KR102103867B1 - 고출력 공간필터 - Google Patents

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Abstract

개선된 고출력의 특수 필터, 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 상기 시스템에서, 광섬유는 패럴 채널 구조 내부에 배치되고, 채널 구조는 집속 렌즈 시스템과 정렬된다. 광섬유의 단부는 집속 렌즈 시스템을 마주하는 채널 개구로부터 거리 D에 있고, D는 시스템의 개구수 인수와 광섬유의 클래딩 두께에 의해 결정된다.

Description

고출력 공간필터{HIGH POWER SPATIAL FILTER}
본 발명은 자유 공간을 통해 전파하는 레이저광으로부터 개구수("NA")가 높은 광선을 필터시키도록 동작하는 광학 시스템에 관한 것이다.
현재 산업적 요건을 충족시키기 위해, 일반적으로 고체 및 광섬유 레이저를 포함한 레이저들이 더욱더 강력해 지고 있다. 그러나, 레이저 광의 품질을 떨어뜨리지 않으면서도 높은 광출력이 종종 얻어져야 한다. 광섬유 레이저 시스템의 다양한 구성들에서는 자유 공간을 통한 레이저 광의 전파가 통상적이다. 예컨대, 아이솔레이터, 서큘레이터 등과 같은 광섬유 레이저 시스템의 피그테일형 광학 구성요소들은 자유 공간을 통해 전파하는 광을 필요로 하는 광경로 스트레치(stretch)들로 구성된다. 자유 공간을 통한 광 전파를 필요로 하는 또 다른 광학 구성은 대표적으로 펌프 소스로서 동작하는 레이저 다이오드 모듈을 포함한다. 레이저 다이오드 모듈은 대표적으로 각각의 빔들을 방출하는 복수의 레이저 다이오드들을 갖는다. 빔들은 펌프 광을 광섬유 이득 블록으로 더 가이드하는 다중모드("MM") 전송 광섬유의 입구 꼭지에 더 조준되고 집속된다.
통상적으로, 그리고 특히, 레이저 다이오드 모듈이 레이저 광을 방출할 수 있는 광섬유 레이저 시스템용 펌프로서 기능할 때 집속된 광을 광섬유에 결합시키는 것이 중요하다. 일반적으로, 다양한 산업에서 목격된 발전으로 고품질의 레이저 빔을 갖는 고출력의 레이저 빔이 요구된다.
이 요건을 충족하는 것은 대표적으로 하나 또는 다수의 다이오드 펌프 모듈을 포함한 소위 고출력 광섬유 레이저 시스템이다. 그런 후 발생된 펌프 광은 하나 또는 다수의 이득 블록들에 결합된다. 이득 블록은 실질적으로 소정의 파장에서 기본모드("FM")만을 지지하도록 구성된 다중모드("MM") 코어를 대표적으로 갖는 액티브 광섬유로 구성된다. 액티브 광섬유의 각각의 대향 단부들에 결합된 입출력 단일모드("SM") 패시브 광섬유는 대표적으로 이득 블록의 광섬유 유닛을 완성한다.
고출력 레이저 시스템용 펌프 레이저 다이오드 모듈은 피그테일형 광학요소, 즉, 광섬유가 결합되는 요소로서 구성된다. 따라서, 복수의 이미터들로부터 집속된 MM 광은 정의에 따라 가장 강력한 기본모드를 포함한 다수의 횡모드를 지원하는 MM 패시브 광섬유에 결합된다. 모드는 주어진 출력에 "필적한다". MM 패시브 광섬유에 실행된 매우 많은 HOMs들로 인해, 기본모드의 출력이 낮아진다.
전송된 기본모드의 출력손실은 상술한 고출력 광섬유 레이저 시스템의 전반적 효율에 크게 영향을 끼친다. 따라서, MM에 의해 전송된 기본모드가 최대로 강력한 것이 바람직한데, 이는 HOMs의 개수를 줄임으로써 달성될 수 있다.
