KR102337546B1 - Amplifier for fiber laser enabled by step-index large mode area fiber and ultrafast fiber laser comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 이용한 광섬유 광섬유 증폭기 및 이를 포함하는 극초단 펄스 광섬유 레이저 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 높은 코어 펌프 흡수율을 달성함과 동시에 광흑화(Photo darkening)현상을 억제하고, 빔 프로파일(beam profile)을 우수하게 유지하며, 광섬유간의 융착을 용이하게 하는 광섬유를 극초단 펄스 레이저 증폭 시스템에 활용함으로써, 증폭 광섬유의 길이를 1 m 이하로 유지하여 증폭 시스템 내 비선형 효과를 최소화하면서 동시에 충분한 증폭 효과를 얻을 수 있는 광섬유 광섬유 증폭기 및 이를 포함하는 극초단 펄스 광섬유 레이저 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber amplifier using a step index large mode area fiber and an ultra-short pulse fiber laser device including the same, and more particularly, to achieve a high core pump absorption rate and at the same time By using an optical fiber that suppresses photo darkening, maintains excellent beam profile, and facilitates fusion between optical fibers in the ultra-short pulse laser amplification system, the length of the amplified optical fiber is less than 1 m It relates to an optical fiber optical amplifier capable of obtaining sufficient amplification effect while minimizing nonlinear effects in an amplification system by maintaining the

Description

계단형 넓은 모드 면적 광섬유를 이용한 광증폭기 및 이를 포함하는 극초단 펄스 광섬유 레이저 장치{AMPLIFIER FOR FIBER LASER ENABLED BY STEP-INDEX LARGE MODE AREA FIBER AND ULTRAFAST FIBER LASER COMPRISING THE SAME}Optical amplifier using stepped wide mode area optical fiber and ultra-short pulse fiber laser device including the same

본 발명은 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 이용한 광증폭기 및 이를 포함하는 극초단 펄스 광섬유 레이저 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 높은 코어 펌프 흡수율을 달성함과 동시에 광흑화(Photo darkening)현상을 억제하고, 빔 프로파일(beam profile)을 우수하게 유지하며, 광섬유간의 융착을 용이하게 하는 광섬유를 극초단 펄스 레이저 증폭 시스템에 활용함으로써, 증폭 광섬유의 길이를 1 m 이하로 유지하여 증폭 시스템 내 비선형 효과를 최소화하면서 동시에 충분한 증폭 효과를 얻을 수 있는 광증폭기 및 이를 포함하는 극초단 펄스 광섬유 레이저 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical amplifier using a step index large mode area fiber and an ultra-short pulse optical fiber laser device including the same, and more particularly, to achieve a high core pump absorption rate and optical By using an optical fiber that suppresses photo darkening, maintains an excellent beam profile, and facilitates fusion between optical fibers in the ultra-short pulse laser amplification system, the length of the amplified optical fiber is reduced to 1 m or less. It relates to an optical amplifier capable of obtaining a sufficient amplification effect while minimizing the nonlinear effect in the amplification system by maintaining it, and an ultrashort pulse fiber laser device including the same.

극초단 펄스 레이저는 수십 피코초(ps) 내지 수십 펨토초(fs)의 짧은 순간에 에너지를 집중시키는 레이저로서, 시간당 에너지의 집중이 매우 높아 기존 레이저로는 가공이 불가능한 시편의 가공이 가능하다. 또한 열확산이 미처 시작되기 전에 에너지 전달이 완료되어 국부적으로 초고온이 형성되는 물리현상으로 인해 특정재료에 국한되지 않고 마이크로미터(μm) 이하의 작은 가공 사이즈에서도 깨끗한 가공이 가능하여 디스플레이 수리, 반도체/솔라셀 가공, 안과시술, 마킹 및 표면처리 등 초미세 가공분야에서 각광받고 있다. The ultra-short pulse laser is a laser that concentrates energy in a short instant of tens of picoseconds (ps) to tens of femtoseconds (fs), and the concentration of energy per hour is very high, so it is possible to process specimens that cannot be processed with conventional lasers. In addition, due to the physical phenomenon in which energy transfer is completed before thermal diffusion begins and a local ultra-high temperature is formed, it is not limited to a specific material, and clean processing is possible even in small processing sizes of micrometers (μm) or less, so display repair, semiconductor/solar Cell processing, ophthalmic procedures, marking and surface treatment, etc. are in the spotlight in the ultra-fine processing field.

