KR102271640B1 - 광섬유 레이저 어셈블리 - Google Patents

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정환성
김동준
조민식
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국방과학연구소
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Abstract

일 실시 예에 따른 광섬유 레이저 어셈블리는, 레이저 광원; 상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔이 통과하는 제 1 광섬유; 상기 제 1 광섬유로부터 출사되어 제 1 경로를 따라 진행하는 레이저 빔을 반사시키는 반사 거울; 상기 반사 거울에서 반사되어 제 2 경로를 따라 진행하는 레이저 빔이 입사되는 제 2 광섬유; 및 상기 제 2 광섬유의 출력측 단부에 연결되어, 레이저 빔을 외부로 발산시키는 어레이를 포함하고, 상기 제 2 광섬유는, 상기 어레이로부터 반사되어 나오는 후방 산란광을 굴절시킴으로써, 후방 산란광이 상기 제 2 경로를 이탈하여 진행하도록 할 수 있다.

Description

광섬유 레이저 어셈블리{OPTICAL FIBER LASER ASSEMBLY}
아래의 설명은 광섬유 레이저 어셈블리에 관한 것이다.
광섬유 레이저는 기존 보고된 고체 레이저 및 기체 레이저와 비교하여 높은 구조적 안정성을 가지고 있으며 우수한 빔 품질 및 출력 안정성을 가지고 있다. 이러한 장점을 가지고 있는 광섬유 레이저는 산업, 의료, 국방 분야에서 응용되고 있으며 그 응용 분야가 증가됨에 따라 광섬유 레이저의 출력 증대에 대한 요구가 더욱 증가하고 있다. 단일 오실레이터 혹은 증폭기 기반의 레이저의 출력 증대에는 물리적 제한으로 인하여 한계가 존재하며 이를 극복하기 위해 고출력 레이저를 결합하는 빔 결합 방식이 보고되고 있다. 빔 결합 방식 중 대표적으로 파장제어 빔 결합 방식과 위상제어 빔 결합 방식이 있으며 이러한 방식을 이용하여 수십 kW 이상 출력을 갖는 레이저 연구들이 진행되고 있다. 특히, 파장 제어 빔 결합 방식을 구현하기 위해서는 다수의 발진 파장이 다른 협대역 고출력 광섬유 레이저 구현이 요구된다.
협대역 고출력 광섬유 레이저에서 발생되는 후방 산란광은 레일리 산란광과 유도 브릴루앙 산란(Stimulated Brillouin Scattering, SBS) 광(이하, SBS 광)이 있다. 특히 SBS 광은 협대역 고출력 광섬유 레이저에서 발생하며 이는 광섬유 레이저의 출력 증대 측면에서 주요 제한 요소이다. SBS 광은 레이저 진행방향과 반대 방향으로 진행하는 특징을 가지고 있으며 SBS 효과와 관련된 인자로는 레이저 출력 및 광섬유 길이 등이 있다.
광섬유에서 발생되는 SBS 효과를 억제하기 위해 보고된 방법으로는 온도 구배, 장력 배분, 입력 빔 선폭 변조 등이 있다. 온도 구매 및 장력 배분 방식을 이용하여 광섬유 내에서 발생되는 SBS 효과를 억제하는 방법은 광섬유 레이저 내에 추가적인 구조가 삽입되어 광섬유 레이저 자체의 크기가 증가하게 되며 소형 경량화 측면에서 불리하게 작용한다. SBS 효과는 입력 빔의 선폭과 관련되어 있으며 SBS 효과 억제를 위해 수~수십 GHz 선폭을 갖는 입력 빔을 활용한다. 의사 랜덤 비트 시퀀스(Pseudo-random bit sequence) 신호가 가장 효과적이라고 알려져 있다. 보고된 SBS 완화 방안을 이용하여 kW 급 협대역 광섬유 레이저들이 보고되고 있다.
