KR102261397B1 - 발열소자를 이용한 극초단 펄스 레이저 생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열소자를 이용한 극초단 레이저 펄스 생성장치에 관한 것으로, 일 실시예에 따르면, 능동 광섬유로 이루어진 이득매질; 상기 이득매질의 제1 단부와 제2 단부를 연결하여 광경로를 형성하는 광섬유; 상기 이득매질의 제2 단부측으로 펌프광을 제공하는 펌프 광원; 상기 광경로 중 상기 이득매질의 제1 단부측에 설치되는 광차폐기; 상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 편광필터; 및 상기 광섬유에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈 및 복수개 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 모드 잠금부;를 포함하는 극초단 레이저 펄스 생성장치를 개시한다.

Description

발열소자를 이용한 극초단 펄스 레이저 생성장치 {Ultrashort pulse laser apparatus using heating element}

본 발명은 펄스 레이저 생성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발열소자를 이용하여 극초단 펄스 레이저를 생성할 수 있는 펄스 레이저 생성장치에 관한 것이다.

정밀 측정이나 가공을 위해 레이저가 사용되는데 최근에 극초단 펄스 레이저가 널리 이용되기 시작하였다. 극초단 펄스 레이저는 펨토초 레이저라고도 하며 수 펨토초에서 수 피코초의 매우 짧은 펄스폭을 갖는 레이저이며, 열 손상 및 균열 등이 거의 발생하지 않아 초정밀 가공을 필요로 하는 레이저 가공, 디스플레이, 바이오, 의료, 반도체 등 다양한 분야에서 수요가 증가하고 있다.

종래에 비선형 편광 회전(NPR) 방법을 이용하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 광섬유 레이저 장치는 편광 조절을 위해 내부에 여러 개의 편광판(wave plate)들을 삽입하고 편광판을 회전시켜서 극초단 펄스 레이저를 생성하였다. 그러나 편광판을 사용할 경우 광섬유만으로 레이저 장치를 구성하지 못하고 광섬유에서 레이저 광이 나와서 편광판 및 광학계를 지나 다시 광섬유에 집광되도록 구성하였으며, 편광판을 조절하는 편광조절 광학계와 광섬유에 집광하는 광학계가 추가됨으로 인해 장치 부피가 커지고 외부 진동 또는 온도 변화로 인해 광학계 정렬이 틀어져 레이저의 성능이 저하되는 문제가 있다.

특허문헌1: 한국 공개특허 제2017-0069681호 (2017년 6월 21일 공개) 특허문헌2: 한국 등록특허 제10-1501509호 (2015년 3월 11일 공고)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발열소자를 이용하여 광섬유 레이저 내부의 레이저 광의 편광을 조절함으로써 극초단 펄스 레이저를 생성할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 발열소자를 이용한 극초단 레이저 펄스 생성장치로서, 능동 광섬유로 이루어진 이득매질(gain medium); 상기 이득매질의 제1 단부와 제2 단부를 연결하여 광경로를 형성하는 광섬유; 상기 이득매질의 제2 단부측으로 펌프광을 제공하는 펌프 광원; 상기 광경로 중 상기 이득매질의 제1 단부측에 설치되는 광차폐기; 상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 편광필터; 및 상기 광섬유에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈 및 복수개 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 모드 잠금부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 레이저 펄스 생성장치를 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 발열소자를 이용한 극초단 레이저 펄스 생성장치로서, 제1 단부와 제2 단부를 가지며 선형(linear) 광경로를 형성하는 광섬유; 상기 광경로 상에 배치되며 능동 광섬유로 이루어진 이득매질(gain medium); 이득매질의 제1 단부측에 펌프광을 제공하는 펌프 광원; 광섬유의 제1 단부에 설치되며 소정 반사율로 광을 반사시키는 제1 반사기; 광섬유의 제2 단부에 설치되며 광을 선택적으로 반사 또는 통과시키는 제2 반사기; 상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 편광필터; 및 상기 광섬유에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈 및 각각의 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 모드 잠금부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 레이저 펄스 생성장치를 개시한다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 레이저 생성장치는 펄스 생성을 위한 편광 조절을 위해 편광판이나 다른 광학소자를 사용할 필요가 없고 광섬유에 열을 가하여 편광 조절을 함으로써 간단한 구성과 낮은 가격으로 극초단 펄스 레이저를 생성할 수 있다.

또한 본 발명의 펄스 레이저 생성장치는 광섬유 만으로 구성이 가능하기 때문에 외부 진동이나 환경 변화에 의해 광학계의 정렬이 틀어져 성능이 저하되는 문제가 없고 아주 작은 크기의 극초단 펄스 레이저 장치를 구현하는 것도 가능해진다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 생성장치의 설명하는 도면,
도2는 광섬유 굴절률 변화를 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따른 발열 모듈을 설명하는 도면,
도4는 대안적 실시예에 따른 발열 모듈을 설명하는 도면,
도5는 또 다른 대안적 실시예에 따른 발열 모듈을 설명하는 도면,
도6은 일 실시예에 따라 발열 소자를 가열하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 방법을 설명하는 흐름도,
도7은 발열 소자에 인가하는 예시적인 전압 파형을 나타내는 도면,
도8은 또 다른 실시예에 따라 발열 소자를 가열하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 방법을 설명하는 흐름도,
도9 내지 도11은 극초단 펄스 레이저 생성장치의 대안적 실시예들을 설명하는 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

한편 본 명세서에서 특별한 구별의 실익이 없는 한 '광', '빛', '레이저', '레이저 광', '레이저 빔' 등의 용어를 동일한 의미로 사용하기로 하며 따라서 본 명세서에서 이들 용어는 서로 치환 가능하다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 생성장치의 개략적으로 도시하였다. 도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 생성장치(이하 간단히 "레이저 생성장치"라고도 함)는 링(ring) 타입의 폐경로를 이루는 광섬유(10), 펌프 광원(20), 파장분할 다중결합기(WDM)(30), 이득매질(40), 광차폐기(50), 편광필터(70), 커플러(80), 및 모드 잠금부(60)를 포함할 수 있다.