이러한 극초단 펄스 레이저는 레이저 증폭 매질에 따라 크리스탈 타입과 광섬유 타입으로 분류할 수 있으며, 일반적으로 크리스탈 타입은 비선형 현상이 적어 좁고 깨끗한 펄스폭 형성이 가능하다는 장점이 있지만, 주변 환경 변화에 상대적으로 취약하고 방열에 불리해 고출력 시스템에 적용이 어렵다는 단점이 있다. 반면 광섬유를 증폭매질로 사용하는 광섬유 기반 극초단 펄스 레이저의 경우, 광섬유의 고차 분산 및 비선형 특성으로 인해 펄스 모양이 상대적으로 양호하지 않으나, 광경로가 광섬유로 구성되어 있어 환경 변화에 둔감하고 안정적이다. 또한 증폭 매질의 구조적인 특징으로 인해 방열이 용이하며 따라서 상대적으로 높은 평균출력 확보가 가능하며, 이와 같은 광섬유 기반 극초단 펄스 레이저의 장점들은 안정성 및 생산성을 요하는 산업 분야의 필요를 충족시켜 주고 있다. These ultra-short pulse lasers can be classified into a crystal type and an optical fiber type according to the laser amplification medium. In general, the crystal type has the advantage of being able to form a narrow and clean pulse width due to less nonlinearity, but it is relatively vulnerable to changes in the surrounding environment. However, it is disadvantageous to heat dissipation, making it difficult to apply to high-output systems. On the other hand, in the case of an optical fiber-based ultrashort pulse laser that uses optical fiber as an amplification medium, the pulse shape is relatively poor due to the high-order dispersion and non-linear characteristics of the optical fiber, but the optical path is composed of optical fiber, so it is insensitive to environmental changes and stable. . In addition, due to the structural characteristics of the amplification medium, heat dissipation is easy and thus a relatively high average power can be secured. .

하지만 광섬유의 작은 코어 면적과 1 m 이상의 긴 길이로 인해 비선형 위상 천이 누적값(B-integral)이 상대적으로 크며, 이로 인해 레이저 스펙트럼이 왜곡되고 펄스의 품질(pulse quality)이 낮아지는 단점이 존재한다. However, due to the small core area of the optical fiber and the long length of 1 m or more, the nonlinear phase shift cumulative value (B-integral) is relatively large, which results in distortion of the laser spectrum and low pulse quality. .

이 문제를 완화하기 위한 방법 중의 하나는 증폭에 요구되는 광섬유의 길이를 줄이는 것으로, 증폭 광섬유의 길이를 줄이기 위해서는 광섬유에 첨가된 희토류 이온의 농도를 높이는 방법이 있으나, Yb3+이온의 경우 도핑 농도가 높아질수록 이온간 클러스터(clustering)가 형성될 가능성이 높아져 시스템의 장기 안정성에 악영향을 미칠 수 있고, 또한, Yb3+이온의 농도가 증가할수록 개구수(NA)가 증가하여 빔의 품질(beam quality(M2))이 낮아지는 단점이 있다. One of the methods to alleviate this problem is to reduce the length of the optical fiber required for amplification. To reduce the length of the amplification optical fiber, there is a method to increase the concentration of rare earth ions added to the optical fiber, but in the case of Yb 3+ ions, the doping concentration As the value increases, the possibility of inter-ion clustering increases, which may adversely affect the long-term stability of the system. Also, as the concentration of Yb 3+ ions increases, the numerical aperture (NA) increases, resulting in beam quality (beam). There is a disadvantage that quality(M 2 )) is lowered.

