KR102217904B1

KR102217904B1 - Optical Fiber Bragg Grating, High Power Optical Fiber Laser Having Optical Fiber Bragg Grating and Apparatus for Manufacturing Optical Fiber Bragg Grating

Info

Publication number: KR102217904B1
Application number: KR1020180149196A
Authority: KR
Inventors: 한수욱; 장형식
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2021-02-19
Also published as: KR20200063486A

Abstract

광섬유 격자, 이를 포함하는 고출력 광섬유 레이저 및 광섬유 격자 제조장치를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광섬유 격자 제조장치에 의해 광섬유의 길이 방향을 따라 제1 광섬유 격자 어레이가 형성되어 있으며, 상기 제1 광섬유 격자 어레이 내의 단위 광섬유 격자들은 기 설정된 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자를 제공한다.Disclosed is an optical fiber grating, a high-power fiber laser including the same, and an apparatus for manufacturing an optical fiber grating.
According to an embodiment of the present invention, a first optical fiber grating array is formed along a length direction of an optical fiber by an optical fiber grating manufacturing apparatus, and unit optical fiber gratings in the first optical fiber grating array are arranged at predetermined intervals. It provides an optical fiber grating characterized.

Description

Optical Fiber Bragg Grating, High Power Optical Fiber Laser Having Optical Fiber Bragg Grating and Apparatus for Manufacturing Optical Fiber Bragg Grating}

본 발명은 고출력 광섬유 레이저에 적용하기 위한 높은 반사율을 갖는 광섬유 격자 및 이를 제조할 수 있는 제조장치에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 상기 광섬유 격자를 포함하는 광섬유 레이저에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber grating having a high reflectivity for application to a high-power fiber laser and a manufacturing apparatus capable of manufacturing the same. Further, the present invention relates to an optical fiber laser comprising the optical fiber grating.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information on the present embodiment and does not constitute the prior art.

레이저(Laser)는 전자가 광자를 방출할 수 있도록 적절한 에너지를 공급하며, 거울과 같은 반사체를 이용하여 광자를 여러 번 반사시킴으로써 레이저 광을 발생시키는 광원이다. Laser is a light source that supplies appropriate energy so that electrons emit photons, and generates laser light by reflecting photons several times using a reflector such as a mirror.

이러한 레이저는 광통신 분야의 약진, 산업용 레이저에 대한 시장 및 수요 증가, 의료용 응용 기기에 대한 꾸준한 성장을 배경으로 지속적인 성장을 거듭하고 있다. These lasers continue to grow on the background of the advancement in the optical communication field, the increase in the market and demand for industrial lasers, and the steady growth in medical applications.

현재, 광통신 분야에서는 반도체 레이저와 광섬유 레이저가 주로 사용되고 있다. 반도체 레이저는 제조 단가가 저렴하고 대량 생산이 용이할 뿐만 아니라 체적이 작아 소형화가 가능하고, 수 mA의 전류만 흘리면 레이저 광이 발진된다는 장점이 있다. 그러나 반도체 레이저는 10W 이상의 단일 모드 고출력을 얻기가 쉽지 않고, 크기가 매우 작아 회절 효과가 두드러져 지향성이 좋지 않다. 이에 따라, 반도체 레이저는 2차적인 광신호 처리를 거쳐 출력광의 특성을 향상시키기 위한 별도의 단계가 필요하다는 단점이 있다.Currently, semiconductor lasers and fiber lasers are mainly used in the optical communication field. Semiconductor lasers have the advantage of being inexpensive in manufacturing cost, easy mass production, small volume, and miniaturization, and that laser light is oscillated when only a few mA of current is passed. However, the semiconductor laser is not easy to obtain a single mode high power of 10W or more, and the size is very small, so the diffraction effect is remarkable and the directivity is poor. Accordingly, the semiconductor laser has a disadvantage in that a separate step is required to improve the characteristics of output light through secondary optical signal processing.

한편, 광섬유 레이저는 광섬유 내에 어븀(Er)이나 이터븀(Yb)과 같은 희토류 물질이 첨가된 특수 광섬유를 이득 매체(Gain Medium)로 사용한다. 일반적인 광섬유 레이저는 펌프광을 이용하여 희토류 물질이 첨가된 코어에 광원을 조사한다. 그러나 코어는 단면적이 좁기 때문에, 코어 내로 높은 세기(High Power)의 펌프광을 조사하는 경우, 비선형 효과(Non-linear Effect)가 발생하게 된다. 즉, 일반적인 광섬유를 이용한 광섬유 레이저는 고출력의 레이저 광을 얻는 데 한계가 있다.On the other hand, fiber lasers use special optical fibers in which rare earth materials such as erbium (Er) or ytterbium (Yb) are added to the optical fiber as a gain medium. A general fiber laser irradiates a light source to a core to which a rare earth material is added using a pump light. However, since the core has a narrow cross-sectional area, a non-linear effect occurs when a high-power pump light is irradiated into the core. That is, a fiber laser using a general optical fiber has a limitation in obtaining high-power laser light.

이러한 문제점을 해결하고자 코어의 단면적이 넓은 대구경 광섬유를 이용 및/또는 이중(다중) 클래드 광섬유 및 클래드 펌핑을 이용함으로써 고출력 광섬유 레이저를 구현할 수 있다. In order to solve this problem, a high-power fiber laser can be implemented by using a large-diameter optical fiber with a wide cross-sectional area of the core and/or using a double (multi) clad optical fiber and a clad pumping.

한편, 광섬유 레이저는 상기 이득 매체로 사용되는 특수 광섬유를 사이에 두고, 얻고자 하는 파장의 레이저의 발진을 위한 광공진기를 포함한다. 광섬유 레이저에서 광공진기는 고반사율을 갖는 고반사형 광섬유 격자와 저반사율을 갖는 저반사형 광섬유 격자를 쌍으로 하여 구성된다.Meanwhile, the optical fiber laser includes an optical resonator for oscillating a laser having a desired wavelength, with a special optical fiber used as the gain medium interposed therebetween. In fiber laser, the optical resonator is composed of a pair of a high-reflective optical fiber grating having a high reflectivity and a low-reflecting optical fiber grating having a low reflectivity.

한편, 광섬유 격자는 광섬유 코어의 굴절률 변화를 형성시켜 구현된다. 상기 코어의 굴절률 변화 때문에, 광섬유 격자를 통과하는 소정의 파장의 빛은 브래그 현상에 의해서 반사된다. 광섬유 코어의 굴절률 변화는 특정 레이저를 패턴이 있는 마스크(위상 마스크가 주로 이용됨)를 이용하여 광섬유에 조사를 하게 되면, 상기 특정 레이저 때문에 코어의 굴절률이 변하게 된다. On the other hand, the optical fiber grating is implemented by forming a change in the refractive index of the optical fiber core. Due to the change in the refractive index of the core, light of a predetermined wavelength passing through the optical fiber grating is reflected by the Bragg phenomenon. The refractive index change of the optical fiber core changes when a specific laser is irradiated to the optical fiber using a patterned mask (a phase mask is mainly used), the refractive index of the core is changed due to the specific laser.

앞서 설명한 바와 같이, 고출력 광섬유 레이저의 경우에는 대구경 광섬유를 사용하고, 더블 클래드 광섬유가 이용된다. 대구경 광섬유 및 더블 클래드 광섬유의 경우에는 상기 특정 레이저가 코어까지 전달이 안되는 문제 때문에, 높은 반사율을 갖는 광섬유 격자를 만들 수가 없는 문제가 있다.As described above, in the case of a high-power fiber laser, a large-diameter fiber is used, and a double clad fiber is used. In the case of a large-diameter optical fiber and a double-clad optical fiber, there is a problem in that an optical fiber grating having a high reflectance cannot be made because the specific laser is not transmitted to the core.

높은 반사율을 갖는 광섬유 격자가 없는 경우에는 고출력 광섬유의 출력을 높일 수 있는 한계가 있다.In the absence of an optical fiber grating having a high reflectivity, there is a limit to increase the output of a high-power optical fiber.