광섬유(10)는 일반적인 수동(passive) 타입의 광섬유를 사용할 수 있다. 광섬유(10)의 양 끝단이 이득매질(40)의 양쪽 단부와 각각 결합함으로써 링 캐비티(ring cavity) 타입의 광섬유 레이저를 위한 폐경로를 구성한다.

펌프 광원(20)은 펌프광을 생성하여 이를 이득매질(40)로 공급한다. 펌프 광원(20)은 레이저 다이오드(LD) 등으로 구현될 수 있고, 예를 들어 이득매질(200의 흡수광 파장(예컨대 980nm)에 해당하는 광을 펌핑하여 파장분할 다중결합기(WDM)(30)을 통해 이득매질(40)로 공급한다.

이득매질(40)은 예를 들어 능동(active) 광섬유로 구성될 수 있다. 능동 광섬유는 광섬유의 코어 부분에 희토류 원소가 첨가된 광섬유이다. 능동 광섬유에 첨가하는 희토류 원소는 파장에 따라 여러 종류가 있지만 일반적으로 어븀(Er), 이터븀(Yb) 및 툴륨(Tm) 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 어븀이 도핑된 광섬유(Erbium Doped Fiber, EDF)의 이득매질(40)은 980nm 또는 1480nm 파장을 흡수대역으로 하고 1550nm 파장을 중심으로 넓은 방출 대역을 가지며, 이터븀이 도핑된 광섬유(Ytterbium Doped Fiber, YDF)의 이득매질(40)은 980nm의 파장을 흡수대역으로 하고 1030nm 파장을 중심으로 수십 nm의 넓은 방출 대역을 가질 수 있다.

광차폐기(50)는 한쪽 방향으로만 광을 통과시키는 광학소자이며 이득매질(40)의 한쪽 단부측에 설치된다. 편광필터(70)는 광섬유(10)의 광경로의 임의의 위치에 설치될 수 있고 하나의 편광상태의 광만 통과시킬 수 있다. 커플러(80)는 커플러(80)로 들어온 광의 일부를 분할하여 외부로 출력할 수 있다.

모드 잠금부(60)는 이득매질(40)에서 생성되어 광섬유(10)를 순환하는 레이저 광의 편광상태를 조절하여 극초단 펄스 레이저를 생성한다. 본 명세서에서 '극초단 펄스'은 예를 들어 수 펨토초(femto-second) 내지 수 피코초(pico-second)의 주파수를 갖는 펄스를 의미한다.

일 실시예에서 모드 잠금부(60)는 광섬유(10)에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈 및 각각의 발열모듈에 전압을 인가하는 전원부(62), 그리고 전원부(62)를 제어하는 제어부(61)를 포함한다. 도시한 실시예의 경우 상기 복수개의 발열모듈은 2개의 발열모듈, 즉 편광필터(70)의 전단과 후단에 차례로 배열된 제1 발열모듈(HM1)과 제2 발열모듈(HM2)로 구성될 수 있다. 각 발열모듈(HM1,HM2)은 하나 이상의 발열소자를 포함할 수 있다. 그러나 구체적 실시 형태에 따라 발열모듈의 개수나 설치 위치 및 발열소자의 개수가 달라질 수 있다.

상술한 구성에 따른 광섬유 레이저의 레이저 생성 과정을 간단히 설명하기로 한다. 우선 펌프 광원(20)에서 900nm 내지 1000nm 사이의 파장대역을 갖는 펌프광을 생성하고 WDM(30)을 통해 이득매질(40)로 공급한다. 펌프광은 이득매질(40)의 능동 광섬유에 도핑된 이득물질을 여기시켜 높은 에너지 준위 갖게 하고, 여기된 능동 광섬유 내의 이득물질은 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 떨어지며 광자(photon)들을 방출한다. 예를 들어 어븀 도핑된 광섬유(EDF)는 1550nm 파장의 레이저 광을 방출하고 이터븀 도핑된 광섬유(YDF)는 1030nm의 레이저 광을 방출한다. 이 때 레이저 광의 각 광자들의 위상 상태나 파장은 일정하지 않은 무작위 상태이다.

생성된 광자들 중 이득매질(40)에서 광차폐기(50) 방향으로 진행하는 광자들은 광차폐기(50)에 의해 차단되고 WDM(30) 방향으로만(즉 도1에서 시계방향으로) 진행한다. WDM(30)에서 (어븀의 경우) 1550nm 또는 (이터븀의 경우) 1030nm의 광자들이 WDM(30)을 통과하여 편광필터(70) 방향으로 진행하고, 편광 필터(70)에서 편광 필터와 동일한 편광 방향의 광자들만 투과한다. 이렇게 편광 필터링된 광자들은 커플러(80)와 광차폐기(50)를 지나 다시 이득매질(40)로 진행하며 광학 캐비티(optical cavity)를 형성하게 된다.