또 다른 해결책으로는 코어의 지름을 키우고 코어 면적 대비 클래드의 면적비(Cladding to core area ratio, CCAR)을 줄여 증폭 효율을 높이는 방법이 있으나, 이 경우에는 마이크로벤딩 로스(micro-bending loss)가 발생하여 고차모드가 발생할 가능성이 높아질 수 있다. Another solution is to increase the diameter of the core and reduce the cladding to core area ratio (CCAR) to increase the amplification efficiency, but in this case, micro-bending loss occurs. Higher-order mode may be more likely to occur.

한편, 전 고체(All-solid) 넓은 모드 면적 광섬유 중 코어 주변에 페데스탈(pedestal) 층을 적용하여 코어의 굴절률을 낮추는 효과를 가져오는 연구결과도 있으나, 페데스탈(pedestal)의 사이즈나 모양이 최적화된 수치와 차이가 존재할 경우 코어모드가 클래드쪽으로 누출이 되거나 펌프가 클래드에 갇혀 증폭에 참여하지 못하는 문제를 야기하기 때문에 엄밀히 관리되어야 하는 불편함이 있으며, 상기 단점을 극복하기 위해 코어에 Yb3+과 Al3+ 이온이 첨가되고, 클래드에 Ge 이온이 도핑된 광섬유 타입이 제안되었으나, Yb3+과 Al3+ 이온이 첨가됨으로써 코어의 굴절률이 높아지고, 이 효과를 상쇄하기 위해 클래드의 Ge 이온 농도를 높이는 과정에서 제조 과정이 까다로워지는 단점이 존재한다. On the other hand, among all-solid wide mode area optical fibers, there are research results that apply a pedestal layer around the core to lower the refractive index of the core. figures and if there is a difference since the harm the core mode into the cladding to leak or the pump is not locked in a cladding part in amplify and the discomfort which must be strictly managed, Yb 3+ to the core in order to overcome the above disadvantages and Although an optical fiber type in which Al 3+ ions are added and Ge ions are doped into the clad has been proposed, the refractive index of the core is increased by adding Yb 3+ and Al 3+ ions. There is a disadvantage in that the manufacturing process becomes complicated during the heightening process.

최근의 연구결과로 코어에 Yb3+와 더불어 Al3+ 및 P5+ 이온을 같은 (몰)농도로 첨가하여 AlPO4 생성을 유도하며, 이를 통해 고농도의 Yb3+와 낮은 굴절률을 동시에 만족시키는 접근도 이루어지고 있다. 그러나, 극초단 레이저에 사용되는 광섬유의 경우, AlPO4 생성으로 낮추어진 굴절률보다 더 낮은 개구수가 필요하다.Yb 3+, with the core in a recent study of addition of Al 3+, and P 5+ ions, such as (mol) to induce the generation AlPO4, and access to them by satisfying a high concentration of Yb 3+ and low index of refraction at the same time is also being done. However, for optical fibers used in ultra-short lasers, a numerical aperture lower than the refractive index lowered by AlPO4 generation is required.

