도록 설계될 수 있다.
광 커플러(221)는 광원(210)에서 전송되는 광과 광 전송기(270)를 통해 피드백되어 전송되는 피드백 광(예: 서브광)을 결합하여 전송한다. 광 커플러(221)는 피드백 광을 광섬유의 코어에 집속시킬 수 있다. 광 커플러(221)가 광원(210)에서 출력되는 광을 결합기(220)로 전달하는 광섬유의 코어에 광 전송기(270)에서 전송되는 피드백 광을 직접 집속시키므로, 피드백 광의 세기가 낮은 경우에도 높은 광퇴색 효과를 얻을 수 있다.
광 커플러(221)가 광원(210)와 결합기(220) 사이에 추가됨에 따라 증폭기(213)에서 출력되는 광의 삽입 손실이 발생할 수 있지만, 광 커플러(221)가 삽입되는 것을 고려하여 증폭기(213)가 광을 증폭하도록 증폭기(213)의 증폭도를 조절함으로써, 삽입 손실을 보완할 수 있다.
결합기(220)는 광 커플러(221)에서 인가되는 광을 필요로 하는 레벨로 증폭할 수 있고, 피드백 광과 광원(210)으로부터 수신된 광을 결합할 수 있다. 결합기(220)는 하나 이상의 펌프 광원(PLD)(222)과 결합기(CB)(223) 및 증폭기(224)(예: YDF(Ytterbium(Yb) doped fiber))를 포함할 수 있다.
하나 이상의 펌프 광원(PLD)(222)은 각각 레이저 다이오드(211)에서 출력되는 광의 파장에 대응하는 기설정된 파장의 펌프 광을 생성하여 출력할 수 있다. 여기서 펌프 광은 일 예로 레이저 다이오드(211)에서 출력되는 광의 파장이 1030 ~ 1100nm 인 경우, 910nm ~ 990nm 의 파장을 가질수 있으며, 특히 레이저 다이오드(211)에서 출력되는 광의 파장이 976nm 인 경우, 1064nm 대역의 파장을 가질 수 있다. 하나 이상의 펌프 광원(PLD)(222)의 개수는 출력할 광원의 세기에 비례하여 결정될 수 있다. 레이저 다이오드(211)에서 출력되는 광의 파장에 따른 펌프 광의 파장을 결정하는 방법은 공지된 통상의 방법이 이용될 수 있으며 제한되지 않는다.
결합기(223)는 광 커플러(221)에서 인가되는 광과 하나 이상의 펌프 광원(PLD)(222) 각각에서 인가되는 펌프 광을 결합하여 이득 매질인 YDF로 출력한다.
증폭기(224)(예: YDF: Ytterbium(Yb) doped fiber)는 능동 이득 매질로 동작하는 광섬유로서 결합기에서 인가되는 복수개의 펌프광을 이용하여 광 커플러(221)에서 수신되는 광을 증폭할 수 있다. 증폭기(224)는 고에너지 증폭을 위해 대구경 광섬유로 구현될 수 있다.
고조파 생성기(230)는 결합기(220)에서 증폭된 출력 광에서 제2 고조파(Second Harmonic)를 생성할 수 있다.
고조파 생성기(230)는 결합기(220)에서 증폭되어 인가되는 광을 안정적으로 조사할 수 있도록 하기 위한 종단 캡(EC)(231), 종단 캡(EC)(231)에서 조사된 빔을 집속시키는 제 1 포커스 렌즈(FL1)(232), 집속된 빔을 인가받고 비선형 현상을 이용하여 집속된 빔에서 제2 고조파를 발생시켜 주파수를 배가함으로써, 파장을 1/2으로 줄이는 배가 크리스탈(doubling crystal)(DC)(233), 파장이 절반으로 줄어든 빔을 평행 빔으로 형성하여 레이저 광원을 출력하는 집속 렌즈(CL)(234)를 포함할 수 있다.
이하에서는 레이저 다이오드(211)가 1064nm 파장의 광을 출력하는 경우에 대해 개시한다. 레이저 다이오드(211)가 1064nm 파장의 광을 출력하면, 고조파 생성기(230)의 배가 크리스탈(DC)(233)은 532nm 파장의 광을 생성하여 출력하게 되어, 녹색광을 레이저 광원으로 출력할 수 있다.