이득매질(40)의 능동 광섬유로 입사된 광자들은 여기되어 있는 이득물질로부터 위상과 파장이 동일한 복제된 광자를 생성하며, 광자들은 광학 캐비티를 계속 순환하며 복제된 광자들을 생성하는 유도방출 과정을 통해 레이저 광을 발생시킨다. 이 때 생성된 레이저 광은 처음 레이저를 발진시킨 광자들이 복제 및 증폭되어 단일 파장을 가지는 레이저 광이다. 그리고 이 순환 과정에서 커플러(80)에서 일정 비율의 레이저 광을 레이저 출력으로 외부로 방출할 수 있다.

광학 캐비티 내부의 레이저 광의 강도가 세지게 되면 빛의 강도에 따라 자기위상변조(self-phase modulation), FWM(four-wave mixing), 커 효과(Kerr effect)와 같은 비선형 현상이 발생하게 되어 진행하는 레이저 광의 편광상태와 주파수의 성분 등이 변하게 된다. 이러한 비선형 현상과 더불어 캐비티 내부의 분산(dispersion) 조건과 캐비티 내부를 진행하는 빛의 편광 조건을 적절히 조절하게 되면 펄스폭이 수 펨토초에서 수 피코초 사이의 펄스폭을 갖는 극초단 펄스 레이저를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 이러한 극초단 펄스를 생성할 수 있는 편광상태를 만들기 위해 광섬유(10)의 일부에 열을 가할 수 있는 발열소자를 사용한다. 이와 관련하여 도2는 가열에 의해 광섬유의 굴절률 변화를 나타내는 도면으로 도2(a)는 광섬유(10) 일부의 길이방향의 단면이고 도2(b)는 폭방향의 단면을 개략적으로 도시하였다. 가장 일반적이고 간단한 형태의 광섬유는 도2(a)와 같이 소정의 제1 굴절률(n1)을 갖는 코어(11)와 제1 굴절률(n1)보다 작은 굴절률(n2)의 클래드(12)로 구성된다. 제1 굴절률(n1)이 제2 굴절률(n2)보다 크기 때문에 레이저 광은 빛의 전반사 과정을 겪으며 광섬유를 통하여 전파된다.

그런데 도2(b)에 도시한 것처럼 광섬유(10)에 열을 가하게 되면 광섬유의 굴절률이 광섬유 단면에서 균일하지 않고 온도 구배를 가지며 달라지게 된다. 예를 들어, 도2(b)에 나타낸 것처럼 광섬유에 X축의 한쪽 방향으로 열을 가하면 이 방향의 클래드(12) 표면이 가열되면서 클래드(12)의 굴절률이 낮아지고, 상대적으로 굴절률이 낮은 축(즉, 도면에서는 X축)에서는 빛의 전파 속도가 빨라지고 굴절률이 높은 축(즉 도면에서는 Y축)에서는 속도가 느려진다.

이와 같이 레이저 광이 광섬유(10)의 가열된 영역을 통과할 때 X방향 편광성분과 Y방향 편광성분 사이에 빛이 전파하는 속도가 달라지게 되며 이에 의해 각 광 성분의 위상 지연 정도에 따라 다양한 편광상태(선형편광, 타원편광, 원형편광 등)가 만들어진다.

따라서 도1에 도시한 것처럼 각각 하나 이상의 발열소자를 구비한 복수개의 발열모듈(HM1,HM2)을 광섬유(10)를 따라 배치하고 각 발열모듈의 발열소자의 각각이 광섬유(10)에 가하는 발열량을 다양하게 변경하며 조합함으로써 극초단 펄스 레이저가 생성되는 특정 편광상태를 만들어낼 수 있다.

이 때 바람직하게는 복수개 중 일부 발열모듈(HM1)은 편광필터(70) 전단의 광경로에 설치하고 나머지 일부 발열모듈(HM2)은 편광필터(70) 후단의 광경로에 설치하여 편광상태를 조절할 수 있다. 각 발열모듈 내에는 1개 이상의 발열소자가 광섬유(10)를 따라 배치되도록 구성되며 구체적 실시 형태에 따라 각 발열모듈이 구비하는 발열소자의 개수와 설치 위치가 달라질 수 있다.

이제 도3 내지 도5를 참조하여 제1 발열모듈(HM1)의 다양한 예시적 구성을 설명하기로 한다. 이하에서 설명하는 제1 발열모듈(HM1)의 구성은 제2 발열모듈(HM2)에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.

도3은 일 실시예에 따른 제1 발열 모듈(HM1)을 나타내는 도면으로 도3(a)는 길이방향의 단면이고 도3(b)는 폭방향의 단면을 개략적으로 도시하였다.

도면을 참조하면, 제1 발열모듈(HM1)은 열전도성 케이스(63) 내에 배치된다. 열전도성 케이스(63)는 예컨대 열전도성을 갖는 금속 또는 합금 성분의 케이스일 수 있다. 열전도성 케이스(63)는 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸도록 구성된다. 도시한 실시예에서 제1 발열모듈(HM1)은 2개의 발열소자, 즉 제1 채널의 발열소자(631)와 제2 채널의 발열소자(632)를 포함한다. 본 명세서에서 "채널"은 인가하는 전원(전압 또는 전류)의 전기신호가 서로 상이한 발열소자를 구분하기 위해 사용한 용어로, 예컨대 하나의 채널 내에 여러개의 발열소자가 포함된 경우에도 이들 발열소자에는 동일 전압 또는 전류가 인가되며 서로 다른 채널의 발열소자들 간에는 서로 상이한 전압 또는 전류가 인가된다.