한편, 본 발명의 기술이 속하는 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간략하게 설명하면, 먼저, 미국특허공개공보 US 2011/0206341 A1 는 Yb이온이 첨가되어 있고 NA값이 낮아 빔 특성이 우수한 광섬유 종래기술로서, 극초단 펄스 레이저를 증폭하기 위해 광섬유 매질을 사용하는 경우 누적되는 비선형 위상 천이(B-integral)에 의한 펄스 왜곡 현상이 두드러지며, 이를 완화하기 위해 취하는 통상의 방법은 코어에 첨가되는 Yb3+의 농도를 증가시켜 광섬유의 펌프 흡수율을 증가시키는 것이나, Yb3+의 농도 증가는 코어의 굴절률 증가로 이어져 빔의 품질(beam quality) 및 클러스터 형성으로 인한 광흑화(photo darkening) 현상이 발생할 가능성이 높아질 수 있으나, 상기 선행기술에서는 Yb3+,Al3+ 및 P5+이온이 코어에 첨가되어 있고, 코어 주변에는 클래드가 위치하고 있으며, 코어에서의 Al3+과 P5+이온의 몰농도 관계가 Al3+ = P5+ , Al3+ > P5+ 및 Al3+ < P5+ 인 경우에 있어서의 Yb3+, Al3+ 및 P5+이온의 몰농도 부등식을 통해 광섬유를 정의하였고, Yb3+과 더불어 첨가되는 Al3+ 및 P5+이온의 농도 비율을 선택하여 높은 Yb3+농도에서도 광흑화 현상 발생 가능성을 낮추고, 동시에 코어 굴절률의 증가를 최소화하여 빔의 품질(beam quality)을 우수하게 유지할 수 있는 방법을 제시하고 있으며, 도 1에서는 이 경우에 있어서의 P5+ 함량 변화에 따른 굴절률 변화를 나타내고 있다. On the other hand, briefly describing the prior art existing in the field to which the technology of the present invention pertains, first, US Patent Publication No. US 2011/0206341 A1 is a prior art optical fiber having Yb ions added thereto and having a low NA value and thus excellent beam characteristics. As a result, when an optical fiber medium is used to amplify an ultrashort pulse laser, the pulse distortion phenomenon due to the cumulative nonlinear phase shift (B-integral) is prominent, and the usual method taken to alleviate this is Yb 3 added to the core Increasing the concentration of + increases the pump absorption rate of the optical fiber, but increasing the concentration of Yb 3+ leads to an increase in the refractive index of the core, leading to photo darkening due to beam quality and cluster formation. may be increased, but in the prior art, Yb 3+ , Al 3+ and P 5+ ions are added to the core, the clad is located around the core, and the molar concentration of Al 3+ and P 5+ ions in the core The optical fiber is formed through the molarity inequality of Yb 3+ , Al 3+ , and P 5+ ions when the relationship is Al 3+ = P 5+ , Al 3+ > P 5+ and Al 3+ < P 5+ . By selecting the concentration ratio of Al 3+ and P 5+ ions added along with Yb 3+ , the possibility of photoblackening even at high Yb 3+ concentration was reduced, and at the same time, the increase in the core refractive index was minimized to improve the beam quality ( A method for maintaining excellent beam quality) is presented, and FIG. 1 shows a change in refractive index according to a change in the P 5+ content in this case.

그러나, Yb Al:P 조성이 높으면 인덱스 프로파일(index profile)의 조절이 어렵고 백그라운드 로스(background loss)를 낮게 유지하기가 어려운 단점이 있으며, 또한 이온들의 불균일한 분포는 광섬유 코어의 굴절률 분포를 왜곡시키는 문제점을 포함한다. However, when the Yb Al:P composition is high, it is difficult to control the index profile and it is difficult to keep the background loss low. Also, the non-uniform distribution of ions distorts the refractive index distribution of the optical fiber core. include problems.

또한, 미국특허공개공보 US 2013/0114129 A1 는 증폭 매질인 Yb 이 첨가된 광섬유를 광결정 광섬유(Photonic Crystal Fiber, PCF) 구조를 사용하여 구현한 광섬유 레이저 및 증폭기를 제시하고 있으며, 이의 대표적인 구조를 도 2에 도시하였다.In addition, US Patent Publication No. 2013/0114129 A1 presents a fiber laser and amplifier in which an optical fiber to which Yb, an amplification medium, is added, is implemented using a photonic crystal fiber (PCF) structure, and a representative structure thereof is shown. 2 is shown.

상기 도 2에서의 넓은 면적 모드 광섬유 개발을 위한 광결정 광섬유(Photonic Crystal Fiber)의 단면내 1은 광섬유, 2는 코어, 3은 클래딩, 4는 굴절률이 다른 매질을 각각 도시하고 있으나, 이는 복잡한 구조로 인해 다른 광섬유와의 융착이 어려워, 광섬유 증폭기를 구성하는데 있어서 제약이 따르는 단점이 있다. In FIG. 2, in the cross section of a photonic crystal fiber for the development of a wide area mode optical fiber, 1 is an optical fiber, 2 is a core, 3 is a cladding, and 4 shows a medium having a different refractive index, but this is a complex structure. Due to this, it is difficult to fusion with other optical fibers, so there is a disadvantage in that there is a limitation in configuring an optical fiber amplifier.