수십 kW급 레이저 구현을 위해 빔 결합 레이저 연구가 수행되고 있으며 고출력 빔결합 레이저는 고출력 광섬유 레이저와 빔 결합 장치 조립을 위해 전송 광섬유가 사용되고 있다. 결합 빔의 출력 특성을 향상시키기 위해서는 적절한 길이의 전송 광섬유가 필요하며 전송 광섬유의 길이가 확보되지 않을 경우 대구경 광섬유의 뒤틀림으로 도파되는 광의 공간분포가 왜곡된다. 공간분포 왜곡은 결합 빔 특성을 저하시킬 뿐만 아니라 빔 결합 장치의 구성품 소손을 초래하게 된다. 결합 빔 성능을 향상시키기 위해 적절한 길이의 전송 광섬유 길이를 적용할 경우 SBS 효과로 인하여 광섬유 레이저 출력이 감소된다. 빔 결합 레이저의 출력 증대 및 소형 경량화 요구됨에 따라 광섬유 레이저의 출력이 증대가 요구되고 있어 기존 SBS 효과 억제 방안뿐만 아니라 추가적인 SBS 광 억제 방안이 필요하다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 광섬유의 길이를 증가시키고 고출력 레이저에서 발생되는 후방 산란광을 억제하여, 레이저 출력을 감쇄시키지 않고, 결합 빔 성능이 향상되는 광섬유 레이저 어셈블리를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 광섬유 레이저 어셈블리는, 레이저 광원; 상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔이 통과하는 제 1 광섬유; 상기 제 1 광섬유로부터 출사되어 제 1 경로를 따라 진행하는 레이저 빔을 반사시키는 반사 거울; 상기 반사 거울에서 반사되어 제 2 경로를 따라 진행하는 레이저 빔이 입사되는 제 2 광섬유; 및 상기 제 2 광섬유의 출력측 단부에 연결되어, 레이저 빔을 외부로 발산시키는 어레이를 포함하고, 상기 제 2 광섬유는, 상기 어레이로부터 반사되어 나오는 후방 산란광을 굴절시킴으로써, 후방 산란광이 상기 제 2 경로를 이탈하여 진행하도록 할 수 있다.
상기 제 2 광섬유는, 상기 어레이에 연결되는 광섬유 채널; 및 상기 광섬유 채널의 양 단부 중 상기 어레이에 연결되지 않는 단부에 형성되는 엔드캡을 포함할 수 있다.
상기 엔드캡은, 상기 광섬유 채널의 길이 방향과 수직하지 않은 단면을 포함할 수 있다.
상기 엔드캡의 상기 단면은, 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여 상기 반사 거울이 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 경사진 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 광섬유의 길이는, 상기 제 2 광섬유의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 광섬유 레이저 어셈블리는, 상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되며, 특정한 대역의 파장을 필터링 가능한 광학 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 광학 필터는, 상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔의 파장 대역은 투과시키면서, 상기 레이저 빔의 파장 대역으로부터 천이된 파장 대역을 갖는 상기 후방 산란광의 파장 대역을 차단시키는 VBG(Volume Bragg Grating)일 수 있다.
상기 광학 필터는, (i) 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여, 상기 제 2 광섬유의 엔드캡의 단면이 기울어진 방향과 동일한 방향으로 경사지게 배치되고, (ii) 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여, 상기 반사 거울이 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 광섬유 레이저 어셈블리는, 상기 제 1 광섬유 및 상기 반사 거울 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 제 1 광섬유에서 발산하는 레이저 빔을 평행광 형태로 시준시키는 제 1 렌즈 광학부; 및 상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 평행광 형태의 레이저 빔을, 상기 제 2 광섬유의 코어를 향하여 집속시키는 제 2 렌즈 광학부를 더 포함할 수 있다.