본 발명의 일 실시예는, 광섬유의 코어부에 기 설정된 간격으로 복수 개의 단위 광섬유 격자를 형성시킴으로써, 높은 반사율을 갖는 광섬유 격자를 제공하는 데 일 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an optical fiber grating having a high reflectivity by forming a plurality of unit optical fiber gratings at predetermined intervals in a core portion of an optical fiber.

본 발명의 일 실시예는, 상기 광섬유 격자를 이용하여 출력 손실을 최소화할 수 있는 고출력 광섬유 레이저를 제공하는데 일 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a high-power optical fiber laser capable of minimizing output loss by using the optical fiber grating.

본 발명의 일 실시예는, 상기 광섬유 격자의 제조장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for manufacturing the optical fiber grating.

본 발명의 일 측면에 의하면, 광섬유 격자 제조장치에 의해 광섬유의 길이 방향을 따라 제1 광섬유 격자 어레이가 형성되어 있으며, 상기 제1 광섬유 격자 어레이 내의 단위 광섬유 격자들은 기 설정된 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자를 제공한다.According to an aspect of the present invention, a first optical fiber grating array is formed along a length direction of an optical fiber by an optical fiber grating manufacturing apparatus, and unit optical fiber gratings in the first optical fiber grating array are arranged at predetermined intervals. It provides an optical fiber grating.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 광섬유 격자 어레이는, 복수 개의 단위 광섬유 격자를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the first optical fiber grating array includes a plurality of unit optical fiber gratings.

본 발명의 일 측면에 의하면, 광섬유의 코어로 입사된 광을 증폭시키는 펌프 광원, 상기 펌프 광원으로부터 입사된 광을 레이저 광으로 발진하는 이득 광섬유, 상기 이득 광섬유에서 발진된 레이저 빔을 반사시키는 제1 광섬유 격자 어레이 및 상기 제1 광섬유 격자 어레이에서 반사된 레이저 빔을 결합하여 출력시키는 제2 광섬유 격자 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저를 제공한다.According to an aspect of the present invention, a pump light source for amplifying light incident on the core of an optical fiber, a gain optical fiber for oscillating light incident from the pump light source as laser light, and a first reflecting a laser beam oscillated from the gain optical fiber It provides an optical fiber laser comprising an optical fiber grating array and a second optical fiber grating array that combines and outputs a laser beam reflected from the first optical fiber grating array.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 펌프 광원은, 복수 개의 레이저 다이오드(LD)로 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the pump light source is characterized in that it is composed of a plurality of laser diodes (LD).

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 광섬유 격자 어레이는, 복수 개의 단위 광섬유 격자가 기 설정된 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the first optical fiber grating array is characterized in that a plurality of unit optical fiber gratings are formed at predetermined intervals.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 광섬유 격자 어레이는, 적어도 한 개 이상의 단위 광섬유 격자를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the second optical fiber grating array is characterized in that it includes at least one or more unit optical fiber gratings.

본 발명의 일 측면에 의하면, 광섬유를 지그 또는 기판에 고정시키는 광섬유 고정모듈, 광을 조사하는 광 조사모듈, 상기 광을 집광시켜 상기 광섬유로 도달시키는 광학계, 상기 광섬유에 단위 광섬유 격자를 형성시키는 패턴을 포함하는 위상 마스크, 상기 위상 마스크를 상기 광섬유와 상기 광 조사모듈 사이에 위치시키는 위상 마스크 고정모듈, 초점값에 따라 상기 광학계를 이동시키는 광학계 이동모듈 및 상기 광섬유를 상기 광섬유의 길이 방향으로 이동시키는 광섬유 이동모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자 제조장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, an optical fiber fixing module for fixing an optical fiber to a jig or a substrate, a light irradiation module for irradiating light, an optical system for condensing the light to reach the optical fiber, and a pattern for forming a unit optical fiber grating on the optical fiber A phase mask comprising a phase mask, a phase mask fixing module for positioning the phase mask between the optical fiber and the light irradiation module, an optical system moving module for moving the optical system according to a focus value, and for moving the optical fiber in the longitudinal direction of the optical fiber It provides an optical fiber grating manufacturing apparatus comprising an optical fiber moving module.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광섬유는, 코어 및 클래드를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the optical fiber is characterized in that it includes a core and a clad.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광학계는, 적어도 한 개 이상의 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the optical system is characterized in that it includes at least one or more lenses.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광섬유 이동모듈은, 상기 광섬유를 기 설정된 간격만큼 이동시키는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the optical fiber moving module is characterized in that it moves the optical fiber by a predetermined interval.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광섬유 격자 제조장치는, 상기 광섬유 격자 제조장치 내의 각 구성요소를 제어하는 제어모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the optical fiber grating manufacturing apparatus further comprises a control module for controlling each component in the optical fiber grating manufacturing apparatus.

본 발명의 일 측면에 의하면, 광섬유를 기판 또는 지그에 고정시키는 광섬유 고정과정, 광을 조사하는 광 조사과정, 상기 광을 집광하여 광섬유까지 도달시키는 광 집광과정, 초점값에 따라 광학계를 이동시키는 광학계 이동과정, 위상 마스크를 상기 광섬유와 상기 광학계의 사이에 위치키시는 위상 마스크 이동과정 및 상기 광섬유를 상기 광섬유의 길이 방향으로 이동시키는 광섬유 이동과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 격자 형성방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, an optical fiber fixing process for fixing an optical fiber to a substrate or a jig, a light irradiation process for irradiating light, a light condensing process for condensing the light to reach an optical fiber, and an optical system for moving an optical system according to a focus value It provides a method for forming an optical fiber grating, comprising a moving process, a phase mask moving process of positioning a phase mask between the optical fiber and the optical system, and an optical fiber moving process of moving the optical fiber in a longitudinal direction of the optical fiber. .

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광섬유 이동과정은, 상기 광섬유를 기 설정된 간격만큼 이동시키는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, the optical fiber movement process is characterized in that the optical fiber is moved by a predetermined interval.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 광섬유 격자 제조장치를 이용하여 광섬유의 코어부에 기 설정된 간격으로 복수 개의 광섬유 격자를 형성시킴으로써, 대구경 코어를 갖는 광섬유 또는 이중 클래드 구조의 광섬유에도 고반사율을 갖는 광섬유 격자를 얻을 수 있다. 또한, 광공진기 내의 반사 효율을 개선시켜, 고출력의 광섬유 레이저를 제공할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to an aspect of the present invention, by forming a plurality of optical fiber gratings at predetermined intervals in the core portion of the optical fiber using an optical fiber grating manufacturing apparatus, an optical fiber having a large diameter core or an optical fiber of a double clad structure An optical fiber grating having a high reflectivity can be obtained. In addition, there is an advantage of improving the reflection efficiency in the optical resonator to provide a high-power fiber laser.

도 1은 종래의 광섬유 레이저를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광섬유 격자 어레이를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 광섬유 격자의 개수에 따른 광섬유 레이저 출력광의 파워 효율을 도시한 시뮬레이션 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 제조장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 제조장치가 광섬유에 광섬유 격자를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 형성방법을 도시한 순서도이다.1 is a view showing a conventional fiber laser.
2 is a view showing a fiber laser according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a first optical fiber grating array according to an embodiment of the present invention.
4 is a simulation graph showing power efficiency of optical fiber laser output light according to the number of unit fiber gratings according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing the configuration of an optical fiber grating manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a process of forming an optical fiber grating on an optical fiber by the optical fiber grating manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of forming an optical fiber grating according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.In the present invention, various changes may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "include" or "have" should be understood as not precluding the possibility of existence or addition of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification. .

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless otherwise defined, all terms, including technical or scientific terms, used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

도 1은 종래 광섬유 레이저를 도시한 도면이다.1 is a view showing a conventional fiber laser.