여기된 HOMs의 개수에 영향을 주는 여러 가지 요인들이 있다. 예컨대, MM 패시브 광섬유에 집속된 광의 결합 공정 동안, 대부분의 광들이 MM 코어에 입사한다. 이런 광은 기본모드와 몇 개의 중앙 HOMs가 주로 차지한 광섬유의 코어영역 주위로 정렬된 광출력의 강도로 중앙 코어모드를 우세하게 여기시킨다.
그러나, 각각의 큰 개구수를 갖는 몇몇 레이저 광선들, 즉, 광섬유의 광축에 대해 상대적으로 큰 각으로 전파하는 광선들은 MM 코어로부터 벗어나고 MM 코어와 잘 정렬되지 않는다. 이런 스트레이광은 코어/클래딩 인터페이스 및 광섬유의 클래딩 모드를 따라 일반적으로 전파하는 상당 부분의 주변 코어 HOM을 여기시킬 수 있다. 이들 주변 HOM은 또한 기본모드의 품질과 출력을 저하시키고, 또한 환경적 위험을 나타내는 광섬유 외부에 종종 결합되는 경향이 있다. 특히, 광섬유 그 자체에 회복할 수 없는 손상을 종종 초래하는 기계적 스트레스로부터 광섬유를 보호하는 보호 폴리머층이 쉽게 손상될 수 있다. 또한, 아웃커플링 광은 광학 시스템의 다른 광학 구성요소들에 위험하다.
통상 개구 조리개 또는 다이어프램이 광섬유에 입사로부터 스트레이 레이저광을 필터하기 위해 사용된다. 이 직접적인 포워드 방안은 일반적으로 규칙적인 자유 공간의 광학에 잘 맞다. 그러나, 고출력 펌프 모듈과 관련된 마이크로 광학에서, 개구 조리개는 다루기가 더 어렵다. 그러므로, 광섬유 축에 대한 정렬 및 마우팅시 고정밀도 요건이 항상 충족될 수 없다. 마우팅시 고정밀도가 충족될 수 없을 경우 차례로 대량 생산을 위한 레이저 모듈의 신뢰도와 재현성을 떨어뜨린다.
상술한 바람직하지 못한 결과를 야기하는 주변 모드의 여기는 펌프 광 전송 시스템에 유일하게 국한되지 않는다. 광섬유 레이저 시스템은 종종 자유 공간을 통해 조준된 광이 전파하고 그런 후 광섬유에 결합되는 광경로의 스트레치들을 갖는다. 예컨대, 말단 블록은 조준 렌즈를 갖거나 다수의 연속적 고출력 광섬유 레이저 시스템은 아이솔레이터, 서큘레이터, 및 종종 광이 광섬유에 결합되기 전에 자유 공간 스트레치들로 구성된 다른 벌크 구성요소들을 포함한다. 많은 예에서, 광섬유를 통한 광전파의 결합은 펌프광 전송 시스템에 대해 상술한 바와 같은 동일한 문제들이 있을 수 있다.
따라서, 자유 공간을 통해 이동하는 MM광을 수신하는 패시브 MM 광섬유에서 주변 및 클래딩 HOMS의 여기를 최소화하는 향상된 방법에 대한 필요가 있다.
향상된 방법을 실행하는 광학 시스템에 대한 필요도 또한 있다.
개시된 광학 시스템은 상술한 요구를 만족한다. 특히, 시스템은 자유 공간을 통해 더 전파하고 집속형 광 구성요소에 입사하는 광을 방출하는 광소스로 구성된다. 집속된 광은 구성요소와 정렬된 광섬유에 더 입사하고, 구성요소의 광학 축에 대해 각각의 각들로 뻗어 있는 작고 많은 NA 광들을 포함한다.