분광기(240)는 빔 스프리터(BS)를 이용하여, 고조파 생성기(230)에서 인가되는 532nm 파장의 레이저 광원을 기설정된 비율에 따라 메인 광(283)과 서브 광(282)으로 분리시킬 수 있다. 빔 스프리터(BS)는 인가되는 레이저 광원의 대부분은 메인 광(283)으로 출력단(250)로 전달하고, 분리된 일부를 서브 광(282)으로 광 집속기(260)로 전송한다. 이때 광원(210)에서 광 집속기(260)로 전달되는 서브 광(282)의 비율은 광퇴색을 위해 요구되는 광의 세기를 고려하여 다양하게 조절될 수 있으나, 일 예로 서브 광(282)의 비율은 분광기(240)에서 전송되는 레이저 광원의 10% 이내로 미리 결정될 수 있다.
출력단(250)은 분광기(240)에서 인가되는 메인 광(283)을 출력하기 위한 구성으로 광 출력 장치(100)의 활용 용도에 맞추어 다양한 형태로 구현될 수 있다.
광 집속기(260)는 제 2 포커스 렌즈(FL2)(261)를 구비하여 분광기(240)에서 분리되어 인가되는 서브 광(282)을 광 전송기(270)의 광섬유에 집속시킬 수 있다. 여기서 제 2 포커스 렌즈(FL2)(261)는 배가 크리스탈(DC)(233)에서 주파수 배가된 532nm 파장의 녹색광을 집속하기 위한 구성이므로, 1064nm 파장의 광을 집속하는 제 1 포커스 렌즈(FL1)(232)와는 집속 특성이 상이하게 구성될 수 있다.
광 전송기(270)는 광 집속기(260)에서 집속시킨 광(예: 녹색광)을 광 커플러(221)의 결합기(223)로 피드백하여 인가하는 광 섬유를 포함할 수 있다. 광 전송기(270)는 532nm 파장의 녹색광의 전송 손실을 최소화 할 수 있는 광섬유로 구성될 수 있다.
도 2 에 도시된 광 출력 장치(100)는 레이저 다이오드(211)에서 생성된 광을 증폭하고 배가하여 녹색광을 레이저 광원으로 출력함과 동시에, 레이저 광원을 지정된 비율로 메인 광(283)과 서브 광(282)으로 분리하여, 서브 광(282)을 다시 피드백하고 증폭하도록 구성함으로써, 피드백되고 증폭된 녹색광이 레이저 광원 생성 경로로 전달됨에 따라 광퇴색 효과를 유발할 수 있다.
광 출력 장치(100)의 내부에서 생성된 자기 제 2 고조파를 이용하여 광퇴색 효과를 유발함으로써, 광흑화 현상을 방지할 수 있기 때문에 광 출력 장치(100)는 별도의 장비나 추가 공정없이, 실시간으로 상시적으로 광흑화 현상을 방지할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따라 서브 광(282)을 하나 이상의 펌프 광 및 시드 광과 결합하는 결합기(223)를 이용하여 동작하는 광 출력 장치(100)의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 광원(210), 결합기(220), 고조파 생성기(230), 분광기(240), 출력단(250), 광 집속기(260) 및 광 전송기(270)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 광 출력 장치(100) 에 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따를 경우, 도 3에 도시된 구성요소들 중 일부 구성요소는 생략될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 3에 도시된 광원(210), 고조파 생성기(230), 분광기(240), 출력단(250), 광 집속기(260) 및 광 전송기(270)는 도 2에 도시된 내용을 참조할 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 결합기(220)는 광 커플러(221)를 포함하지 않는다. 도 2에서 광 커플러(221)는 광 전송기(270)를 통해 피드백되어 인가되는 피드백 광을 광섬유의 코어에 집속시킴으로써, 피드백 광의 세기가 낮은 경우에도 높은 광퇴색 효과를 얻을 수 있다. 광 출력 장치(100)는 피드백 광의 세기를 고려 구성될 수 있다.
광원(210)와 결합기(220) 사이에 광 커플러(221)가 배치되는 경우, 광원(210)에서 출력된 광에 삽입 손실이 발생할 수 있다. 광원(210)의 증폭기(213)의 증폭도를 높임으로써, 삽입 손실이 어느 정도 해소될 수 있으나, 삽입 손실을 보충하기 위해서 증폭기(213)를 구성하는 다단 광섬유 증폭기의 단수를 증가시킬 수 있다. 이 경우, 광 출력 장치(100)에 구성이 추가되어 전체적인 크기가 커질 수 있다.
그에 비해, 도 3의 광 출력 장치(100)에서는 결합기(220)는 광 전송기(270)를 통해 피드백되는 피드백 광을 직접 인가받을 수 있다. 결합기(220)는 도 2에서와 마찬가지로, 하나 이상의 펌프 광원(PLD)(222)와 결합기(223) 및 증폭기(224)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 펌프 광원(PLD)(222)은 각각 레이저 다이오드(211)에서 출력되는 광의 파장에 대응하는 기설정된 파장의 펌프 광을 생성하여 출력하며, 레이저 다이오드(211)에서 출력되는 광의 파장이 976nm 인 경우, 1064nm 대역의 파장을 갖는 광을 출력할 수 있다.