상기 광섬유 레이저 어셈블리는, 상기 제 1 광섬유 및 상기 제 2 광섬유는 각각, 광섬유의 온도를 냉각시키기 위한 냉각 관로를 포함할 수 있다.
상기 제 1 광섬유의 양 단부 중 상기 반사 거울을 향하여 위치하는 단부에 형성되는 제 1 엔드캡의 NA 값(Numerical Aperture 값) 보다, 상기 제 2 광섬유의 양 단부 중 상기 반사 거울을 향하여 위치하는 단부에 형성되는 제 2 엔드캡의 NA 값이 더 클 수 있다.
일 실시 예에 따른 광섬유 레이저 어셈블리는, 레이저 광원; 상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔이 통과하는 제 1 광섬유; 상기 제 1 광섬유로부터 출사되어 제 1 경로를 따라 진행하는 레이저 빔을 반사시키는 반사 거울; 상기 반사 거울에서 반사되어 제 2 경로를 따라 진행하는 레이저 빔이 입사되는 제 2 광섬유; 상기 제 2 광섬유의 출력측 단부에 연결되어, 레이저 빔을 외부로 발산시키는 어레이; 및 상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 어레이로부터 반사되어 나오는 후방 산란광 중 적어도 일부를 차폐하기 위한 광 클리퍼를 포함할 수 있다.
상기 제 1 광섬유의 양 단부 중 상기 반사 거울을 향하여 위치하는 단부에 형성되는 제 1 엔드캡의 NA 값(Numerical Aperture 값) 보다, 상기 제 2 광섬유의 양 단부 중 상기 반사 거울을 향하여 위치하는 단부에 형성되는 제 2 엔드캡의 NA 값이 더 클 수 있다.
상기 광섬유 레이저 어셈블리는, 상기 제 1 광섬유 및 상기 반사 거울 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 제 1 광섬유에서 발산하는 레이저 빔을 평행광 형태로 시준시키는 제 1 렌즈 광학부; 및 상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 평행광 형태의 레이저 빔을, 상기 제 2 광섬유의 코어를 향하여 집속시키는 제 2 렌즈 광학부를 더 포함하고, 상기 광 클리퍼는, 상기 반사 거울 및 상기 제 2 렌즈 광학부 사이에 위치할 수 있다.
상기 제 2 광섬유의 길이 방향에 수직한 평면에 대하여, 상기 제 2 광섬유의 엔드캡의 단면은 경사지게 형성됨으로써, 상기 후방 산란광은 상기 제 2 경로를 이탈하여 진행하고, 상기 광 클리퍼는, 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여, 상기 제 2 광섬유의 엔드캡의 단면이 기울어진 방향과 동일한 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 광 클리퍼는, 상기 제 2 광섬유의 엔드캡의 단면의 각도와 동일한 각도를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면 광섬유 레이저 어셈블리는, 제 1 경로로 진행하는 레이저 빔이 반사 거울에 입사함으로써, 제 2 경로로 진행하고, 레이저 빔이 후방으로 반사되고, 반사된 레이저 빔이 상기 제 2 경로를 이탈함으로써 억제될 수 있다.
일 실시 예에 따른 광섬유 레이저 어셈블리는, 협대역 고출력 광섬유 레이저에서 발생되는 후방 산란광의 손실을 의도적으로 발생시켜, 후방 산란광 효과를 억제함으로써, 광섬유의 길이를 증가시키면서도, 레이저 출력을 감쇄시키지 않을 수 있고, 결합 빔 성능이 향상될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 광섬유 레이저 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 광섬유 레이저 어셈블리를 나타낸 도면이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 광섬유 레이저 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 광섬유 레이저 어셈블리(1)는, 충분한 길이의 전송부를 확보하여 레이저 출력을 감쇄시키지 않으면서도, 후방으로 산란되는 광을 제거할 수 있다. 예를 들어, 광섬유 레이저 어셈블리(1)는, 제 1 경로로 진행하는 레이저 빔이 반사 거울(14)에 입사함으로써, 제 2 경로로 진행하고, 레이저 빔이 후방으로 반사되고, 반사된 레이저 빔이 제 2 경로를 이탈함으로써 후방으로 산란되는 광을 억제할 수 있다.