도 1을 참조하면, 광섬유 레이저(100)는 펌프 광원(110), 연결 광섬유(120), 광공진기(130) 및 엔드 캡(140)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the optical fiber laser 100 includes a pump light source 110, a connection optical fiber 120, an optical resonator 130, and an end cap 140.

펌프 광원(110)은 펌프 광을 발진시켜, 연결 광섬유(120)를 거쳐 이득 광섬유(134)로 전달한다. 펌프 광원(110)은 복수 개의 레이저 다이오드(LD)로 구성될 수 있으며, 선단에 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)와 같은 구조를 활용하는 광 증폭기(Power Amplifier)가 연결될 수 있다.The pump light source 110 oscillates the pump light and transmits it to the gain optical fiber 134 through the connection optical fiber 120. The pump light source 110 may be composed of a plurality of laser diodes LD, and an optical amplifier using a structure such as a Master Oscillator Power Amplifier (MOPA) may be connected to a tip.

연결 광섬유(120)는 펌프 광원(110)과 연결되어 있으며, 펌프 광원(110)으로부터 발생한 펌프 광을 이득 광섬유(134)로 전송한다.The connection optical fiber 120 is connected to the pump light source 110 and transmits the pump light generated from the pump light source 110 to the gain optical fiber 134.

광공진기(130)는 연결 광섬유(120)로부터 전송받은 펌프 광을 이용하여, 레이저 광을 발진시키는 공진 장치로서, 제1 광섬유 격자(132), 이득 광섬유(134) 및 제2 광섬유 격자(136)를 포함한다. The optical resonator 130 is a resonator device for oscillating laser light using pump light transmitted from the connection optical fiber 120, and includes a first optical fiber grating 132, a gain optical fiber 134, and a second optical fiber grating 136. Includes.

제1 광섬유 격자(132)는 고반사형 광섬유 격자이고, 제2 광섬유 격자(136)는 저반사형 광섬유 격자로 형성된다. The first optical fiber grating 132 is a high reflection type optical fiber grating, and the second optical fiber grating 136 is formed of a low reflection type optical fiber grating.

고반사형 광섬유 격자인 제1 광섬유 격자(132)의 경우에는 일반적인 광섬유 레이저에 사용되는 용도로는 만들기가 용이하다. 하지만, 앞서 언급한 바와 같이 대구경 코어를 갖는 광섬유에 99.5% 이상의 반사율을 갖도록 광섬유 격자를 형성하는 것은 굉장히 어렵고, 수율이 낮기 때문에 생산성에 문제가 있다.In the case of the first optical fiber grating 132, which is a highly reflective optical fiber grating, it is easy to make it for use in general optical fiber lasers. However, as mentioned above, it is very difficult to form an optical fiber grating so as to have a reflectance of 99.5% or more in an optical fiber having a large-diameter core, and there is a problem in productivity because the yield is low.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광섬유 격자 어레이를 도시한 도면이다.2 is a view showing a fiber laser according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view showing a first fiber grating array according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 광섬유 레이저(200)는 펌프 광원(210), 연결 광섬유(220), 광공진기(230) 및 엔드 캡(240)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the fiber laser 200 includes a pump light source 210, a connection optical fiber 220, an optical resonator 230, and an end cap 240.

펌프 광원(210)은 펌프 광을 발진시켜, 연결 광섬유(220)를 거쳐 이득 광섬유(234)로 전달한다. 펌프 광원(210)은 복수 개의 레이저 다이오드(LD)로 구성될 수 있으며, 선단에 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)와 같은 광 증폭기가 연결될 수 있다.The pump light source 210 oscillates the pump light and transmits it to the gain optical fiber 234 through the connection optical fiber 220. The pump light source 210 may be composed of a plurality of laser diodes LD, and an optical amplifier such as a Master Oscillator Power Amplifier (MOPA) may be connected to the tip.

연결 광섬유(220)는 펌프 광원(210)과 연결되어 있으며, 펌프 광원(210)으로부터 발생한 펌프 광을 이득 광섬유(234)로 전송한다.The connection optical fiber 220 is connected to the pump light source 210 and transmits the pump light generated from the pump light source 210 to the gain optical fiber 234.

광공진기(230)는 연결 광섬유(220)로부터 전송받은 펌프 광을 이용하여, 레이저 광을 발진시키는 공진 장치로서, 제1 광섬유 격자 어레이(232), 이득 광섬유(234) 및 제2 광섬유 격자 어레이(236)를 포함한다.The optical resonator 230 is a resonator device for oscillating laser light by using pump light transmitted from the connection optical fiber 220, and includes a first optical fiber grating array 232, a gain optical fiber 234, and a second optical fiber grating array ( 236).

제1 광섬유 격자 어레이(232)는 연결 광섬유(220)로부터 전송된 펌프 광을 투과시켜 이를 이득 광섬유(234)로 전달시킴과 동시에, 이득 광섬유(234)로부터 발생한 레이저 광의 특정 파장(예를 들어, λ1)을 선택적으로 반사시킨다. 이러한 제1 광섬유 격자 어레이(232)는 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)로 구성된다. 여기서, 단위 광섬유 격자(233)는 종래의 광섬유 레이저(100)에도 적용될 수 있는 광섬유 격자로서, 단위 광섬유 격자(233)는 자체적으로 브래그(Bragg) 현상을 일으켜, 소정의 파장을 반사할 수 있는 조건을 갖는다.The first optical fiber grating array 232 transmits the pump light transmitted from the connection optical fiber 220 and transmits it to the gain optical fiber 234, and at the same time, a specific wavelength of laser light generated from the gain optical fiber 234 (for example, λ1) is selectively reflected. The first optical fiber grating array 232 is composed of a plurality of unit optical fiber gratings 233. Here, the unit optical fiber grating 233 is an optical fiber grating that can be applied to the conventional optical fiber laser 100, and the unit optical fiber grating 233 causes a Bragg phenomenon by itself to reflect a predetermined wavelength. Has.

보다 구체적으로 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이 단위 광섬유 격자(233)는 기 설정된 간격(d)으로 광섬유 코어 내에 복수 개로 형성되는데, 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)가 배치되는 간격(d)에 따라, 제1 광섬유 격자 어레이(232)의 반사율이 개선될 수 있다. 대구경 코어의 광섬유에 형성되는 단위 광섬유 격자(233)의 반사율은 약 99.2~3% 정도까지로 구현될 수 있고, 그 이상의 반사율을 갖게 하기 위해서는 반사되는 파장, 길이의 정밀한 조정이 필요하다.More specifically, as shown in FIG. 3, a plurality of unit optical fiber gratings 233 are formed in the optical fiber core at a predetermined interval d, and the interval d at which the plurality of unit optical fiber gratings 233 are arranged. Accordingly, the reflectance of the first optical fiber grating array 232 may be improved. The reflectance of the unit optical fiber grating 233 formed in the optical fiber of the large diameter core may be implemented up to about 99.2 to 3%, and in order to have more reflectance, precise adjustment of the reflected wavelength and length is required.