제1 채널의 발열소자(631)는 열전도성 케이스(63) 내에서 광섬유(10)를 따라 배열되고 제2 채널의 발열소자(632)는 광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 채널의 발열소자(631)에서 이격되어 배치된다. 각 채널의 발열소자(631,632)는 각각 별개의 도선(635)에 의해 전원부(62)에 전기적으로 연결된다.

일 실시예에서 열전도성 케이스(63)의 적어도 한쪽 면에 히트싱크(64)가 부착될 수 있다. 정밀한 편광 제어를 위해서는 광섬유(10)가 발열소자 이외에는 외부 열에 영향을 받지 않도록 하는 것이 필요하다. 따라서 열전도성 케이스(63) 내부에 쌓인 열이 광섬유(10)에 영향을 주지 않도록 하기 위해 열전도성 케이스(63)의 적어도 한쪽면에 히트싱크(64)를 부착하여 열전도성 케이스(63)의 열을 외부로 신속히 방출하도록 구성할 수 있다.

각 발열소자(631,632)의 길이는 특별히 제한되지 않는다. 일반적으로 발열소자의 길이가 길어지면 위상 지연이 되는 길이가 길어지므로 작은 전류로 위상변화를 많이 일으킬 수 있고 발열소자의 길이가 짧으면 위상 지연이 상대적으로 작으므로 더 큰 전류가 필요하다. 그러므로 전류량을 줄이려면 발열소자를 길게 구성하는 것이 유리하지만 그러나 이 경우 긴 거리에 걸쳐 광섬유(10)에 열이 인가되므로 광섬유(10)의 물리적 길이가 팽창하여 위상지연이나 편광상태 제어에 방해가 될 수 있다. 따라서 광섬유 재질이나 인가할 전원의 크기 등 구체적 실시 형태에 따라 발열소자 길이를 적절히 설정하는 것이 바람직하다.

도4는 대안적 실시예에 따른 제1 발열모듈(HM1)을 설명하는 도면으로 도4(a)는 길이방향의 단면이고 도4(b)는 폭방향의 단면을 개략적으로 도시하였다.

도면을 참조하면, 대안적 실시예에 따른 제1 발열모듈(HM1)은 열전도성 케이스(63) 내에 제1 채널의 발열소자(631)와 제2 채널의 발열소자(632)를 포함하며 적어도 일 측면에 히트싱크(64)가 부착되는 점에서 도3의 구성과 동일하며, 다만 도4의 실시예에서는 각 채널의 발열소자가 한 쌍의 발열소자로 구성되는 점에 차이가 있다.

즉 도4에서 제1 채널의 발열소자(631)는 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 발열소자(631a,631b)로 구성된다. 제2 채널의 발열소자(632)는 광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 제1 채널의 발열소자(631)와 마찬가지로, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 발열소자로 구성된다.

이와 같이 각 채널의 발열소자를 광섬유(10)에 대해 방사상 방향으로 대칭인 위치에 각각 하나씩 배치된 쌍의 발열소자로 구성할 경우 이 방사상 방향을 따라 굴절률이 동일하게 변한다. 즉 방사상 방향의 동일 축상에서 굴절률이 동일하게 변하므로 편광상태 변화를 정량적으로 분석하고 제어할 수 있는 이점이 있다.

도5는 또 다른 대안적 실시예에 따른 제1 발열모듈(HM1)을 설명하는 도면으로 도5(a)는 길이방향의 단면이고 도5(b)와 도5(c)는 각각 도5(a)의 A-A'선과 B-B'선을 따라 절단했을 때의 폭방향 단면을 개략적으로 도시하였다.

도면을 참조하면, 도5의 제1 발열모듈(HM1)이 열전도성 케이스(63) 내에 제1 채널의 한 쌍의 발열소자(631)와 제2 채널의 한 쌍의 발열소자(632)를 포함하며 적어도 일 측면에 히트싱크(64)가 부착되는 점에서 도4의 구성과 동일하다. 다만 도5의 실시예에서는 재1 채널의 한 쌍의 발열소자(631)의 방사상 배열 방향과 제2 채널의 한 쌍의 발열소자(632)의 방사상 배열 방향이 상이한 점이서 도4의 실시예와 차이가 있다.

즉 도5에서 제1 채널의 발열소자(631)는 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 발열소자(631a,631b)로 구성된다. 제2 채널의 발열소자(632)는 광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향에 수직인 제2 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 발열소자(632a,632b)로 구성된다.

이와 같이 제1 채널의 발열소자(631)와 제2 채널의 발열소자(632)를 광섬유(10)에 대해 서로 상이한 방사상 방향으로 배치할 경우 더 다양한 편광상태를 만들 수 있는 이점이 있다. 모든 채널의 발열소자가 모두 동일한 방사상 방향으로 배열되는 경우에는 편광상태를 나타내는 푸앵카레 구(Poincare sphere) 상에서 한정된 경로를 따라 편광상태가 변화하므로 극초단 펄스 레이저를 생성하는 편광조건을 찾기가 어려우며, 적절한 편광조건을 찾기 위해 각 발열소자에 상대적으로 더 높은 전원(전압 또는 전류)를 인가해야 하는 문제가 있다. 그러나 도5의 실시예와 같이 두 채널의 발열소자를 방사상 방향으로 서로 수직으로 배열할 경우 다양한 편광상태를 만들 수 있어 극초단 펄스 레이저 생성에 최적의 편광조건을 찾을 수 있고 상대적으로 더 적은 전원을 사용하는 이점도 있다.