광섬유 레이저 어셈블리(1)는, 레이저 광원(11), 제 1 광섬유(12), 제 1 렌즈 광학부(13), 반사 거울(14), 광학 필터(15), 제 2 렌즈 광학부(16), 제 2 광섬유(17) 및 어레이(18)를 포함할 수 있다.
레이저 광원(11)은 유도 방출에 의하여 증폭된 빛을 발하는 장치이고, 레이저 광원(11)으로부터 나온 레이저 빔이 결합되어 고출력 협대역 레이저를 형성할 수 있다.
제 1 광섬유(12)는 레이저 광원(11)으로부터 나온 입사 레이저 빔이 통과할 수 있다. 제 1 광섬유(12)는 제 1 광섬유 채널(121), 제 1 엔드캡(122) 및 냉각 관로(123)를 포함할 수 있다.
제 1 엔드캡(122)은, 제 1 광섬유 채널(121)의 단부에 위치하여 제 1 광섬유 채널(121)을 통과하는 레이저 빔이 토출되는 단부로 기능하며, 제 1 광섬유 채널(121)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 엔드캡(122)의 직경은 제 1 광섬유 채널(121)의 직경의 2배일 수 있다.
냉각 관로(123)는 제 1 광섬유(12)의 주변부에 배치되어 온도 변화를 완충하여 레이저 출력 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 냉각 관로(123)는, 제 1 엔드캡(122)의 외주면에 접촉하여 형성될 수 있다.
제 1 렌즈 광학부(13)는, 제 1 엔드캡(122)으로부터 발산되는 레이저를 평행광 형태로 시준시키기 위한 광학 요소로써, 제 1 광섬유(12) 및 반사 거울(14) 사이에 위치할 수 있다.
반사 거울(14)은 제 1 광섬유(12)로부터 나온 입사 레이저 빔을 반사시켜서 제 2 광섬유(17)로 입사시킬 수 있다. 한편, 제 1 광섬유(12)로부터 반사 거울(14)까지의 레이저 빔의 경로를 "제 1 경로"라고 하고, 반사 거울(14)로부터 제 2 광섬유(17)까지의 레이저 빔의 경로를 "제 2 경로"라고 할 수 있다.
제 2 렌즈 광학부(16)는, 반사 거울(14)로부터 반사된 평행광을 제 2 광섬유(17)의 코어를 향하여 집속시키기 위한 광학 요소로써, 반사 거울(14) 및 제 2 광섬유(17) 사이에 위치할 수 있다. 제 2 렌즈 광학부(16)의 초점은, 레이저 빔이 제 2 광섬유(17)의 코어로 입사될 수 있도록, 반사 거울(14)로부터 제 2 광섬유(17)까지의 거리에 따라서 달라질 수 있다.
제 2 광섬유(17)로는 반사 거울(14)에서 반사된 빔이 유입될 수 있다. 예를 들어, 제 2 광섬유(17)는, 어레이(18)로부터 반사되어 나오는 SBS 광이 제 2 경로로부터 벗어나도록, SBS 광을 굴절시킬 수 있다. 제 2 광섬유(17)는, 제 2 광섬유 채널(171), 제 2 엔드캡(172) 및 냉각 관로(173)를 포함할 수 있다.
제 2 광섬유 채널(171)은 어레이(18)에 연결될 수 있다. 제 2 광섬유 채널(171)의 길이 방향을 따라서, 입사 레이저 빔 및 반사 레이저 빔의 경로가 형성될 수 있다.