복수 개의 단위 광섬유 격자(233) 사이의 간격(d)은 단위 광섬유 격자(233)의 길이(L, 단위 광섬유 격자 사이의 길이, 기준은 단위 광섬유 격자의 중앙), 제2 광섬유 격자 어레이(236)의 반사되는 파장의 반치파장 광선폭(Δν1, FWHM, Full Width at Half-maximum) 및 광공진기 내에서 형성되는 레이저의 코히런트 길이 (Lcoh, Coherent Length)에 의해서 결정된다. 복수 개의 단위 광섬유 격자(233) 사이의 간격(d)이 후술할 정의할 범위 내에 존재하지 않을 경우에는 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)의 사이에서 형성되어 공진에 의한 간섭현상 때문에, 원하는 레이저 출력을 얻을 수 없다. 만약 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)가 고반사율을 갖지 않는다면, 공진현상을 무시할 수도 있겠지만, 본 발명은 고반사율을 목적으로 하기 때문에 공진현상이 생기더라도, 레이저 품질에 영향을 미치지 않도록 간격(d)을 설정해야 한다.The distance d between the plurality of unit fiber gratings 233 is the length of the unit fiber gratings 233 (L, the length between the unit fiber gratings, the reference is the center of the unit fiber gratings), the second fiber grating array 236 It is determined by the half-length ray width (Δν1, FWHM, Full Width at Half-maximum) of the reflected wavelength and the coherent length (Lcoh, Coherent Length) of the laser formed in the optical resonator. If the distance d between the plurality of unit optical fiber gratings 233 is not within the range to be defined later, it is formed between the plurality of unit optical fiber gratings 233 and due to interference due to resonance, the desired laser output is achieved. Can't get If the plurality of unit optical fiber gratings 233 do not have a high reflectance, the resonance phenomenon may be ignored, but since the present invention aims for a high reflectance, even if a resonance phenomenon occurs, the interval (d) so as not to affect the laser quality Should be set.

광공진기 내에서 형성되는 레이저의 코히런트 길이는 아래의 수식에 의해서 정의된다.The coherent length of the laser formed in the optical resonator is defined by the following equation.

여기서 Δν는 제2 광섬유 격자 어레이(236)의 반사되는 파장의 반치파장 광선폭으로 정의된다.Here, Δν is defined as the half-wavelength light width of the reflected wavelength of the second optical fiber grating array 236.

상기 수식 및 실제 패키징 크기를 고려할 때, 복수 개의 단위 광섬유 격자(233) 사이의 간격(d)은 Δν가 0.1nm 보다 클 경우, Lcoh보다 크고 10L보다 작다 (Lcoh < d < 10L). Δν가 0.1nm보다 작을 경우에는 Lcoh가 커지기 때문에, 공진현상이 레이저 품질에 영향을 미칠 수 있어서 간격(d)을 정의하기 어렵다.In consideration of the above formula and the actual packaging size, the spacing d between the plurality of unit optical fiber gratings 233 is greater than Lcoh and less than 10L when Δν is greater than 0.1 nm (Lcoh <d <10L). When Δν is less than 0.1 nm, since Lcoh increases, it is difficult to define the interval (d) because the resonance phenomenon can affect the laser quality.

복수 개의 단위 광섬유 격자(233)는 동일한 파장(λ1)을 갖는 레이저 빔을 연속적으로 반사시킨다. 만약, 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)가 서로 다른 파장을 갖는 광을 반사시키게 되면, 중심 파장이 시프트(Shift)되므로, 제1 광섬유 격자 어레이(232)의 반사율은 개선되지 않는다. 따라서, 단위 광섬유 격자(233)의 중심파장은 동일한 파장(λ1)을 포함하는 파장폭을 갖는 것이 바람직하다.The plurality of unit optical fiber gratings 233 continuously reflect laser beams having the same wavelength λ1. If the plurality of unit optical fiber gratings 233 reflect light having different wavelengths, the center wavelength is shifted, so that the reflectance of the first optical fiber grating array 232 is not improved. Therefore, it is preferable that the center wavelength of the unit optical fiber grating 233 has a wavelength width including the same wavelength λ1.

이득 광섬유(234)는 제1 광섬유 격자 어레이(232)에서 투과되어 전송된 펌프 광을 증폭시켜 레이저 광을 발진시킨다. 이때, 발진된 레이저 광은 제1 광섬유 격자 어레이(232)에서 선택적으로 반사되고, 다시 이득 광섬유(234)를 통과하며 증폭된다. 그리고 증폭된 레이저 광은 제2 광섬유 격자 어레이(236)에 의해 결합되어, 광공진기(230)로부터 출력된다. 이득 광섬유(234)는 이득 물질이 도핑된 능동 광섬유로 구성될 수 있으며, 코어(미도시) 및 클래드(미도시)를 포함한다.The gain optical fiber 234 amplifies the pump light transmitted through the first optical fiber grating array 232 to generate laser light. At this time, the oscillated laser light is selectively reflected by the first optical fiber grating array 232, and is amplified while passing through the gain optical fiber 234 again. Then, the amplified laser light is combined by the second fiber optic grating array 236 and output from the optical resonator 230. The gain optical fiber 234 may be composed of an active optical fiber doped with a gain material, and includes a core (not shown) and a clad (not shown).

코어(미도시)는 희토류 원소가 첨가된 재질로 구성될 수 있으며, 펌프 광원(210)으로부터 발진된 펌프 빔을 코어(미도시) 내의 희토류 이온에 흡수시킴으로써 레이저 광을 발생시킨다.The core (not shown) may be made of a material to which a rare earth element is added, and the pump beam oscillated from the pump light source 210 is absorbed by the rare earth ions in the core (not shown) to generate laser light.

클래드(미도시)는 펌프 빔이 광섬유의 외부로 빠져 나가지 않도록 코어(미도시) 주변을 둘러싸고 있는 접합 영역이며, 코어(미도시)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로 구성됨으로써 광섬유 내부의 전반사를 유도한다.The clad (not shown) is a junction area surrounding the core (not shown) so that the pump beam does not escape to the outside of the optical fiber, and is composed of a material having a refractive index lower than that of the core (not shown), thereby preventing total internal reflection of the optical fiber. To induce.

제2 광섬유 격자 어레이(236)는 광공진기(230)의 종단에 형성되며, 제1 광섬유 격자 어레이(232)에서 반사된 레이저 빔을 하나로 결합하여 출력시킨다. 제2 광섬유 격자 어레이(236)는 출력 커플러(Output Coupler, OC)의 형태로 구성될 수 있다. 그리고 제2 광섬유 격자 어레이(236)는 반사율이 약 5~10% 정도의 저반사(Low Reflective) 형태로 구현될 수 있다. 또한, 제2 광섬유 격자 어레이(236)는 적어도 하나 이상의 단위 광섬유 격자(237)로 구성될 수 있지만, 반사율이 낮아 종래의 기술로 용이하게 구성할 수 있기 때문에, 하나의 단위 광섬유로 구성하는 것이 바람직하다.The second optical fiber grating array 236 is formed at the end of the optical resonator 230 and combines and outputs the laser beams reflected from the first optical fiber grating array 232 into one. The second optical fiber grating array 236 may be configured in the form of an output coupler (OC). In addition, the second optical fiber grating array 236 may be implemented in a low reflective form having a reflectance of about 5 to 10%. In addition, the second optical fiber grating array 236 may be composed of at least one or more unit optical fiber gratings 237, but since the reflectance is low and can be easily configured by conventional techniques, it is preferable to configure it with one unit optical fiber. Do.

엔드 캡(240)은 광섬유 레이저(200)의 출력단에 결합되며, 광섬유의 출력단 경계면에서 발생하는 열 및 되반사(Retro-reflection)에 의한 광섬유 소자의 파손 및 광섬유 종단에서 발생할 수 있는 전송 손실 등을 방지한다.The end cap 240 is coupled to the output end of the fiber laser 200, and prevents damage to the fiber element and transmission loss that may occur at the end of the fiber due to heat generated at the interface of the output end of the fiber and retro-reflection. prevent.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 광섬유 격자의 개수에 따른 광섬유 레이저 출력광의 파워 효율을 도시한 시뮬레이션 그래프이다.4 is a simulation graph showing power efficiency of optical fiber laser output light according to the number of unit fiber gratings according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1 광섬유 격자 어레이(232)를 구성하는 단위 광섬유 격자(233)의 개수가 증가함에 따라, 출력광(Pout)의 파워 효율도 동시에 상승하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 단위 광섬유 격자(233)의 개수가 세 개 이상이 되면, 출력광(Pout)의 파워 효율은 계속해서 1(a.u.)에 수렴한다.As illustrated in FIG. 4, as the number of unit optical fiber gratings 233 constituting the first optical fiber grating array 232 increases, the power efficiency of the output light Pout also increases. In particular, when the number of unit optical fiber gratings 233 is three or more, the power efficiency of the output light Pout continues to converge to 1 (a.u.).