결합기(223)는 광원(210)에서 인가되는 광과 하나 이상의 펌프 광원(PLD)(222) 각각에서 인가되는 펌프 광뿐만 아니라, 광 전송기(270)를 통해 피드백된 피드백 광을 결합하여 이득 매질(예: YDF(YDF))로 출력할 수 있다.
일 예에 따른 YDF는 도 2에서와 마찬가지로 능동 이득 매질로서 광섬유로서 고에너지 증폭을 위해 대구경 광섬유로 구현될 수 있으며, 결합기(223)에 인가되는 복수개의 펌프광을 이용하여 광원(210)에서 인가되는 광을 증폭할 수 있다.
결합기(223)가 펌프 광과 함께 피드백 광을 인가받아 광원(210)에서 인가되는 광과 결합하므로, 광원(210)에서 인가되는 광은 곧바로 결합기(223)로 인가되어 삽입 손실이 발생하지 않는다. 반면, 피드백 광을 광 섬유의 코어에 집속시키는 도 2의 경우와 달리 도 3에 도시된 실시 예에서는 피드백 광이 결합기(223)로 인가되므로, 동일한 세기의 피드백 광에 대한 광퇴색 효과가 도 2의 경우에 비해 낮아질 수 있다. 따라서, 광 출력 장치(100)는 광흑화 효과를 방지하기 위해 요구되는 광퇴색 효과를 유발하기 위해서 피드백 광의 세기를 증가시킬 수 있다.
피드백 광의 세기를 증가 시키기 위해서는 분광기(240)는 광원(210)에서 광 집속기(260)로 전달되는 서브 광(282)의 비율을 증가시킬 수 있다. 다만 서브 광(282)의 비율이 증가됨에 따라 메인 광(283)의 세기가 약해질 수 있다. 따라서 광 출력 장치(100)는 분광기(240)가 레이저 광원에서 메인 광(283)과 서브 광(282)을 분리시키는 비율은 그대로 유지하면서 결합기(220)의 증폭도를 증가시켜 피드백 광의 세기를 증가시킬 수 있다. 또한, 광 출력 장치(100)는 결합기(220)의 증폭도를 증가시킴과 동시에 분광기(240)에서 서브 광(282)의 비율을 높여 피드백 광의 세기를 증가시킬 수 있다.
도 3에 도시된 광 출력 장치(100) 또한 광 출력 장치(100)의 내부에서 생성된 자기 제2 고조파를 피드백하여 광퇴색 효과를 유발함으로써, 광흑화 현상을 방지할 수 있으며, 도 2와 달리 광 커플러(221)를 추가로 구비할 필요가 없어 삽입 손실을 발생시키지 않을 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따라 광 출력 장치(100)가 피드백되는 서브 광을 이용하여 출력 광을 갱신하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
단계 S410에서 일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 시드 광을 생성하여 출력한다.
시드 광은 광원에서 출력되는 광으로, 레이저 광을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광원에서 출력되는 시드 광은 기설정된 주파수를 갖는 광일 수 있다. 예를 들면, 시드 광은 파장이 1030 ~ 1100nm인 광일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 다른 예로, 시드 광은 시간의 흐름에 따라 주파수가 달라지는 광일 수 있다.
시드 광은 광 출력 장치(100)에 포함된 내부 광원이 생성한 기설정된 파장의 광을 증폭하여 획득될 수 있다.
단계 S420에서 일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 시드 광을 이용하여 획득한 출력 광으로부터 획득된 메인 광을 출력한다.
일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 시드 광을 이용하여 출력 광을 획득할 수 있다. 예를 들면, 광 출력 장치(100)는 시드 광과, 피드백되어 획득되는 서브 광, 펌프 광 등을 결합 및 증폭하여 출력 광을 획득할 수 있다.
일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 시드 광을 이용하여 획득한 출력 광에 기초하여 메인 광을 출력할 수 있다. 메인 광은 출력 광의 일부를 분리하여 획득될 수 있다. 예를 들면, 광 출력 장치(100)는 분광기를 포함할 수 있으며, 분광기는 출력 광 을 메인 광 및 서브 광으로 분리함으로써, 메인 광과 서브 광을 획득할 수 있다.
단계 S430에서 일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 메인 광을 출력하는 출력단으로 인가되는 출력 광으로부터 메인 광과 서브 광을 획득한다.