제 2 엔드캡(172)은 제 2 광섬유 채널(171)의 단부 중 어레이(18)에 연결되지 않는 부분에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제 2 엔드캡(172)은 레이저 광원(11)으로부터 조사되는 레이저 빔이 입사되는 측에 위치하며, 제 2 광섬유 채널(171)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 엔드캡(172)의 직경은 제 2 광섬유 채널(171)의 직경의 2배일 수 있다. 제 2 엔드캡(172)은, 제 2 광섬유 채널(171)의 길이 방향과 수직하지 않는 단면(1721)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 2 광섬유 채널(171)의 길이 방향과 수직한 방향과 단면(1721)이 이루는 각을 제 2 엔드캡(172)의 각(θ)이라고 할 때, 제 2 엔드캡(172)의 각(θ)에 따라서 반사 레이저 빔(SBS 광)이 굴절되어 진행 경로가 달라지므로, 제 1 광섬유(12)로 재 입사되지 않도록 조절할 수 있다. 예를 들어, 제 2 엔드캡(172)의 각(θ)은 5°내지 15°일 수 있으며, 이와 같은 각을 형성함으로써 입사 광과 반사 광의 경로를 구분할 수 있다. 예를 들어, 제 2 엔드캡(172)의 단면(1721)은, 레이저 빔의 진행 경로를 측면에서 바라볼 때, 레이저 빔의 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여 반사 거울(14)이 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 경사진 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, SBS 광을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
냉각 관로(173)는, 제 2 광섬유(17)의 주변부에 배치되어 온도 변화를 완충하여 레이저 출력 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 냉각 관로(173)는, 제 2 엔드캡(172)의 외주면에 접촉하여 형성될 수 있다.
어레이(18)는, 제 2 광섬유(17)의 출력측 단부에 연결되어, 입사 레이저 빔을 외부로 발산시킬 수 있다. 어레이(18)에서는, 입사 레이저 빔의 일부가 외부로 발산하면서 출력되고, 나머지는 반사되면서 반사 레이저 빔이 후방으로 반사될 수 있다. 반사 레이저 빔은 레일리 산란광과 SBS광을 포함할 수 있다. SBS 광의 중심 파장은 레이저 파장 대비 약 16 GHz 파장만큼 파장이 높아지는 방향으로 천이될 수 있고, 후술할 바와 같이 광학 필터(15)에 의하여 SBS 광이 선택적으로 제거될 수 있다.
광학 필터(15)는, 반사 거울(14) 및 제 2 광섬유(17) 사이의 레이저 경로상에 배치될 수 있다. 제 2 렌즈 광학부(16)가 구비될 경우, 광학 필터(15)는, 반사 거울(14) 및 제 2 렌즈 광학부(16) 사이에 위치함으로써, 평행광 형태의 시준된 레이저 빔이 통과되는 경로 상에 위치할 수 있다.
광학 필터(15)는, 특정한 대역의 파장을 필터링하는 광학 요소일 수 있다. 이와 같은 광학 요소를 스펙트럼 필터(spectral filter)라고 하며, 예를 들어, 광학 필터(15)는, 특정한 대역의 파장을 차단시킬 수 있는 VBG(Volume Bragg Grating)일 수 있다. 광학 필터(15)는, 상술한 것처럼 파장이 천이되지 않은 상태의 레이저 빔은 통과시키면서도, 파장이 천이된 SBS 광에 해당하는 대역의 파장을 차단시키도록 설계될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 광학 필터(15)는 어레이(18)에서 반사되어 역행하는 반사 레이저 빔 중에서 레일리 산란광은 관통하도록 하고, SBS 광을 선택적으로 제거할 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, SBS 광이 제 1 광섬유(12)를 통하여 레이저 광원(11)으로 진행하는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 제 2 엔드캡(172)의 단면(1721)의 각도에 따라서, 광학 필터(15)와 입사 레이저 빔이 이루는 각도가 달라질 수 있다.