일 실시예에서 펄스가 생성될 때까지 다수의 채널의 발열소자에 가하는 전기신호를 변화시키면서 최적의 펄스 생성 조건을 찾는 과정을 자동화할 수 있다. 펄스 검출부(90)가 커플러(80)로부터 출력되는 레이저 출력에서 펄스를 검출하여 제어부(61)로 전달하고, 제어부(61)는 펄스가 생성되는 조건(모드 잠금)이 될 때까지 발열소자에 가해지는 전류 또는 전압을 변화시키다가 극초단 펄스가 생성되는 것을 감지하면 이 때 각 발열소자에 인가하는 전압 또는 전류를 모드 잠금 조건을 만족하는 전압 또는 전류로 저장하고 이 전압 또는 전류를 유지하도록 한다. 또한 내부 또는 외부 환경의 변화에 의해 레이저의 모드 잠금 조건이 변경된 경우 제어부(61)는 상술한 모드 잠금 조건을 찾는 과정을 다시 반복하여 새로운 모드 잠금 조건을 찾아 극초단 펄스 레이저를 발생시킬 수 있다.

이와 관련하여 도6은 일 실시예에 따라 발열소자를 가열하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 예시적 방법의 흐름도이다.

도면을 참조하면, 우선 단계(S110)에서 각 채널에 인가할 전기신호의 주기를 설정한다. 전기신호의 주기는 각 채널별로 다르게 설정되며 이러한 전기신호의 일 예를 도7에 도시하였다. 펄스 발생부(60)의 전체 발열소자 채널의 개수가 4개인 경우, 도7(a)에 도시한 것처럼 시간주기가 상이한 4개의 삼각파 형태의 전기신호를 각 채널의 발열소자에 인가할 수 있다. 시간주기가 서로 다르기 때문에 수많은 조합의 전기신호 인가 조건이 생성되므로 다양한 편광 상태를 만들 수 있다.

전기신호는 삼각파 형태에 한정되지 않으며, 예컨대 사인파 형태의 전기신호를 인가할 수도 있다. 그러나 사인파의 경우 시간에 따라 파형의 기울기가 일정하지 않으므로 발열소자에 의해 발생하는 열의 증감이 일정하지 않아 편광 제어가 어려운 단점이 있으며, 시간에 따른 파형의 기울기가 일정한 삼각파형을 사용하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 각 채널에 인가할 전기신호의 진폭(V_2π)은, 전기신호에 의한 열에 의해 발생하는 빛의 두 편광 성분의 위상 차이가 적어도 2π 이상이 되도록 하는 전압값으로 설정할 수 있다.

이 때 바람직하게는 각 삼각파형의 전기신호의 각각이 미세한 시간 간격마다 단위 스텝씩 증가하는 파형으로 이루어진다. 예를 들어 도7(b)는 도7(a)의 제1 채널 인가 전기신호(V1)를 확대하여 개략적으로 나타낸 것으로(단, 도7(a)와 도7(b)의 X축 및 Y축 스케일이 다름), 도7(b)에 도시한 것처럼 전기신호(V1)는 소정 분해능(각 스텝의 Y축 간격)을 가지며 소정 시간 간격마다 한 스텝씩 증가하는 파형으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 소정의 분해능(한 스텝의 전압 간격)은 전기신호의 인가로 인해 발생하는 빛의 두 편광 성분의 위상 차이가 2π/36 rad 보다 작은 값이 되도록 할 때의 전압 간격일 수 있다. 한편 제2 내지 제4 채널에 인가하는 전기신호(V2 내지 V4)는 도시하지 않았지만 이들 전기신호도 도7(b)와 유사하게 소정 시간간격마다 한 스텝씩 증가하는 스텝 파형의 전기신호로 구성됨을 이해할 것이다. 다만 이 때 각 전기신호(V1 내지 V4)의 기울기가 서로 다르므로, 각 전기신호(V1 내지 V4)의 한 스텝의 전압 증가분(분해능)이 서로 상이함을 이해할 것이다.

다시 도6을 참조하면, 위와 같이 각 채널에 인가할 전기신호(V1 내지 V4)를 설정하고 저장한 후 펌프 광원(20)을 켜서 레이저를 발생시킨다(S120). 그 후 위 단계(S110)에서 설정한 각 채널의 전기신호 값을 읽어서 이 전기신호를 각 채널에 동시에 인가한다. 즉 제1 내지 제4 채널의 각 채널에 도7(a)의 제1 내지 제4 전기신호(V1 내지 V4)를 각각 인가하며, 소정 시간마다(예컨대, 도7(b)의 전기신호에서 전압을 한 스텝씩 증가시키는 시간 간격마다) 펄스 레이저가 생성되었는지를 판단하고(S140) 펄스가 생성되지 않으면 상기 소정 시간 간격마다 각 전기신호의 크기를 한 스텝씩 증가시키고(S160) 저장한 후(S150) 이 증가된 값으로 각 채널에 전기신호를 다시 인가하는(S130) 동작을 반복한다.

만일 펄스가 생성되었다면 모드 잠금 조건이 충족하였다고 판단하고 이 때의 각 채널의 인가신호(전압 값)를 저장하고(S150), 이후부터는 이 저장된 전압 값으로 각 채널에 전기신호를 인가하여(S130) 모드 잠금 조건을 유지시키며 펄스 레이저를 지속적으로 생성할 수 있다.