따라서, 레이저 빔의 품질(beam quality(M2))이 우수하며, 광섬유간 융착이 용이하고, 광섬유를 지나며 누적되는 비선형 위상 천이(B-integral)를 최소화하기 위해 단위길이당 광섬유의 펌프레이저 흡수율이 높은 광섬유 및 이를 이용하여 광섬유 기반의 펄스 레이저 증폭 시스템을 구성함으로써, 개선된 특성의 광증폭기 및 이를 포함하는 극초단 펄스 광섬유 레이저 장치의 개발 필요성은 현재까지도 지속적으로 요구되고 있다.Therefore, the quality of the laser beam (beam quality (M 2 )) is excellent, the fusion between the optical fibers is easy, and the pump laser absorption rate of the optical fiber per unit length to minimize the nonlinear phase shift (B-integral) that accumulates through the optical fiber By constructing an optical fiber-based pulse laser amplification system using this high optical fiber and the same, the need to develop an optical amplifier with improved characteristics and an ultra-short pulse optical fiber laser device including the same is still in continuous demand.

미국특허공개공보 US 2011/0206341 A1 (공개일: 2011.08.25)US Patent Publication No. US 2011/0206341 A1 (published date: 2011.08.25) 미국특허공개공보 US 2013/0114129 A1 (공개일 : 2013.05.09)US Patent Publication No. US 2013/0114129 A1 (published date: 2013.05.09)

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 광섬유 기반의 펄스 레이저 증폭 시스템을 구성하는 데 있어, 광섬유를 지나며 누적되는 비선형 위상 천이(B-integral)를 최소화하기 위해 단위길이당 광섬유의 펌프레이저 흡수율이 높은 광섬유를 이용한 광증폭기 및 이를 포함하는 극초단 펄스 광섬유 레이저 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the above problems, and in constructing an optical fiber-based pulse laser amplification system, a pump laser of an optical fiber per unit length in order to minimize the nonlinear phase shift (B-integral) accumulated through the optical fiber An object of the present invention is to provide an optical amplifier using an optical fiber having a high absorption rate and an ultrashort pulse fiber laser device including the same.

또한, 본 발명은 광섬유를 지나며 누적되는 비선형 위상 천이(B-integral)를 최소화하기 위해 단위길이당 광섬유의 펌프레이저 흡수율이 높고, 레이저 빔의 품질(beam quality(M2))이 우수하며, 광섬유간 융착이 용이한 광섬유를 제공하는데 또 다른 발명의 목적이 있다.In addition, the present invention has a high pump laser absorption rate of the optical fiber per unit length in order to minimize the nonlinear phase shift (B-integral) accumulated through the optical fiber, and the quality of the laser beam (beam quality (M 2 )) is excellent, and the optical fiber Another object of the present invention is to provide an optical fiber that is easily fusion-bonded.

본 발명은 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 포함하는 광증폭기를 제공한다. The present invention provides an optical amplifier comprising a step index large mode area fiber.

본 발명에 따른 광증폭기에 있어서, 상기 계단형 넓은 모드 면적 광섬유는 광신호의 전송 및 증폭에 적합한 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하며, 상기 광섬유의 코어(core)에는 전체 코어 성분 대비, 이터븀(Yb) 함량이 0.2 내지 10 wt%로 포함되고, 알루미늄(Al) 함량 및 인(P)의 함량이 각각 0.5 내지 25 wt%로 포함되고, 상기 클래드(clad)는 전체 클래드 성분 대비, 게르마늄(Ge) 함량이 1 내지 40 wt%로 포함될 수 있다.In the optical amplifier according to the present invention, the stepped wide mode area optical fiber includes a core suitable for transmission and amplification of an optical signal and a cladding surrounding the core, The ytterbium (Yb) content is contained in an amount of 0.2 to 10 wt%, the aluminum (Al) content and the phosphorus (P) content are each contained in an amount of 0.5 to 25 wt%, and the clad is compared to the entire clad component, The germanium (Ge) content may be included in an amount of 1 to 40 wt%.