광섬유에 입사하는 광으로부터 큰 개구수의 스트레이광 광선을 필터함으로써 더 높은 고 클래딩 모드의 여기를 줄이는 향상된 방법이 하기에 개시되어 있다.
이는 광섬유의 상류꼭지가 채널의 개방 에지로부터 떨어져 안쪽으로 이격되어 있는 광섬유 팁을 패럴 채널(ferule channel) 내부에 배치함으로써 구현된다. 높은 NA 광선을 수렴시킴으로써 닿게 되는 페럴의 단부는 높은 반사성 코팅재료층, 가령 입사한 높은 NA 광선을 반사시키고 따라서 광섬유의 코어에 결합을 방지하는 유전체 재료층 또는 금속 재료층으로 코팅된다.
광섬유에 입사한 광에 대한 광섬유 면에서 광결합 교차점에서 페럴 채널의 개구 단부까지의 거리는 이제 하기의 공식: D=t/tan(arcsin(NA/n))으로 결정되는 것으로 이해되며, 여기서 D는 개구 가장자리로부터 페럴 채널로의 광섬유 면의 깊이이고, t는 광섬유의 클래딩 영역의 두께이며, NA는 소정의 개구수이고, n은 입사 광섬유 면으로 광이 지나는 매질의 굴절률이다.
간단한 설계의 개선으로, 개구 조리개를 마운팅 및 정렬할 필요가 없어지며, 이는 레이저 다이오드 펌프 시스템의 신뢰성을 높일 뿐만 아니라 레이저 다이오드 펌프 시스템의 전체 제조비용을 줄인다.
본 발명의 상기 및 다른 태양, 특징 및 이점은 첨부도면과 연계해 하기의 상세한 설명을 읽음으로써 명백해지며, 동일한 참조부호는 동일한 요소를 나타낸다.
본 발명의 내용에 포함됨.
도 1은 광섬유 광학에서 고출력 레이저 다이오드 펌프 모듈에서 전체 레이저 광을 도식으로 도시한 것이다.
도 2는 레이저 광섬유 광학에서 광섬유에 입사로부터의 스트레이광선을 줄이기 위한 레이저 광결합에 있어 종래 메카니즘의 도식적 횡단면도이다.
도 3은 본 출원에 따라 광섬유 광학에서 레이저 다이오드 펌프 모듈에 대한 개선된 레이저 광결합 메카니즘의 도식적 단면도이다.
도 4는 본 출원에 따른 예시적인 향상된 고출력 레이저 다이오드 펌프 모듈의 레이저 광결합 프로세스의 교차 구조의 분해도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 레이저 결합 메카니즘에 대한 일실시예의 개략도이다.
본 발명의 실시예를 상세히 참고할 것이다. 가능하면, 동일하거나 유사한 부분 또는 단계를 언급하기 위해 동일하거나 유사한 참조부호가 도면 및 설명에 사용된다. 도면은 간단한 형태로 있으며 정확한 비율을 따르지 않는다. 단지 편의 및 간략히 하기 위해, 방향(위/아래 등) 또는 운동(전/후) 용어들은 도면을 참조로 사용될 수 있다. 이들 및 유사한 방향 용어들은 임의의 방식으로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
광섬유는 사람 머리카락보다 훨씬 더 넓지않은 유리 실리카로 만들어진 가요성이 있고, 투명한 광섬유이다. 광섬유는 일반적으로 낮은 굴절률을 갖는 투명한 클래딩 재료에 의해 둘러싸인 투명 코어를 포함한다. 전반사에 의해 광이 코어에 유지된다. 코어가 많은 전파 횡경로를 지지하는 광섬유들을 다중모드("MM") 광섬유라 하는 반면, 하나의 모드만을 지지하는 광섬유를 단일모드("SM") 광섬유라 한다. SM 광섬유는 고품질이나 스팟 크기가 작은 상대적으로 저출력의 광빔을 방출한다. MM 광섬유는 일반적으로 SM 광섬유보다 코어 직경이 더 크고, 고출력이 전송되어야 하나 빔 품질 요건이 SM 광섬유에 대한 품질 요건 보다 약간 덜 엄격한 애플리케이션에 사용된다. 따라서, 레이저빔에 대한 출력 및 품질 요건 모두가 높다면, 몇 개의 HOMs만을 지지하는 MM 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
모드의 여기는 무엇보다도 개구수("NA")를 포함한 다양한 요인들에 따른다. NA는 한 점에 대해 광섬유에 수용되거나 광섬유를 나가는 광의 콘(cone)을 기술하기 위해 광섬유 광학에 통상적으로 사용되며,
NA = nsinθ,
여기서, n은 렌즈가 작동하는 매질의 굴절률이고, θ는 상기 점으로부터 광섬유에 입사하거나 나갈 수 있는 광의 최대 콘의 반각(半角)이다.