도8은 또 다른 실시예에 따라 발열소자를 가열하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 방법의 흐름도이다.

도면을 참조하면, 단계(S210)에서 각 채널에 인가할 전기신호의 주기를 설정하고(S220) 펌프 광원(20)을 켜고 각 채널에 전기신호를 인가하며(S230), 이 단계는 도6의 단계(S110 내지 S130)과 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다.

이 때 최초에 단계(S230)에서 모든 채널의 전기신호를 0으로 설정할 수 있고, 제1 채널의 발열소자에 0부터 소정 피크전압(V_2π)까지 제1 전압신호(V_ch1)를 한 스텝씩 증가시키며 인가하면서 펄스 레이저 생성여부를 판단한다(S240, S250, S251, S290, S230, S240을 순환하는 제1 판단 단계).

상기 제1 판단 단계에서 펄스 레이저가 생성되지 않으면, 제2 채널의 발열소자에 0부터 상기 피크전압(V_2π)까지 제2 전압신호(V_ch2)를 소정 스텝씩 증가시키며 인가하되 이 때 제2 전압신호의 매 스텝 증가시마다 상기 제1 판단 단계 전체를 반복한다(S240, S260, S261, S290, S230, S240을 순환하는 제2 판단 단계).

만일 상기 제2 판단 단계에서도 펄스 레이저가 생성되지 않으면, 제3 채널의 발열소자에 0부터 상기 피크전압(V_2π)까지 제3 전압신호(V_ch3)를 소정 스텝 전압씩 증가시키며 인가하되 이 때 제3 전압신호의 매 스텝 증가시마다 상기 제2 판단 단계의 전체를 반복한다(S240, S270, S271, S290, S230, S240을 순환하는 제3 판단 단계).

그리고 만일 상기 제3 판단 단계에서도 펄스 레이저가 생성되지 않으면, 제4 채널의 발열소자에 0부터 상기 피크전압(V_2π)까지 제4 전압신호(V_ch4)를 소정 스텝씩 증가시키며 인가하되 이 때 제4 전압신호의 매 스텝 증가시마다 상기 제3 판단 단계의 전체를 반복한다(S240, S280, S281, S290, S230, S240을 순환하는 제4 판단 단계).

상기 제1 내지 제4 판단 단계를 수행하는 도중 만일 펄스가 생성되었다면, 모드 잠금 조건이 충족하였다고 판단하고 이 때의 각 채널의 인가신호(전압 값)를 저장하고(S290) 이후부터는 이 저장된 전압 값으로 각 채널에 전기신호를 인가하여(S230) 모드 잠금 조건을 유지시키며 펄스 레이저를 지속적으로 생성하게 된다.

이제 도9 내지 도11을 참조하여 극초단 펄스 레이저 생성장치의 다양한 변형례들을 설명하기로 한다.

도9는 도1의 대안적 실시예에 따른 펄스 레이저 생성장치를 나타낸다. 도1과 비교할 때 도9의 레이저 생성장치는 편광필터(70)를 편광 빔스플리터(PBS)(75)로 대체하였고 광경로 상에 배치되는 포화흡수체(100)를 추가로 설치하였다.

PBS(75)는 펄스 레이저를 편광상태에 따라 투과 또는 반사시키는 광학소자이다. 따라서 펄스 레이저의 편광상태에 따라 일부는 PBS(75)를 통과하여 광섬유(10)를 계속 순환하고 일부는 PBS(75)에서 반사되어 레이저 출력으로 외부로 내보낼 수 있으며 이렇게 출력되는 펄스 레이저를 소정 용도에 따라 활용할 수 있다.

한편 포화흡수체(saturable absorber: SA)(100)는 펄스 생성을 쉽게 하기 위해 펄스 생성을 유도할 수 있는 광학소자이다. 포화흡수체(100)는 예를 들어 반도체 포화흡수체(semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브, 그래핀 등으로 만들어지며, 광이 포화흡수체(100)를 통과할 때 펄스의 피크값 주위의 광은 통과시키고 펄스의 양측 사이드 영역은 흡수하여 차단하는 역할을 한다. 따라서 레이저 광이 포화흡수체(100)를 계속 통과할 때마다 펄스폭이 점차 작아져서 펨토초 수준의 펄스 레이저를 발생시킬 수 있다.

한편 도9에서 PBS(75)와 포화흡수체(100)가 동시에 사용되어야 할 필요는 없으며, 예컨대 도1의 레이저 생성장치에 포화흡수체(100)만 추가할 수도 있고 도1의 레이저 생성장치에서 편광필터(70)를 PBS(75)로 대체하기만 한 구성도 가능함은 물론이다.

도10은 도1의 또 다른 대안적 실시예에 따른 펄스 레이저 생성장치를 나타낸다. 도1과 비교할 때 도10의 레이저 생성장치는 지연라인(110), 주파수 비교기(120), 및 제어부(130)를 더 포함한다.

지연라인(110)은 광경로의 길이를 조절할 수 있으며 예컨대 커플러(80)와 광차폐기(50) 사이에 배치될 수 있다. 주파수 비교기(120)는 펄스 검출부(90)에 검출한 펄스 생성 주파수를 받아서 이를 기설정된 기준 주파수와 비교하며, 제어부(1130)는 이 비교 결과에 따라 펄스 레이저의 펄스 생성 주파수가 기준 주파수에 일치하도록 지연라인(110)을 제어하여 광경로의 길이를 조절한다.