도 2 내지 도 3에서 상술한 바와 같이, 기 설정된 간격(d)으로 이격된 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)의 반사율은 약 99.9%를 나타낸다. 이에 따라, 특정 파장(λ1)을 갖는 레이저 빔이 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)를 통과하게 되면, 반사율에 의해 출력광(Pout)이 증폭되고, 결과적으로, 광섬유 레이저(200)의 출력 손실은 감소하게 된다.As described above with reference to FIGS. 2 to 3, the reflectance of the plurality of unit optical fiber gratings 233 spaced at a predetermined interval d is about 99.9%. Accordingly, when the laser beam having a specific wavelength λ1 passes through the plurality of unit optical fiber gratings 233, the output light Pout is amplified by the reflectance, and as a result, the output loss of the optical fiber laser 200 is Decrease.

나아가, 출력광(Pout)의 파워 효율이 증가함에 따라, 펌프 광원(210)이 위치한 방향으로 되돌아오는 반사광(Pback)의 파워 효율은 감소하게 되어, 거의 0(a.u.)에 수렴하게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저(200)는 레이저 빔의 되반사에 의한 펌프 광원(210)의 손상도 방지할 수 있다.Further, as the power efficiency of the output light Pout increases, the power efficiency of the reflected light Pback returned to the direction in which the pump light source 210 is located decreases, and thus converges to almost zero (a.u.). Accordingly, the optical fiber laser 200 according to an embodiment of the present invention can also prevent damage to the pump light source 210 due to reflection of the laser beam.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 제조장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 제조장치가 광섬유에 광섬유 격자를 형성하는 과정을 도시한 도면이다.5 is a diagram showing the configuration of an optical fiber grating manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating a process of forming an optical fiber grating on an optical fiber by the optical fiber grating manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.

광섬유 격자 제조장치(500)는 위상 마스크(510), 위상 마스크 고정모듈(520), 광섬유 고정모듈(530), 광섬유 이동모듈(540), 카메라(550), 제어모듈(560), 광 조사모듈(570), 광학계 이동모듈(580) 및 광학계(590)를 포함한다. 이러한 장치의 구성품인 광섬유(220), 위상마스크(510) 및 광조사모듈(570)은 중력방향으로 배치되는 것이 바람직하며, 이는 중력방향에 의한 얼라인(광학계간의 정렬)을 용이하기 하는 장점이 있기 때문이다.The optical fiber grating manufacturing apparatus 500 includes a phase mask 510, a phase mask fixing module 520, an optical fiber fixing module 530, an optical fiber moving module 540, a camera 550, a control module 560, and a light irradiation module. 570, an optical system moving module 580, and an optical system 590. The optical fiber 220, the phase mask 510 and the light irradiation module 570, which are components of such a device, are preferably arranged in the direction of gravity, which has the advantage of facilitating alignment (alignment between optical systems) by the direction of gravity. Because there is.

위상 마스크(510)는 광섬유(220)에 단위 광섬유 격자(233)를 형성시킬 수 있는 패턴을 포함하고 있으며, 광 조사모듈(570)로부터 조사된 광을 패턴을 이용하여 선택적으로 차폐시킴으로써 광섬유(220)에 단위 광섬유 격자(233)를 형성시킨다. 위상 마스크(510)는 위상 마스크 고정모듈(520)에 의해 광섬유(220)의 상부에 배치된다.The phase mask 510 includes a pattern capable of forming a unit optical fiber grating 233 on the optical fiber 220, and selectively shields the light irradiated from the light irradiation module 570 by using a pattern to form the optical fiber 220. ) To form a unit optical fiber grating 233. The phase mask 510 is disposed above the optical fiber 220 by the phase mask fixing module 520.

위상 마스크 고정모듈(520)은 제어모듈(560)의 제어에 따라 광섬유(220)의 기 설정된 부분의 상부에 위상 마스크(510)를 단단히 고정시킨다. 위상 마스크 고정모듈(520)이 위상 마스크(510)를 광섬유(220)의 상부에 위치시키면, 광 조사모듈(570)로부터 조사된 빛이 위상 마스크(510)의 기 설정된 패턴을 통과하면서, 광섬유(220)의 코어부에 단위 광섬유 격자(233)가 형성된다.The phase mask fixing module 520 firmly fixes the phase mask 510 on an upper portion of a predetermined portion of the optical fiber 220 under the control of the control module 560. When the phase mask fixing module 520 places the phase mask 510 above the optical fiber 220, the light irradiated from the light irradiation module 570 passes through a preset pattern of the phase mask 510, while the optical fiber ( A unit optical fiber grating 233 is formed in the core portion of 220).

위상 마스크 고정모듈(520)은 로봇 아암, 롤러 등과 같은 이송수단을 구비할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 위상 마스크(510)에 손상을 가하지 않고 고정장치(미도시)에 위상 마스크(510)를 고정시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 것으로 구현되어도 무방하다. The phase mask fixing module 520 may include a transfer means such as a robot arm and a roller, but is not limited thereto, and the phase mask 510 is attached to a fixing device (not shown) without damaging the phase mask 510. ), it can be implemented with any means.

광섬유 고정모듈(530)은 제어모듈(560)의 제어에 따라 광섬유(220)를 기판(미도시) 또는 지그(미도시)에 안착시킨다. 단위 광섬유 격자(233)를 형성하는 과정에서 진동이나 충격 등에 의해 광섬유(220)에 유격이 발생할 수 있는데, 이때, 광섬유 고정모듈(530)은 제어모듈(560)의 제어에 의해 광섬유(220)가 기판(미도시) 또는 지그(미도시)로부터 이격되지 않도록 광섬유(220)를 정위치에 위치시킨다.The optical fiber fixing module 530 mounts the optical fiber 220 on a substrate (not shown) or a jig (not shown) under the control of the control module 560. In the process of forming the unit optical fiber grating 233, a gap may occur in the optical fiber 220 due to vibration or impact. At this time, the optical fiber 220 is controlled by the control module 560. The optical fiber 220 is positioned in a proper position so as not to be spaced apart from a substrate (not shown) or a jig (not shown).

광섬유 이동모듈(540)은 제어모듈(560)의 제어에 따라 기 설정된 간격(d)만큼 광섬유(220)를 +y축 또는 -y축 방향으로 이동시킨다. 제1 광섬유 격자 제조장치(500)에 의해 광섬유(220)의 코어부에 단위 광섬유 격자(233)가 형성되면, 광섬유 이동모듈(540)은 기 설정된 간격(d)만큼 광섬유(220)를 +y축 또는 -y축 방향으로 이동시킨다. 이에 따라, 광섬유(220)의 코어부에 제1 광섬유 격자 어레이(232)를 구성하는 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)가 각각 기 설정된 간격(d)만큼 떨어져 형성된다. 상술한 바와 같이, 단위 광섬유 격자(233)와 인접한 다른 단위 광섬유 격자(233) 사이의 기 설정된 간격(d)은 단위 광섬유 격자(233)의 단위 길이(L)에 3~10배를 한 값보다 작거나 같아야 한다.The optical fiber movement module 540 moves the optical fiber 220 in the +y-axis or -y-axis direction by a predetermined interval d according to the control of the control module 560. When the unit optical fiber grating 233 is formed in the core portion of the optical fiber 220 by the first optical fiber grating manufacturing apparatus 500, the optical fiber moving module 540 moves the optical fiber 220 by a predetermined interval d. Move in the direction of the axis or -y axis. Accordingly, a plurality of unit optical fiber gratings 233 constituting the first optical fiber grating array 232 are formed in the core portion of the optical fiber 220 by a predetermined distance d, respectively. As described above, the predetermined distance (d) between the unit optical fiber grating 233 and the adjacent other unit optical fiber gratings 233 is greater than a value obtained by multiplying the unit length L of the unit optical fiber grating 233 by 3 to 10 times. Should be less than or equal to

광섬유 이동모듈(540)은 롤러 또는 레일 등과 같이 기판(미도시) 또는 지그(미도시)에 고정된 광섬유(220)를 이동시킬 수 있는 수단으로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광섬유(220)를 기 설정된 간격(d)으로 정밀하게 이동시킬 수 있는 수단이면 어떠한 것으로 구성되어도 무방하다.The optical fiber moving module 540 may be configured as a means capable of moving the optical fiber 220 fixed to a substrate (not shown) or a jig (not shown) such as a roller or rail, but is not limited thereto. It may be composed of any means as long as it can precisely move (220) to a preset interval (d).