광학 필터(15)는, 레이저 빔의 진행 경로를 측면에서 바라볼 때, 레이저 빔의 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여 제 2 엔드캡(172)의 단면이 기울어진 방향과 동일한 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 광학 필터(15)는, 레이저 빔의 진행 경로를 측면에서 바라볼 때, 레이저 빔의 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여 반사 거울(14)이 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, SBS 광을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
광섬유의 길이가 길수록 고출력 광섬유 레이저 빔 결합 성능이 향상되는 반면, 레이저 출력의 안정성을 위해서 각각의 레이저 출력을 감소시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 후방으로 산란되는 반사 레이저 빔을 제거할 수 있으므로, 제 2 광섬유(17)의 길이를 증가하여, 결합빔의 성능 및 레이저 출력을 모두 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 광섬유(12)의 길이는, 제 2 광섬유(17)의 길이보다 짧을 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 같은 길이의 광섬유에 대하여, 레이저 효율을 증대시킬 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 광섬유 레이저 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 광섬유 레이저 어셈블리(2)는, 레이저 광원(11), 제 1 광섬유(22), 제 1 렌즈 광학부(23), 반사 거울(14), 광 클리퍼(29), 제 2 렌즈 광학부(26), 제 2 광섬유(27) 및 어레이(18)를 포함할 수 있다.
제 1 광섬유(22)는, 레이저 광원(11)으로부터 나온 입사 레이저 빔을 발산시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 광섬유(22)는 제 1 광섬유 채널(221), 제 1 엔드캡(222) 및 냉각 관로(123)를 포함할 수 있다.
제 2 광섬유(27)는, 제 2 광섬유 채널(271), 제 2 엔드캡(272) 및 냉각 관로(173)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 엔드캡(272)의 NA값(Numerical Aperture 값)은, 제 1 엔드캡(222)의 NA값보다 클 수 있다. 이와 같은 NA값의 차이에 따라서, 제 2 엔드캡(272)의 단면에서 발산하는 반사 레이저 빔(후방 산란광)의 발산각이 더 커지게 되고, 따라서, 도 2에 도시되는 것처럼, 후방 산란광의 직경이 입사레이저 빔의 직경보다 더 커지게 된다.
광 클리퍼(29)는, 반사 거울(14) 및 제 2 렌즈 광학부(26) 사이의 반사 레이저 빔 경로 상에 배치될 수 있다. 광 클리퍼(29)는, (i) 광이 통과할 수 있는 광 투과 부분과, (ii) 광 투과 부분의 둘레 방향을 따라서 배치되고 광을 차단시키는 광 차단 부분을 포함할 수 있다. 광 차단 부분은, 제 2 경로를 간섭하지 않도록 설계됨으로써, 레이저 빔이 조사되는 과정에서 광 클리퍼(29)에 의해 일어나는 손실을 방지하면서도, 후방 산란광을 억제시킬 수 있다. 다시 말하면, 광 클리퍼(29)는, 제 2 엔드캡(272)의 단면에서 발산하는 반사 레이저 빔의 직경이 더 큰 부분에서 광 손실을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 광 클리퍼(29)에서 후방 산란광의 손실을 발생시켜, 결과적으로 SBS 효과를 억제할 수 있다. 제 2 엔드캡(272)의 각에 따라서 후방으로 산란되는 반사 레이저 빔의 각도가 달라지므로, 광 클리퍼(29)와 입사 레이저 빔이 이루는 각도를 조절할 수 있다.