일반적으로 링 캐비티(ring cavity) 타입의 레이저 생성장치에서 펄스 레이저는 c/L의 주기로 펄스를 생성하며, 여기서 c는 광속도이고 L은 링 캐비티의 전체 길이이다. 그런데 주위 환경이나 광학소자들의 변경에 의해 펄스 생성주기가 변할 수 있는데, 위와 같이 출력되는 펄스 레이저의 펄스 생성 주파수를 기설정된 기준 주파수에 맞추도록 지연라인(110)을 조절하면 항상 일정한 펄스 생성주기로 펄스 레이저를 생성할 수 있게 된다.

도11은 본 발명의 또 다른 대안적 실시예에 따른 펄스 레이저 생성장치를 나타낸다.

도1, 도9, 및 도10의 실시예는 링 캐비티 타입의 광섬유 레이저 생성장치이지만, 본 발명의 모드 잠금부(60)는 도11과 같은 리니어 캐비티(linear cavity) 타입의 광섬유 레이저 생성장치에도 적용 가능하며, 도11은 이러한 리니어 캐비티 타입의 예시적인 레이저 생성장치를 개략적으로 도시하였다.

도면을 참조하면, 도11의 레이저 생성장치를 구성하는 광섬유(10), 펌프 광원(20), WDM(30), 이득매질(40), 모드 잠금부(60), 및 편광필터(70)는 도1의 각 구성요소(10, 20, 30, 40, 60, 70)에 동일하게 대응되므로 동일한 부재번호를 사용하였고 설명도 생략하기로 한다.

도11의 리니어 타입에서 레이저 광은 광섬유(10) 양끝단의 반사기(150, 160)에서 반사되면서 증폭된다. 반사기(150)는 광섬유(10)의 제1 단부에 설치되며 소정 반사율로 광을 반사시킨다. 제2 반사기(160)는 광섬유(10)의 제2 단부에 설치되며 광을 선택적으로 반사 또는 통과시킬 수 있다.

도1의 실시예와 유사하게 모드 잠금부(60)는 복수개의 발열모듈을 구비하며 편광필터(70)의 전단과 후단에 각각 설치될 수 있다. 또한 도11에 도시하지 않았지만 도1과 마찬가지로 모드 잠금부(60)는 레이저 출력에서 펄스를 검출하는 펄스 검출부(도1의 90)와 제어부(도1의 60)를 더 포함하며, 제어부는 펄스가 생성될 때까지 각 채널의 발열소자에 전기신호를 가변하면서 인가하도록 제어할 수 있다.

또한 이 때 모드 잠금부(60)의 각 발열모듈은 도3 내지 도5에 도시한 구성을 가질 수 있으며 펄스 레이저를 생성하는 구체적 방법으로서 도6 또는 도8의 방법을 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 광섬유 20: 펌프 광원
30: WDM 40: 이득매질
50: 광차폐기 60: 모드 잠금부
70: 편광필터 80: 커플러
90: 펄스 검출부 100: 포화흡수체
110: 지연라인 120: 주파수 비교기
130: 제어부

Claims (15)