카메라(550)는 위상 마스크(510)의 일정 부분을 촬영한다. 카메라(550)는 위상 마스크 고정모듈(520)에 의해 위상 마스크(510)가 고정장치(미도시)에 단단히 고정되었는지를 파악할 수 있도록, 촬영한 영상 또는 이미지를 제어모듈(560)로 제공한다. The camera 550 photographs a certain portion of the phase mask 510. The camera 550 provides the captured image or image to the control module 560 so that it can be determined whether the phase mask 510 is firmly fixed to the fixing device (not shown) by the phase mask fixing module 520.

카메라(550)는 정위치를 기준으로 광섬유(220)의 일정 부분을 촬영한다. 카메라(550)는 촬영한 영상 또는 이미지를 제어모듈(560)로 제공함으로써, 제어모듈(560)이 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)가 기 설정된 간격(d)으로 형성되었는지를 판단할 수 있도록 한다.The camera 550 photographs a certain portion of the optical fiber 220 based on the correct position. The camera 550 provides the captured image or image to the control module 560 so that the control module 560 can determine whether the plurality of unit optical fiber gratings 233 are formed at a predetermined interval d. .

카메라(550)는 복수 개로 구성될 수 있으며, 광 조사모듈(570)로부터 조사되는 광의 파장 영역에 영향을 받지 않는 위치에 설치됨으로써, 광섬유 격자 제조장치(500)의 각 구성요소를 촬영할 수 있도록 한다.The camera 550 may be composed of a plurality of cameras, and is installed in a position not affected by the wavelength range of light irradiated from the light irradiation module 570, so that each component of the optical fiber grating manufacturing apparatus 500 can be photographed. .

제어모듈(560)은 광섬유 격자 제조장치(500)의 각 구성요소를 제어하며, 이에 따라, 광섬유(220)의 코어부에 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)가 형성된다. 특히, 제어모듈(560)은 광섬유(220)의 코어부에 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)가 기 설정된 간격(d)으로 형성되도록, 광섬유 격자 제조장치(500)의 각 구성요소를 정밀하게 제어한다.The control module 560 controls each component of the optical fiber grating manufacturing apparatus 500, and accordingly, a plurality of unit optical fiber gratings 233 are formed in the core portion of the optical fiber 220. In particular, the control module 560 precisely controls each component of the optical fiber grating manufacturing apparatus 500 so that a plurality of unit optical fiber gratings 233 are formed at a preset interval d in the core portion of the optical fiber 220 do.

제어모듈(560)은 위상 마스크(510)를 고정장치(미도시)에 고정시키는 위상 마스크 고정모듈(520)을 제어한다. 제어모듈(560)은 카메라(550)로부터 수신한 영상 또는 이미지를 분석하여 위상 마스크(510)가 고정장치(미도시)에 단단히 고정되었는지를 판단한다. The control module 560 controls the phase mask fixing module 520 that fixes the phase mask 510 to a fixing device (not shown). The control module 560 analyzes the image or image received from the camera 550 and determines whether the phase mask 510 is firmly fixed to the fixing device (not shown).

제어모듈(560)은 광섬유(220)를 기판(미도시) 또는 지그(미도시)에 안착시키는 광섬유 고정모듈(530)을 제어한다. 제어모듈(560)은 카메라(550)로부터 광섬유(220)의 일정 부분을 촬영한 데이터를 수신하여, 광섬유(220)가 기판(미도시) 또는 지그(미도시)에 온전히 배치되었는지를 판단한다. The control module 560 controls the optical fiber fixing module 530 that mounts the optical fiber 220 on a substrate (not shown) or a jig (not shown). The control module 560 receives data photographing a certain portion of the optical fiber 220 from the camera 550 and determines whether the optical fiber 220 is completely disposed on a substrate (not shown) or a jig (not shown).

제어모듈(560)은 광섬유(220)를 +y축 또는 -y축 방향으로 이동시키는 광섬유 이동모듈(540)을 제어한다. 광 조사모듈(570)에 의해 광섬유(220)로 광이 조사되어 광섬유(220)의 코어부에 단위 광섬유 격자(233)가 형성되면, 제어모듈(560)은 기 설정된 간격(d)만큼 광섬유(220)를 +y축 또는 -y축 방향으로 이동시키도록 광섬유 이동모듈(540)을 제어한다. 광섬유(220)가 +y축 또는 -y축 방향으로 이동함에 따라, 광섬유(220)의 코어부에는 각 단위 광섬유 격자(233)가 기 설정된 간격(d)만큼 떨어진 채로 형성된다. 광섬유(220)의 코어부에 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)로 구성된 제1 광섬유 격자 어레이(232)가 형성되면, 제어모듈(560)은 더 이상 광섬유 이동모듈(540)이 동작하지 않도록 제어한다.The control module 560 controls the optical fiber moving module 540 that moves the optical fiber 220 in the +y-axis or -y-axis direction. When light is irradiated to the optical fiber 220 by the light irradiation module 570 and a unit optical fiber grating 233 is formed in the core of the optical fiber 220, the control module 560 is The optical fiber moving module 540 is controlled to move 220) in the +y-axis or -y-axis direction. As the optical fiber 220 moves in the +y-axis or -y-axis direction, each unit optical fiber grating 233 is formed in the core portion of the optical fiber 220 with a predetermined distance d. When the first optical fiber grating array 232 consisting of a plurality of unit optical fiber gratings 233 is formed in the core portion of the optical fiber 220, the control module 560 controls the optical fiber moving module 540 to no longer operate. .

제어모듈(560)은 광섬유(220)로 광을 조사하는 광 조사모듈(570)을 제어한다. 제어모듈(560)은 광 조사모듈(570)로부터 조사된 광이 광학계(590)를 통과하여 광섬유(220)까지 도달할 수 있도록 광 조사모듈(570)의 위치를 설정한다. 또한, 제어모듈(560)은 광 조사모듈(570)로부터 조사되는 광의 세기를 제어함으로써 광이 광섬유(220)까지 도달할 수 있도록 한다.The control module 560 controls the light irradiation module 570 that irradiates light through the optical fiber 220. The control module 560 sets the position of the light irradiation module 570 so that the light irradiated from the light irradiation module 570 can pass through the optical system 590 and reach the optical fiber 220. In addition, the control module 560 controls the intensity of light irradiated from the light irradiation module 570 so that the light can reach the optical fiber 220.

제어모듈(560)은 광학계(590)를 기 설정된 위치로 이동시키는 광학계 이동모듈(580)을 제어한다. 제어모듈(560)은 광 조사모듈(570)과 위상 마스크(510) 사이에 위치한 광학계(590)의 초점값을 계산하여 광학계(590)가 광 조사모듈(570)로부터 조사된 광을 수렴하고 발산시킬 수 있는 지점에 위치할 수 있도록 광학계 이동모듈(580)의 동작을 제어한다.The control module 560 controls the optical system movement module 580 that moves the optical system 590 to a preset position. The control module 560 calculates a focus value of the optical system 590 located between the light irradiation module 570 and the phase mask 510, and the optical system 590 converges and diverges the light irradiated from the light irradiation module 570. The operation of the optical system moving module 580 is controlled so that it can be located at a point that can be set.