광 클리퍼(29)는, 레이저 빔의 진행 경로를 측면에서 바라볼 때, 레이저 빔의 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여 제 2 엔드캡(272)의 단면이 기울어진 방향과 동일한 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 광 클리퍼(29)는, 레이저 빔의 진행 경로를 측면에서 바라볼 때, 레이저 빔의 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여 반사 거울(14)이 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 후방 산란광을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 예를 들어, 광 클리퍼(29)는, 제 2 엔드캡(272)의 단면의 각도와 동일한 각도를 가질 수 있으나, 반드시 이와 같이 제한되는 것은 아님을 밝혀 둔다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (17)

  1. 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔이 통과하는 제 1 광섬유;
    상기 제 1 광섬유로부터 출사되어 제 1 경로를 따라 진행하는 레이저 빔을 반사시키는 반사 거울;
    상기 반사 거울에서 반사되어 제 2 경로를 따라 진행하는 레이저 빔이 입사되는 제 2 광섬유;
    상기 제 2 광섬유의 출력측 단부에 연결되어, 레이저 빔을 외부로 발산시키는 어레이; 및
    상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되며, 특정한 대역의 파장을 필터링 가능한 광학 필터를 포함하고,
    상기 제 2 광섬유는, 상기 어레이로부터 반사되어 나오는 후방 산란광을 굴절시킴으로써, 후방 산란광이 상기 제 2 경로를 이탈하여 진행하도록 하고,
    상기 광학 필터는,
    (i) 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여, 상기 제 2 광섬유의 엔드캡의 단면이 기울어진 방향과 동일한 방향으로 경사지게 배치되고,
    (ii) 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여, 상기 반사 거울이 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광섬유는,
    상기 어레이에 연결되는 광섬유 채널; 및
    상기 광섬유 채널의 양 단부 중 상기 어레이에 연결되지 않는 단부에 형성되는 엔드캡을 포함하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔드캡은,
    상기 광섬유 채널의 길이 방향과 수직하지 않은 단면을 포함하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 엔드캡의 상기 단면은, 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여 상기 반사 거울이 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 경사진 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광섬유의 길이는, 상기 제 2 광섬유의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 필터는,
    상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔의 파장 대역은 투과시키면서, 상기 레이저 빔의 파장 대역으로부터 천이된 파장 대역을 갖는 상기 후방 산란광의 파장 대역을 차단시키는 VBG(Volume Bragg Grating)인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광섬유 및 상기 반사 거울 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 제 1 광섬유에서 발산하는 레이저 빔을 평행광 형태로 시준시키는 제 1 렌즈 광학부; 및
    상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 평행광 형태의 레이저 빔을, 상기 제 2 광섬유의 코어를 향하여 집속시키는 제 2 렌즈 광학부를 더 포함하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광섬유 및 상기 제 2 광섬유는 각각, 광섬유의 온도를 냉각시키기 위한 냉각 관로를 포함하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  11. 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔이 통과하는 제 1 광섬유;
    상기 제 1 광섬유로부터 출사되어 제 1 경로를 따라 진행하는 레이저 빔을 반사시키는 반사 거울;
    상기 반사 거울에서 반사되어 제 2 경로를 따라 진행하는 레이저 빔이 입사되는 제 2 광섬유; 및
    상기 제 2 광섬유의 출력측 단부에 연결되어, 레이저 빔을 외부로 발산시키는 어레이를 포함하고,
    상기 제 2 광섬유는, 상기 어레이로부터 반사되어 나오는 후방 산란광을 굴절시킴으로써, 후방 산란광이 상기 제 2 경로를 이탈하여 진행하도록 하고,