1. 발열소자를 이용한 극초단 펄스 레이저 생성장치로서,
   능동 광섬유로 이루어진 이득매질(gain medium)(40);
   상기 이득매질의 제1 단부와 제2 단부를 연결하여 광경로를 형성하는 광섬유(10);
   상기 이득매질의 제2 단부측으로 펌프광을 제공하는 펌프 광원(20);
   상기 광경로 중 상기 이득매질의 제1 단부측에 설치되는 광차폐기(50);
   상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 광학소자; 및
   상기 광섬유(10)에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈, 각각의 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부, 및 상기 광섬유(10)에서 출력되는 출력 레이저에 기초하여 상기 복수개의 발열모듈의 각 발열소자의 각각에 서로 상이한 시간주기의 전압을 인가하도록 하는 제어신호를 생성하는 제어부를 포함하는 모드 잠금부(60);를 포함하고,
   상기 모드 잠금부는, 서로 상이한 시간주기를 갖는 전압신호를 상기 복수개의 발열소자의 각각에 동시에 인가하고(S130), 소정 시간마다, 펄스 레이저가 생성되었는지를 판단하고(S140), 펄스 레이저가 생성되었을 때 이 때의 전압신호의 각 전압 값을 저장하고(S150), 이 저장된 전압 값으로 상기 복수개의 발열소자의 각각에 전압신호를 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수개의 발열모듈은, 상기 광학소자의 전단에서 광섬유(10)를 따라 배열된 제1 발열모듈(HM1) 및 상기 광학소자의 후단에서 광섬유(10)를 따라 배열된 제2 발열모듈(HM2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 발열모듈(HM1)은 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸는 열전도성 케이스(63) 내에 배치되고,
   상기 제1 발열모듈(HM1)은,
   열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제1 발열소자(631); 및
   광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제2 발열소자(632);를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 발열모듈(HM1)은 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸는 열전도성 케이스(63) 내에 배치되고,
   상기 제1 발열모듈(HM1)은,
   열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제1 발열소자(631); 및
   광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향에 수직인 제2 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 제2 발열소자(632);를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
5. 삭제
6. 발열소자를 이용한 극초단 펄스 레이저 생성장치로서,
   능동 광섬유로 이루어진 이득매질(40);
   상기 이득매질의 제1 단부와 제2 단부를 연결하여 광경로를 형성하는 광섬유(10);
   상기 이득매질의 제2 단부측으로 펌프광을 제공하는 펌프 광원(20);
   상기 광경로 중 상기 이득매질의 제1 단부측에 설치되는 광차폐기(50);
   상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 광학소자; 및
   상기 광섬유(10)에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈, 각각의 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부, 및 상기 광섬유(10)에서 출력되는 출력 레이저에 기초하여 상기 복수개의 발열모듈의 각 발열소자의 각각에 서로 상이한 전압을 인가하도록 하는 제어신호를 생성하는 제어부를 구비한 모드 잠금부(60);를 포함하고,
   상기 모드 잠금부는,
   제1 발열소자에 0부터 소정 피크전압(V_2π)까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제1 전압신호를 인가하면서 펄스 레이저 생성여부를 판단하고(1단계),
   펄스 레이저 생성이 없으면, 제2 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제2 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 1단계를 반복하고(2단계),
   펄스 레이저 생성이 없으면, 제3 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제3 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 2단계를 반복하고(3단계),
   펄스 레이저 생성이 없으면, 제4 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제4 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 3단계를 반복(4단계)하도록 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 광경로에 설치되는 포화흡수체를 더 포함하며, 상기 포화흡수체는 반도체 포화흡수체, 탄소나노튜브, 및 그래핀 중 적어도 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 광학소자가 편광필터(70) 또는 편광 빔스플리터(PBS)(75) 중 하나인 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 광경로에 설치되는 지연라인(110);
   상기 광섬유(10)에서 출력되는 펄스 레이저의 펄스 생성 주파수와 기설정된 기준 주파수를 비교하는 주파수 비교기(120); 및
   상기 주파수 비교기의 비교 결과에 기초하여 상기 펄스 레이저의 펄스 생성 주파수와 기준 주파수가 일치하도록 지연라인(110)을 제어하는 제어부(130);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
10. 발열소자를 이용한 극초단 펄스 레이저 생성장치로서,
    제1 단부와 제2 단부를 가지며 선형(linear) 광경로를 형성하는 광섬유(10);
    상기 광경로 상에 배치되며 능동 광섬유로 이루어진 이득매질(gain medium)(40);
    이득매질의 제1 단부측에 펌프광을 제공하는 펌프 광원(20);
    광섬유의 제1 단부에 설치되며 소정 반사율로 광을 반사시키는 제1 반사기(150);
    광섬유의 제2 단부에 설치되며 광을 선택적으로 반사 또는 통과시키는 제2 반사기(160);
    상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 광학소자; 및
    상기 광섬유(10)에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈, 각각의 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부, 및 상기 광섬유(10)에서 출력되는 출력 레이저에 기초하여 상기 복수개의 발열모듈의 각 발열소자의 각각에 서로 상이한 시간주기의 전압을 인가하도록 하는 제어신호를 생성하는 제어부를 구비한 모드 잠금부를 포함하는 모드 잠금부(60);를 포함하고,
    상기 모드 잠금부는, 서로 상이한 시간주기를 갖는 전압신호를 상기 복수개의 발열소자의 각각에 동시에 인가하고(S130), 소정 시간마다, 펄스 레이저가 생성되었는지를 판단하고(S140), 펄스 레이저가 생성되었을 때 이 때의 전압신호의 각 전압 값을 저장하고(S150), 이 저장된 전압 값으로 상기 복수개의 발열소자의 각각에 전압신호를 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수개의 발열모듈은, 광경로상에서 상기 광학소자의 전단에 배열된 제1 발열모듈 및 상기 광학소자의 후단에 배열된 제2 발열모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 발열모듈은 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸는 열전도성 케이스(63) 내에 배치되고,
    상기 제1 발열모듈은,
    열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제1 발열소자; 및
    광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제2 발열소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 발열모듈은 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸는 열전도성 케이스(63) 내에 배치되고,
    상기 제1 발열모듈은,
    열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제1 발열소자; 및
    광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향에 수직인 제2 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제2 발열소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
14. 삭제
15. 발열소자를 이용한 극초단 펄스 레이저 생성장치로서,
    제1 단부와 제2 단부를 가지며 선형 광경로를 형성하는 광섬유(10);
    상기 광경로 상에 배치되며 능동 광섬유로 이루어진 이득매질(40);
    이득매질의 제1 단부측에 펌프광을 제공하는 펌프 광원(20);
    광섬유의 제1 단부에 설치되며 소정 반사율로 광을 반사시키는 제1 반사기(150);
    광섬유의 제2 단부에 설치되며 광을 선택적으로 반사 또는 통과시키는 제2 반사기(160);
    상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 광학소자; 및
    상기 광섬유(10)에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈, 각각의 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부, 및 상기 광섬유(10)에서 출력되는 출력 레이저에 기초하여 상기 복수개의 발열소자의 각각에 서로 상이한 전압을 인가하도록 하는 제어신호를 생성하는 제어부를 구비한 모드 잠금부;를 포함하고,
    상기 모드 잠금부는,
    제1 발열소자에 0부터 소정 피크전압(V_2π)까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제1 전압신호를 인가하면서 펄스 레이저 생성여부를 판단하고(1단계),
    펄스 레이저 생성이 없으면, 제2 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제2 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 1단계를 반복하고(2단계),
    펄스 레이저 생성이 없으면, 제3 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제3 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 2단계를 반복하고(3단계),
    펄스 레이저 생성이 없으면, 제4 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제4 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 3단계를 반복(4단계)하도록 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.

Images