도 6을 참고하면, 광 조사모듈(570)은 제어모듈(560)의 제어에 따라 광을 광섬유(220)로 조사한다. 광 조사모듈(570)이 광을 광섬유(220)로 조사함으로써, 위상 마스크(510)의 기 설정된 패턴에 의해 광섬유(220)의 코어부에 단위 광섬유 격자(233)가 형성된다. Referring to FIG. 6, the light irradiation module 570 irradiates light to the optical fiber 220 under the control of the control module 560. When the light irradiation module 570 irradiates light to the optical fiber 220, a unit optical fiber grating 233 is formed in the core portion of the optical fiber 220 by a preset pattern of the phase mask 510.

광학계 이동모듈(580)은 제어모듈(560)의 제어에 따라 광학계(590)를 이동시킨다. 광학계 이동모듈(580)은 제어모듈(560)로부터 연산된 초점값에 따라 광 조사모듈(570)로부터 조사된 광을 집광하고 이를 발산시킬 수 있는 지점에 광학계(590)를 위치시킴으로써, 광이 광섬유(220)까지 도달할 수 있도록 한다. The optical system movement module 580 moves the optical system 590 under the control of the control module 560. The optical system movement module 580 collects the light irradiated from the light irradiation module 570 according to the focus value calculated from the control module 560 and locates the optical system 590 at a point at which it can be emitted, so that the light is Make it possible to reach 220.

광학계(590)는 광 조사모듈(570)로부터 조사된 광을 집광시켜, 광이 분산되지 않고 광섬유(220)까지 충분히 도달되도록 한다. 광학계(590)는 제1 렌즈(592) 및 제2 렌즈(594)를 포함하며, 제1 렌즈(592)는 광 조사모듈(570)로부터 조사된 광을 수렴하여 집광시킨다. 상술한 바와 같이, 제1 렌즈(592)는 광학계 이동모듈(580)에 의해 광을 수렴하는 지점에 배치되며, 제1 렌즈(592)는 광을 수렴하고 집광하여 제2 렌즈(594)로 전달한다. 제1 렌즈(592)는 평면-볼록 렌즈의 형태로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광을 수렴하여 집광시킬 수 있다면, 어떠한 형태로 구현되어도 무방하다.The optical system 590 condenses the light irradiated from the light irradiation module 570 so that the light is not dispersed and sufficiently reaches the optical fiber 220. The optical system 590 includes a first lens 592 and a second lens 594, and the first lens 592 converges and condenses the light irradiated from the light irradiation module 570. As described above, the first lens 592 is disposed at a point where light is converged by the optical system movement module 580, and the first lens 592 converges and condenses the light and transmits it to the second lens 594. do. The first lens 592 may be configured in the form of a plano-convex lens, but is not limited thereto, and may be implemented in any form as long as light can be converged and condensed.

제2 렌즈(594)는 제1 렌즈(592)에서 집광된 광을 발산시켜, 광을 위상 마스크(510)까지 도달시킨다. 마찬가지로, 제2 렌즈(594)는 광학계 이동모듈(580)에 의해 광을 발산시키는 지점에 배치되며, 제2 렌즈(594)는 광을 발산시켜 위상 마스크(510)까지 도달하도록 한다. 제2 렌즈(594)는 평면-오목 렌즈의 형태로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광을 발산시켜 위상 마스크(510)까지 도달시킬 수 있다면, 어떠한 형태로 구현되어도 무방하다.The second lens 594 emits light condensed by the first lens 592 to reach the light to the phase mask 510. Likewise, the second lens 594 is disposed at a point where light is emitted by the optical system moving module 580, and the second lens 594 emit light to reach the phase mask 510. The second lens 594 may be configured in the form of a planar-concave lens, but is not limited thereto, and may be implemented in any form as long as light can be emitted to reach the phase mask 510.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 형성방법을 도시한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method of forming an optical fiber grating according to an embodiment of the present invention.

광섬유 격자 제조장치(500)가 광섬유(220)를 기판(미도시) 또는 지그(미도시)에 고정시킨다(S710). 광섬유 고정모듈(530)은 광섬유(220)에 단위 광섬유 격자(233)를 형성시키는 과정에서 광섬유(220)가 진동 또는 충격 등에 유격되지 않도록 광섬유(220)를 기판(미도시) 또는 지그(미도시)에 고정시킨다.The optical fiber grating manufacturing apparatus 500 fixes the optical fiber 220 to a substrate (not shown) or a jig (not shown) (S710). The optical fiber fixing module 530 attaches the optical fiber 220 to a substrate (not shown) or a jig (not shown) so that the optical fiber 220 is not separated from vibration or impact in the process of forming the unit fiber grating 233 on the optical fiber 220. ).

광섬유 격자 제조장치(500)가 위상 마스크(510)를 광섬유(220)의 상부에 위치시킨다(S720). 광섬유 고정모듈(530)이 광섬유(220)를 기판(미도시) 또는 지그(미도시)에 고정시키면, 위상 마스크 고정모듈(520)은 광섬유(220)의 상부에 위치한 고정장치(미도시)에 위상 마스크(510)를 고정시킨다. 이때, 위상 마스크(510)는 광섬유(220)의 코어부에 단위 광섬유 격자(233)를 형성시키기 위한 패턴을 구비하고 있으며, 위상 마스크(510)가 광섬유(220)의 상부에 위치함 따라, 대응되는 위치에 단위 광섬유 격자(233)가 형성된다.The optical fiber grating manufacturing apparatus 500 places the phase mask 510 on the optical fiber 220 (S720). When the optical fiber fixing module 530 fixes the optical fiber 220 to a substrate (not shown) or a jig (not shown), the phase mask fixing module 520 is attached to a fixing device (not shown) located above the optical fiber 220. The phase mask 510 is fixed. At this time, the phase mask 510 has a pattern for forming a unit optical fiber grating 233 in the core portion of the optical fiber 220, and the phase mask 510 is positioned above the optical fiber 220, corresponding to The unit optical fiber grating 233 is formed at the position.

광섬유 격자 제조장치(500)가 초점값에 따라 광학계(590)를 위상 마스크(510)의 상부에 위치시킨다(S730). 위상 마스크 고정모듈(520)이 위상 마스크(510)를 고정장치(미도시)에 고정시키면, 광학계 이동모듈(580)은 제어모듈(560)에 의해 연산된 초점값에 따라 광학계(590)를 위상 마스크(510)의 상부에 위치시킨다. The optical fiber grating manufacturing apparatus 500 positions the optical system 590 above the phase mask 510 according to the focus value (S730). When the phase mask fixing module 520 fixes the phase mask 510 to a fixing device (not shown), the optical system moving module 580 phases the optical system 590 according to the focus value calculated by the control module 560. It is positioned above the mask 510.

광섬유 격자 제조장치(500)가 광을 조사한다(S740). 광학계 이동모듈(580)에 의해 광학계(590)가 위상 마스크(510)의 상부에 위치하면, 광 조사모듈(570)이 광섬유(220)로 광을 조사한다.The optical fiber grating manufacturing apparatus 500 irradiates light (S740). When the optical system 590 is positioned above the phase mask 510 by the optical system movement module 580, the light irradiation module 570 irradiates light to the optical fiber 220.

광섬유 격자 제조장치(500)가 광을 집광하여 광섬유(220)까지 도달시킨다(S750). 광학계(590)는 광 조사모듈(570)로부터 조사된 광을 집광시켜 광섬유(220)까지 광을 충분히 도달시킨다. 광학계(590)는 광을 수렴하여 집광시키는 제1 렌즈(592) 및 집광된 광을 발산시키는 제2 렌즈(594)를 포함할 수 있다.The optical fiber grating manufacturing apparatus 500 collects light and reaches the optical fiber 220 (S750). The optical system 590 condenses the light irradiated from the light irradiation module 570 to sufficiently reach the light to the optical fiber 220. The optical system 590 may include a first lens 592 for converging and condensing light, and a second lens 594 for diverging the condensed light.