도 1을 참조하면, 광원, 예를 들어 펌프 소스로서 기능하는, 가령 레이저 다이오드 모듈을 포함한 전반적인 광결합 프로세스(100)가 기술되어 있다. 여러 이미터들로부터 평행 레이저 빔들(101)이 각각의 다른 각들 또는 NA들이 렌즈 시스템의 초점에 수렴하는 광선(102)으로 상기 빔들을 굽히도록 구성된 집속형 렌즈 시스템(120)에 입사한다. MM 패시브 광섬유(160)는 일반적으로 상류 단부가 실질적으로 렌즈 시스템(120)에 의해 형성된 MM 빔의 레이리 영역에 위치되도록 패럴에 마운팅된다. 시스템(120)의 집속 프로세스 후, 상대적으로 NA(102)가 작은 휘어진 광선은 기본적이며 수 개의 고차 코어모드로 광섬유(160)의 코어에 우세하게 동작하게 결합되고, 레이저 광(103)으로서 전파한다. 그러나, 스트레이광선(104), 즉, 일반적으로 추가 고차 코어모드 및 클래딩모드(105)를 여기시키는 광섬유(160)의 축에 대해 개구수가 더 크거나 각이 더 큰 광선은 광섬유에 결합이 차단된다. 이들 추가 HOM 코어와 클래딩모드는 광섬유(160)의 보호층에 결합될 수 없고 가열시켜 온도를 높이는데, 이는 버닝(burning)을 야기하고 또한 다른 시스템 구성요소들에 악영향을 줄 수 있다.
도 2를 참조하면, 종래적으로 개구 조리개(170)가 집속 렌즈 시스템(120)에 입사로부터 큰 각도로 휜 각각의 이미터들에서 나온 주변 빔들을 차단하도록 광집속 경로에 추가되며, 낮은 NA 이동 광선(102)들로 더 휘어진 이들 빔들만이 개구를 통과해 광섬유(160)에 결합되어, 클래딩모드 광선 및 고차모드 광선의 양을 줄인다. 이는 규칙적인 자유공간 광학에 효과적인 "고전적인" 직접적인 방법이다. 마이크로-광학을 다룰 경우, 고출력 펌프모듈용 집속식 광학 시스템의 경우에서처럼, 이 방법은 직접적인 방식에서처럼은 아닐 수 있다. 매우 종종, 정렬 및 마운팅 방법의 선택으로 인해, 시스템의 광축에 대한 개구 조리개의 센터링이 어려울 수 있고 대용량 생산환경에서는 재현될 수 없다.
도 3을 참조하면, 고출력 레이저 다이오드 펌프모듈로부터 광섬유(160)로의 광결합에 대해 향상된 메카니즘(300)이 횡단면도로 도시되어 있다. 광섬유(160)는 페럴(150)의 단부가 고굴절률 재료층으로 코팅된 페럴 채널(150) 내부에 배치되어 있다. 도 2에 도시된 개구 조리개(170)가 제거되나, 표류하는 높은 NA 광선들(104)이 대신 패럴(150)의 정면 단부에 의해 광섬유(160)에 입사로부터 멀리 반사된다. 이 개선은 광섬유 축과 개구 조리개를 정렬시킬 필요성을 없앤다; 대신 페럴 채널 내부에 광섬유의 배치가 크게 재현될 수 있고 고정확도로 제어될 수 있다.