일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 메인 광 뿐 아니라 서브 광도 출력할 수 있다. 광 출력 장치(100)는 출력 광으로부터 메인 광과 서브 광을 획득할 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 분광기를 포함할 수 있으며, 분광기는 출력 광을 메인 광 및 서브 광으로 분리함으로써, 메인 광과 서브 광을 획득할 수 있다.
단계 S440에서 일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 피드백된 서브 광과 시드 광을 결합하여 출력함으로써 출력 광을 갱신한다.
일 실시 예에 따른 광 출력 장치(100)는 피드백된 서브 광, 시드 광 및 펌프 광을 결합하고 증폭하여 출력함으로써, 출력 광을 갱신할 수 있다. 서브 광은 피드백되는 광인 피드백 광일 수 있다. 또한, 광 출력 장치(100)출력 광에서 연속적으로 피드백되는 서브 광을 출력 광 생성에 연속적으로 이용함으로써, 메인 광도 연속적으로 갱신할 수 있다.
일 실시 예에 따른 서브 광의 파장은 시드 광의 파장보다 작을 수 있다. 예를 들면, 서브 광(170)의 파장은 시드 광(115)의 파장의 약 1/2일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 광 출력 장치
110: 광원
120: 결합기
130: 분광기
140: 출력단
115: 시드 광
150: 출력 광
160: 메인 광
170: 서브 광
221: 광 커플러
210: 광원
220: 결합기
230: 고조파 생성기
240: 분광기
250: 출력단
260: 광 집속기
270: 광 전송기
211: 레이저 다이오드
213: 증폭기

Claims (10)

  1. 광 출력 장치에 있어서,
    시드 광을 생성하여 출력하는 광원;
    상기 시드 광에 기초하여 출력 광을 출력하는 결합기; 및
    상기 출력 광에 기초하여 메인 광을 출력하는 출력단을 포함하고,
    상기 출력단은,
    상기 출력 광으로부터 상기 메인 광과 서브 광을 분리하고, 상기 서브 광을 상기 결합기로 피드백하는 분광기를 포함하고,
    상기 결합기는,
    피드백된 상기 서브 광과 상기 시드 광을 결합하여 상기 출력 광을 갱신하고,
    상기 분광기는,
    기 설정된 비율에 따라, 상기 출력 광을 상기 메인 광과 상기 서브 광으로 분리하고,
    상기 비율은, 광퇴색 현상을 위해 요구되는 상기 서브 광의 세기를 고려하여 설정되고,
    광퇴색 현상을 위해 요구되는 상기 서브 광의 세기를 고려하여, 상기 결합기에서 출력된 출력 광을 증폭하는 증폭기를 더 포함하는, 광 출력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합기는 피드백된 상기 서브 광과 상기 시드 광을 결합하는 광 커플러를 포함하는, 광 출력 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합기는 피드백된 상기 서브 광, 상기 시드 광 및 하나 이상의 펌프 광을 결합하여 상기 출력 광을 갱신하는, 광 출력 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 광원에 포함된 내부 광원으로 반사광이 인가되지 않도록 차단하는 하나 이상의 아이솔레이터를 포함하는, 광 출력 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광원은
    상기 내부 광원에서 생성된 기설정된 파장의 광을 증폭하여 출력함으로써 상기 시드광을 출력하는, 광 출력 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 광의 파장은 상기 시드 광의 파장보다 작은, 광 출력 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭기는 YDF(Ytterbium(Yb) Doped Fiber)를 포함하는, 광 출력 장치.
  9. 삭제
  10. 광 출력 장치가 광을 출력하는 방법에 있어서,
    시드 광을 생성하여 출력하는 단계;
    상기 시드 광에 기초하여 출력 광을 출력하는 단계; 및
    상기 출력 광에 기초하여 메인 광을 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 메인 광을 출력하는 단계는,
    상기 출력 광으로부터 상기 메인 광과 서브 광을 분리하고, 상기 서브 광을 피드백하는 단계를 포함하고,
    상기 출력 광을 출력하는 단계는,
    피드백된 상기 서브 광과 상기 시드 광을 결합하여 상기 출력 광을 갱신하는 단계를 포함하고,
    상기 메인 광을 출력하는 단계는,
    기 설정된 비율에 따라, 상기 출력 광을 상기 메인 광과 상기 서브 광으로 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 비율은, 광퇴색 현상을 위해 요구되는 상기 서브 광의 세기를 고려하여 설정되고,
    상기 출력 광을 출력하는 단계는,
    광퇴색 현상을 위해 요구되는 상기 서브 광의 세기를 고려하여, 상기 출력 광을 증폭하는 단계를 포함하는, 방법.
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