광섬유 격자 제조장치(500)가 기 설정된 간격(d)으로 광섬유(220)를 +y축 또는 -y축 방향으로 이동시킨다(S760). 광 조사모듈(570)이 광을 조사함에 따라, 위상 마스크(510)에 의해 광섬유(220)의 코어부에 단위 광섬유 격자(233)가 형성되면, 광섬유 이동모듈(540)은 광섬유(220)를 기 설정된 간격(d)으로 이동시킨다. 기 설정된 간격(d)은 단위 광섬유 격자(233)의 중간 지점으로부터 인접한 단위 광섬유 격자(233)의 중간 지점까지의 길이를 의미하며, 단위 광섬유 격자(233)의 단위 길이(L)에 3~10을 곱한 값보다 작거나 같은 길이로 형성됨에 따라, 복수 개의 단위 광섬유 격자(233)를 포함하는 제1 광섬유 격자 어레이(232)의 반사율이 개선될 수 있다.The optical fiber grating manufacturing apparatus 500 moves the optical fiber 220 in the +y-axis or -y-axis direction at a predetermined interval (d) (S760). As the light irradiation module 570 irradiates light, when the unit optical fiber grating 233 is formed in the core portion of the optical fiber 220 by the phase mask 510, the optical fiber moving module 540 transmits the optical fiber 220 Move to a preset interval (d). The preset interval (d) refers to the length from the intermediate point of the unit optical fiber grating 233 to the intermediate point of the adjacent unit optical fiber grating 233, and is 3 to 10 in the unit length L of the unit optical fiber grating 233 As the length is less than or equal to the multiplied value of, the reflectance of the first optical fiber grating array 232 including a plurality of unit optical fiber gratings 233 may be improved.

도 7에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각각의 도면에 기재된 과정의 순서를 변경하여 실행하거나 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In FIG. 7, each process is described as sequentially executing, but this is merely illustrative of the technical idea of an embodiment of the present invention. In other words, a person of ordinary skill in the art to which an embodiment of the present invention belongs may change the order of the processes described in each drawing without departing from the essential characteristics of an embodiment of the present invention, or perform one or more of the processes. Since the process is executed in parallel and can be applied by various modifications and modifications, FIG. 7 is not limited to a time series order.

한편, 도 7에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the processes shown in FIG. 7 can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. That is, the computer-readable recording medium is a magnetic storage medium (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), optical reading medium (e.g., CD-ROM, DVD, etc.), and carrier wave (e.g., Internet And storage media such as transmission through In addition, the computer-readable recording medium can be distributed over a computer system connected through a network to store and execute computer-readable codes in a distributed manner.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and those of ordinary skill in the technical field to which the present embodiment belongs will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present exemplary embodiments are not intended to limit the technical idea of the present exemplary embodiment, but are illustrative, and the scope of the technical idea of the present exemplary embodiment is not limited by these exemplary embodiments. The scope of protection of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present embodiment.

100: 종래의 광섬유 레이저
110: 펌프 광원
120: 연결 광섬유
130: 광공진기
132: 제1 광섬유 격자
134: 이득 광섬유
136: 제2 광섬유 격자
140: 엔드 캡
200: 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저
210: 펌프 광원
220: 연결 광섬유
230: 광공진기
232: 제1 광섬유 격자 어레이
233: 단위 광섬유 격자
234: 이득 광섬유
236: 제2 광섬유 격자 어레이
237: 단위 광섬유 격자
240: 엔드 캡
500: 광섬유 격자 제조장치
510: 위상 마스크
520: 위상 마스크 고정모듈
530: 광섬유 고정모듈
540: 광섬유 이동모듈
550: 카메라
560: 제어모듈
570: 광 조사모듈
580: 광학계 이동모듈
590: 광학계
592: 제1 렌즈
594: 제2 렌즈100: conventional fiber laser
110: pump light source
120: connecting optical fiber
130: optical resonator
132: first optical fiber grating
134: gain fiber
136: second optical fiber grating
140: end cap
200: fiber laser according to an embodiment of the present invention
210: pump light source
220: connecting optical fiber
230: optical resonator
232: first fiber optic grating array
233: module fiber optic grating
234: gain fiber
236: second fiber optic grating array
237: module fiber optic grating
240: end cap
500: optical fiber grating manufacturing apparatus
510: phase mask
520: phase mask fixing module
530: optical fiber fixing module
540: fiber optic moving module
550: camera
560: control module
570: light irradiation module
580: optical system moving module
590: optical system
592: first lens
594: second lens

Claims

A first optical fiber grating array is formed along a length direction of an optical fiber by an optical fiber grating manufacturing apparatus, and unit optical fiber gratings in the first optical fiber grating array are arranged at predetermined intervals,
The preset interval is greater than the coherent length of the laser and less than 10 times the length of the unit fiber grating,
An optical fiber grating, characterized in that the coherent length of the laser is proportional to the luminous flux and inversely proportional to a wavelength and a full width at half maximum (FWHM).

The method of claim 1,
The first optical fiber grating array,
An optical fiber grating comprising a plurality of unit optical fiber gratings.

A pump light source for amplifying light incident on the core of the optical fiber;
A gain optical fiber for oscillating light incident from the pump light source into laser light;
A first optical fiber grating array reflecting the laser beam oscillated from the gain optical fiber; And
And a second optical fiber grating array for combining and outputting the laser beams reflected from the first optical fiber grating array,
A plurality of unit optical fiber gratings are formed at predetermined intervals in the first optical fiber grating array,
The preset interval is greater than the coherent length of the laser and is less than 10 times the length of each unit fiber grating in the first fiber grating array,
A fiber laser, characterized in that the coherent length of the laser is proportional to the light flux, and is inversely proportional to a full width at half maximum (FWHM) of a wavelength and a wavelength reflected by the second optical fiber grating array.

The method of claim 3,
The pump light source,
Fiber laser, characterized in that consisting of a plurality of laser diodes (LD).

delete

The method of claim 3,
The second optical fiber grating array,
An optical fiber laser comprising at least one or more unit optical fiber gratings.

In the apparatus for manufacturing an optical fiber grating,
An optical fiber fixing module for fixing the optical fiber to a jig or a substrate;
A light irradiation module for irradiating light;
An optical system condensing the light to reach the optical fiber;
A phase mask including a pattern for forming a unit optical fiber grating in the optical fiber;
A phase mask fixing module for positioning the phase mask between the optical fiber and the light irradiation module;
An optical system moving module for moving the optical system according to a focus value; And
Including an optical fiber moving module for moving the optical fiber in the longitudinal direction of the optical fiber,
The optical fiber grating manufacturing apparatus, characterized in that the optical fiber grating is the optical fiber grating according to any one of claims 1 to 2.

The method of claim 7,
The optical fiber,
Optical fiber grating manufacturing apparatus comprising a core and a clad.

The method of claim 7,
The optical system,
Optical fiber grating manufacturing apparatus comprising at least one or more lenses.

The method of claim 7,
The optical fiber moving module,
Optical fiber grating manufacturing apparatus, characterized in that moving the optical fiber by a predetermined interval.

The method of claim 7,
The optical fiber grating manufacturing apparatus,
The optical fiber grating manufacturing apparatus further comprising a control module for controlling each component in the optical fiber grating manufacturing apparatus.

In the optical fiber grating manufacturing apparatus to form an optical fiber grating,
An optical fiber fixing process of fixing the optical fiber to the substrate or jig;
Light irradiation process of irradiating light;
A light condensing process of condensing the light to reach an optical fiber;
An optical system moving process of moving the optical system according to the focus value;
A phase mask movement step of positioning a phase mask between the optical fiber and the optical system; And
Including an optical fiber movement process of moving the optical fiber in the longitudinal direction of the optical fiber,
The optical fiber grating forming method, characterized in that the optical fiber grating is the optical fiber grating according to any one of claims 1 to 2.

The method of claim 12,
The optical fiber movement process,
Optical fiber grating forming method, characterized in that moving the optical fiber by a predetermined interval.