도 4는 도 3의 영역(400)의 분해 조립도이다. 입사광이 직면하는 페럴(150)의 하나 이상의 단면들은 고굴절률 재료층(151), 가령, 유전체 재료층 또는 금속층으로 코팅되어 있다. 광섬유(160)는 상류 단부가 집속된 빔의 레이리 영역을 따라 놓인 페럴 채널(150) 내에 배치된다. 광섬유의 상류 단부가 패럴 채널(150)의 상류 단부로부터 이격되어 있는 특정 거리 "D"는 광선광학 접근법 또는 파동광학 접근법을 기초로 소정의 NA에 대해 결정된다.
광선광학을 참조로 거리 "D"는 다음과 같이 결정될 수 있다: 광섬유(160)의 클래딩은 두께 "t"를 갖는다고 가정하자. 표류하는 높은 NA 광선(104)은 패럴 채널(150)의 단부에 의해 차단되고 반사되므로, 광섬유(160)에 입사한 높은 NA 광선(102')의 양은 깊이 "D"에 대해 역(逆)관계이다. "D"가 더 깊으면, MM 패시브 광섬유(160)의 입구 꼭지는 패럴 채널 내부에 더 위치되어, 이로써 광섬유의 클래딩 및/또는 클래딩-코어 인터페이스에 입사할 수 있는 스트레이광선의 개수를 줄인다. 주어진 타겟 개구수("NA") 및 알려진 클래딩의 두께(t)에 대해, 상술한 바와 같이, 소정의 거리 "D"가 결정될 수 있다.
HOMs의 발생을 막기 위해, 높은 NA 광선들(102')이 코어(140)에 결합하는 것을 막아져야 한다. 따라서, 타겟각 "φ"을 알면, 다음의 식에 따라 거리 "D"를 결정할 수 있다:
tanφ = t/D.
위의 관계 식으로부터, 거리 "D"는 다음과 같이 결정될 수 있다:
D = t/tanφ.
"φ" 각은 다음과 같이 결정된다:
φ = arcsin(NA/n)
여기서, n은 공기의 굴절률이고 따라서 1과 같고, NA는 소정의 타겟 NA이다.
상기로부터, 다음과 같이 된다.
D = t/tan(arcsinNA)
여기서, D는 광섬유의 입구 꼭지가 패럴 채널의 개구 에지로부터 위치된 거리이고, t는 광섬유의 클래딩 두께이다. 따라서, 소정의 타겟(NA)에 대해, 가령, 0.135 및 t=10㎛에 대해, 광섬유의 입구 꼭지는 패널 채널 개구 단부로부터 거리 D=73㎛에 있는 것이 요구된다. D는 쉽게 계산될 수 있고 정확히 제어될 수 있다. 이 개선은 비용이 덜 들면서 고출력 레이저 다이오드 펌프모듈이 고정확도, 고재현성 및 자동화로 제조되게 할 수 있다. 파동광학 관점에서, 필요한 깊이는 상술한 바와 동일한 결과를 가져오는 집속된 빔의 레이리 영역 내에서 빔 웨이스트 계산으로 구해질 수 있다.