    상기 제 1 광섬유의 양 단부 중 상기 반사 거울을 향하여 위치하는 단부에 형성되는 제 1 엔드캡의 NA 값(Numerical Aperture 값) 보다, 상기 제 2 광섬유의 양 단부 중 상기 반사 거울을 향하여 위치하는 단부에 형성되는 제 2 엔드캡의 NA 값이 더 큰 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  12. 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔이 통과하는 제 1 광섬유;
    상기 제 1 광섬유로부터 출사되어 제 1 경로를 따라 진행하는 레이저 빔을 반사시키는 반사 거울;
    상기 반사 거울에서 반사되어 제 2 경로를 따라 진행하는 레이저 빔이 입사되는 제 2 광섬유;
    상기 제 2 광섬유의 출력측 단부에 연결되어, 레이저 빔을 외부로 발산시키는 어레이; 및
    상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 어레이로부터 반사되어 나오는 후방 산란광 중 적어도 일부를 차폐하기 위한 광 클리퍼를 포함하고,
    상기 제 1 광섬유의 양 단부 중 상기 반사 거울을 향하여 위치하는 단부에 형성되는 제 1 엔드캡의 NA 값(Numerical Aperture 값) 보다, 상기 제 2 광섬유의 양 단부 중 상기 반사 거울을 향하여 위치하는 단부에 형성되는 제 2 엔드캡의 NA 값이 더 큰 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 광섬유 및 상기 반사 거울 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 제 1 광섬유에서 발산하는 레이저 빔을 평행광 형태로 시준시키는 제 1 렌즈 광학부; 및
    상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 평행광 형태의 레이저 빔을, 상기 제 2 광섬유의 코어를 향하여 집속시키는 제 2 렌즈 광학부를 더 포함하고,
    상기 광 클리퍼는, 상기 반사 거울 및 상기 제 2 렌즈 광학부 사이에 위치하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  15. 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔이 통과하는 제 1 광섬유;
    상기 제 1 광섬유로부터 출사되어 제 1 경로를 따라 진행하는 레이저 빔을 반사시키는 반사 거울;
    상기 반사 거울에서 반사되어 제 2 경로를 따라 진행하는 레이저 빔이 입사되는 제 2 광섬유;
    상기 제 2 광섬유의 출력측 단부에 연결되어, 레이저 빔을 외부로 발산시키는 어레이; 및
    상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되어, 상기 어레이로부터 반사되어 나오는 후방 산란광 중 적어도 일부를 차폐하기 위한 광 클리퍼를 포함하고,
    상기 제 2 광섬유의 길이 방향에 수직한 평면에 대하여, 상기 제 2 광섬유의 엔드캡의 단면은 경사지게 형성됨으로써, 상기 후방 산란광은 상기 제 2 경로를 이탈하여 진행하고,
    상기 광 클리퍼는, 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여, 상기 제 2 광섬유의 엔드캡의 단면이 기울어진 방향과 동일한 방향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광 클리퍼는, 상기 제 2 광섬유의 엔드캡의 단면의 각도와 동일한 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 어셈블리.
  17. 레이저 광원;
    상기 레이저 광원으로부터 나온 레이저 빔이 통과하는 제 1 광섬유;
    상기 제 1 광섬유로부터 출사되어 제 1 경로를 따라 진행하는 레이저 빔을 반사시키는 반사 거울;
    상기 반사 거울에서 반사되어 제 2 경로를 따라 진행하는 레이저 빔이 입사되는 제 2 광섬유;
    상기 제 2 광섬유의 출력측 단부에 연결되어, 레이저 빔을 외부로 발산시키는 어레이; 및
    상기 반사 거울 및 상기 제 2 광섬유 사이의 레이저 경로상에 배치되며, 특정한 대역의 파장을 필터링 가능한 광학 필터를 포함하고,
    상기 제 2 광섬유는, 상기 어레이로부터 반사되어 나오는 후방 산란광을 굴절시킴으로써, 후방 산란광이 상기 제 2 경로를 이탈하여 진행하도록 하고,
    상기 제 1 경로로 진행하는 레이저 빔이 상기 반사 거울에 입사함으로써, 상기 제 2 경로로 진행하고, 레이저 빔이 후방으로 반사되고, 반사된 레이저 빔이 상기 제 2 경로를 이탈함으로써 억제되고,
    상기 광학 필터는,
    (i) 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여, 상기 제 2 광섬유의 엔드캡의 단면이 기울어진 방향과 동일한 방향으로 경사지게 배치되고,
    (ii) 상기 제 2 경로에 수직한 평면에 대하여, 상기 반사 거울이 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 어셈블리.
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