도 5는 페럴(150)의 단부 코팅면(170)의 변형을 도시한 것이다. 도 4를 참조로, 페럴의 단부면의 꼭지는 광섬유의 축 A-A에 실질적으로 수직하게 확장된 면으로 뻗어 있다. 이 구성에서, 후면반사 광선들이 집속 구성요소들에 입사되어 이들 및 다른 상류 구성요소들에 치명적일 수 있는 온도 상승을 야기하는 열관련 문제가 일어날 수 있다. 이런 바람직하지 못한 후면반사를 방지하기 위해, 코팅된 단부면(170)은 전반적으로 원추형으로, 반사광선(180)이 상류 구성요소들에 부딪히지 않는 각도로 입사하는 높은 NA 광선들(104)을 반사한다.
상술한 구조는 고출력의 밝은 MM 광을 방출하는 레이저 다이오드 모듈로서 구성되는 광원과 더불어 개시되어 있다. 그러나, 레이저 기술의 당업자에 쉽게 인식되는 바와 같이, 광원은 가령 광섬유, 조준기 및 기타를 포함한 다양한 구성들을 가질 수 있다.
첨부도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들 중 적어도 하나를 기술하였으나, 본 발명은 이들 정확한 실시예들에 국한되지 않고 다양한 변형 및 변경들이 본 발명의 기술사상과 범위로부터 벗어남이 없이 현재 개시된 시스템에서 이루어질 수 있음이 당업자들에 명백할 것이다. 따라서, 본 개시는 특허청구범위 및 이들의 균등물의 범위 내에 있다면 이 개시의 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도되어 있다.

Claims (20)

  1. 집속된 빔이 많아야 타겟 NA와 같은 작은 개구수("NA")의 광선들을 포함한 각 범위 및 타겟 NA와 적어도 같은 높은 NA 광선들을 포함한 또 다른 각 범위에서 축을 향해 수렴하는 복수의 광선들을 포함하도록 입사된 빔을 집속하도록 구성된 집속 구성요소;
    내부 중앙 채널을 정의하는 내부면을 갖는 패럴; 및
    패럴의 말단에 공극을 형성하도록 광섬유의 상류 단부가 기설정된 거리 "D"로 패럴의 상류 단부로부터 안쪽으로 이격된 중앙 채널에 배치되고 중앙 채널과 동축으로 뻗어 있는 광섬유를 구비하고,
    실질적으로 단지 작은 NA 광선들만이 말단에 입사하고 광섬유의 코어와 결합되고, 높은 NA 광선은 패럴의 상류 단부로부터 반사되는 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    패럴의 상류 단부의 말단면은 반사재료층으로 코팅되는 광학 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    반사재료는 유전체 또는 금속 또는 세라믹 또는 이들의 조합을 포함하는 광학 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 패럴 및 광섬유의 상류 단부는 하기의 관계식:
    D = t/tan(arcsinNA)
    에 따라 결정된 거리 D로 서로 이격되어 있고,
    NA는 타겟 NA이고, t는 광섬유 클래딩의 두께이며, n은 1인 주변 공기의 굴절률인 광학 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    결정된 거리 D로 이격된 광섬유의 상류 단부는 집속된 빔의 레이리 영역내에 놓이는 광학 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    집속 구성요소에 입사한 각각의 실질적으로 나란한 출력 빔들을 출력하는 복수의 광 이미터들로 구성된 고출력 레이저 다이오드 모듈을 포함한 광원을 더 포함하고, 집속 구성요소는 집속렌즈인 광학 시스템.
  7. 집속 렌즈에 의해 광빔을 축으로 수렴시킴으로써, 많아야 타겟 NA와 같은 상대적으로 작은 개구수("NA")의 광선들을 복수의 광선들에 그리고 타겟 NA와 적어도 같은 상대적으로 큰 NA 광선들을 복수의 광선들에 제공하는 단계;
    페럴의 말단에 공극을 형성하도록 다중모드 광섬유를 패럴에 삽입하는 단계; 및
    서로에 대해 기설정된 거리 "D"로 패럴과 렌즈를 서로에 대해 배치함으로써, 실질적으로 각각의 작은 NA를 갖는 광선들만을 광섬유의 코어에 결합시키는 반면, 주변 코어와 클래딩의 고차모드 여기를 최소화하도록 패럴의 말단면으로부터 각각 상대적으로 큰 NA를 갖는 광선들을 반사시키는 단계를 포함하는 다중모드 광섬유에 광빔을 결합시키는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    집속렌즈와 광섬유가 정렬되는 다중모드 광섬유에 광빔을 결합시키는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    패럴의 말단면은 큰 굴절률층으로 코팅되는 다중모드 광섬유에 광빔을 결합시키는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    고굴절률 재료는 유전체 재료 또는 금속 또는 세라믹 중 어느 하나인 다중모드 광섬유에 광빔을 결합시키는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    기설정된 거리 "D"는
    D = t/tan(arcsinNA/n)
    로 결정되고, NA는 소정의 개구수이고, t는 광섬유 클래딩의 두께인 다중모드 광섬유에 광빔을 결합시키는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    말단면이 축에 실질적으로 수직하게 뻗어 있는 면에 놓이는 다중모드 광섬유에 광빔을 결합시키는 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    말단면은 광학 구성요소에 입사한 높은 NA 광선을 반사하도록 광학 구성요소로부터 확장되는 전반적인 원추형 형태를 갖는 다중모드 광섬유에 광빔을 결합시키는 방법.
  14. 광경로를 따라 각각의 실질적으로 평행한 빔들을 출력하는 복수의 이미터들;
    기준치보다 더 작고 상대적으로 낮은 NA 광선들에 해당하는 각 범위 및 기준치보다 크고 상대적으로 높은 NA 광선들에 해당하는 또 다른 각 범위에 있는 평행한 빔들에 의해 부딪히고 상기 빔들을 수렴시키도록 동작하는 집속렌즈;
    집속 렌즈와 정렬된 경계 지어진 내부 중앙 채널을 정의하는 채널 구조; 및
    채널 구조 내부에 마운팅되고, 상류 단부가 채널 구조의 상류 단부로부터 하류로 이격되어 상대적으로 큰 NA 광선들이 채널 구조의 상류 단부의 말단면으로부터 반사되는 반면, 상대적으로 낮은 NA 광선들은 광섬유의 코어에 결합되어 낮은 번호의 모드들을 여기시키는 광학 다중모드 광섬유를 포함하는 고출력 레이저 다이오드 펌프모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    말단면은 고굴절률 재료층으로 코팅되는 고출력 레이저 다이오드 펌프모듈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    고굴절률 재료는 유전체 재료 또는 금속 또는 세라믹 재료 또는 이들의 조합 중 어느 하나인 고출력 레이저 다이오드 펌프모듈.
  17. 제 14 항에 있어서,
    각각의 채널 구조와 광섬유의 상류 단부는 D = t/tan(arcsinNA)로 정해진 거리 D로 이격되고, 여기서, NA는 기준값이고, t는 광섬유 클래딩의 두께인 고출력 레이저 다이오드 펌프모듈.
  18. 제 14 항에 있어서,
    광섬유의 상류 단부는 수렴된 빔의 레이리 영역 내에 위치된 고출력 레이저 다이오드 펌프모듈.
  19. 제 14 항에 있어서,
    말단면은 실질적으로 축에 수직하게 뻗어 있는 면에 놓이는 고출력 레이저 다이오드 펌프모듈.
  20. 제 14 항에 있어서,
    말단면은 광학 구성요소로부터 멀리 떨어져 광학 구성요소에 입사한 높은 NA 광선을 반사하도록 광학 구성요소로부터 확장되는 전반적인 원추형 형태를 갖는 고출력 레이저 다이오드 펌프모듈.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6743410B2 (ja) * 2016-02-24 2020-08-19 セイコーエプソン株式会社 量子干渉装置、原子発振器および電子機器
JP6267773B1 (ja) * 2016-11-16 2018-01-24 株式会社フジクラ レーザモジュール
JP6775394B2 (ja) * 2016-11-24 2020-10-28 三菱電線工業株式会社 光コネクタ構造
WO2018105453A1 (ja) * 2016-12-06 2018-06-14 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 調芯方法
CN110036320B (zh) * 2016-12-12 2020-10-30 松下知识产权经营株式会社 光纤耦合装置
CN109038213A (zh) * 2018-10-24 2018-12-18 江苏天元激光科技有限公司 一种高功率半导体激光器聚焦输出结构
CN112925065B (zh) * 2019-12-05 2022-08-30 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 一种光纤空间滤波器
CN115166906A (zh) * 2022-09-05 2022-10-11 度亘激光技术（苏州）有限公司 光学模块
WO2024095556A1 (ja) * 2022-11-02 2024-05-10 株式会社フジクラ ファイバ保持構造及びレーザモジュール

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006235245A (ja) * 2005-02-24 2006-09-07 Kyocera Corp フェルール型光部品とそれを用いた光モジュール
JP2009265392A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Hitachi Cable Ltd 光送信器

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04301810A (ja) * 1991-03-29 1992-10-26 Nec Corp 光半導体アレイモジュール
US5243681A (en) * 1992-04-13 1993-09-07 Amp Incorporated Aperture disk attenuator for laser diode connector
US5346583A (en) * 1993-09-02 1994-09-13 At&T Bell Laboratories Optical fiber alignment techniques
JPH0792348A (ja) * 1993-09-21 1995-04-07 Toshiba Corp 光ファイバーへのレーザ光入射装置
US5812729A (en) * 1995-07-21 1998-09-22 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. Very high numerical aperture light transmitting device
US5734766A (en) * 1996-05-03 1998-03-31 Laser Power Corporation High efficiency fiber optic coupler that reduces beam divergence
US5751869A (en) * 1996-08-08 1998-05-12 Cogent Light Technologies, Inc. Optical system for coupling light from a single fiber optic into a fiber bundle
US6504975B1 (en) * 1998-09-17 2003-01-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Coupling lens and semiconductor laser module
JP2000314831A (ja) * 1999-04-30 2000-11-14 Seikoh Giken Co Ltd 楔形レンズ付き光ファイバ
JP2002131589A (ja) * 2000-10-26 2002-05-09 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光源−光ファイバ結合器
US6948862B2 (en) * 2002-02-22 2005-09-27 Brown Joe D Apparatus and method for coupling laser energy into small core fibers
JP2004133299A (ja) * 2002-10-11 2004-04-30 Seiko Instruments Inc 光モジュール
JP2004177937A (ja) * 2002-11-11 2004-06-24 Yazaki Corp フェルール及び光結合構造
US7525659B2 (en) * 2003-01-15 2009-04-28 Negevtech Ltd. System for detection of water defects
JP2004233885A (ja) * 2003-01-31 2004-08-19 Fuji Photo Film Co Ltd レーザモジュールおよびその製造方法
JP2007067271A (ja) * 2005-09-01 2007-03-15 Fujifilm Corp レーザモジュール
US7306376B2 (en) * 2006-01-23 2007-12-11 Electro-Optics Technology, Inc. Monolithic mode stripping fiber ferrule/collimator and method of making same
JP4741534B2 (ja) * 2006-04-21 2011-08-03 富士フイルム株式会社 光デバイス
US7509004B2 (en) * 2006-10-31 2009-03-24 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Apertured fiber optic stub for control of multi-mode launch condition
JP2008268755A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 Fujifilm Corp 光モジュール
US8622625B2 (en) * 2009-05-29 2014-01-07 Corning Incorporated Fiber end face void closing method, a connectorized optical fiber assembly, and method of forming same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006235245A (ja) * 2005-02-24 2006-09-07 Kyocera Corp フェルール型光部品とそれを用いた光モジュール
JP2009265392A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Hitachi Cable Ltd 光送信器

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