일 실시예로서, 상기 광섬유의 길이는 1.5 m 이하일 수 있다.As an embodiment, the length of the optical fiber may be 1.5 m or less.

일 실시예로서, 상기 광섬유는 클래드의 펌프 흡수율이 10 dB/m 이상일 수 있다.As an embodiment, the optical fiber may have a clad pump absorption rate of 10 dB/m or more.

일 실시예로서, 전체 코어 성분 대비, 상기 코어내 이터븀(Yb) 함량이 0.3 내지 8 wt% 의 범위이고, 알루미늄(Al)의 함량은 2 내지 20 wt% 의 범위이며, 인(P)의 함량은 5 내지 25 wt% 의 범위일 수 있다.In one embodiment, the ytterbium (Yb) content in the core is in the range of 0.3 to 8 wt%, the content of aluminum (Al) is in the range of 2 to 20 wt%, relative to the total core component, and the phosphorus (P) content is in the range of 2 to 20 wt%. The content may range from 5 to 25 wt %.

일 실시예로서, 상기 클래드(clad)내 게르마늄(Ge)의 함량은 전체 클래드 성분 대비, 2 내지 30wt% 의 범위일 수 있다.As an embodiment, the content of germanium (Ge) in the clad may be in the range of 2 to 30 wt% based on the total clad component.

일 실시예로서, 상기 광증폭기는 계단형 넓은 모드 면적 광섬유에 펌프 컴바이너(pump combiner), 펌프 광원 중에서 선택된 적어도 하나이상이 광학적으로 연결되어 있을 수 있다.As an embodiment, in the optical amplifier, at least one selected from a pump combiner and a pump light source may be optically connected to a stepped wide mode area optical fiber.

일 실시예로서, 상기 광섬유는 코어 및 클래드가 각각 실리카 매트릭스 일 수 있다.In one embodiment, each of the core and the clad of the optical fiber may be a silica matrix.

일 실시예로서, 상기 계단형 넓은 모드 면적 광섬유는 지름 0.5 cm ~ 500 cm 이내의 원형 또는 타원형으로 대기중에서 감겨 배치되거나, 또는 단면이 원통형 또는 다각형의 관 또는 튜브의 외부면에 감겨 배치되어 광 증폭기에 사용될 수 있다.In one embodiment, the step-type wide mode area optical fiber is disposed by being wound in the air in a circular or elliptical shape with a diameter of 0.5 cm to 500 cm, or wound on the outer surface of a tube or tube having a cylindrical or polygonal cross-section or the optical amplifier. can be used for

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 상기 광증폭기를 포함하며, 압축 후 출력 펄스 기준으로 100 ps ~ 10 fs 이내의 극초단 펄스를 사용하는 극초단 펄스 레이저 장치를 제공할 수 있다.The present invention may also provide an ultra-short pulse laser device including the optical amplifier according to the present invention, and using an ultra-short pulse within 100 ps to 10 fs based on the output pulse after compression.

본 발명은 또한, 광섬유의 제조방법으로서, a) 내부에 동공을 형성한 세라믹 튜브에 Si 전구체 및 Ge 전구체의 혼합 가스를 각각 투입하여 실리카-게르마늄 산화층으로 이루어진 클래드를 형성하는 단계; b) 상기 클래드의 내부에 포스포-실리케이트 수트(soot)를 화학기상증착에 의해 형성하고 상기 포스포 실리케이트 수트에 용액 도핑을 통해 이터븀(Yb) 및 알루미늄(Al) 이온을 도입하여, 상기 세라믹 튜브가 표면을 감싼 형태의 광섬유 프리폼을 형성하는 단계; c) 상기 세라믹 튜브를 제거함으로써, 게르마늄 이온이 도핑된 클래드 및 상기 클래드의 내부에 이터븀(Yb) 알루미늄(Al) 및 인(P)이 도핑된 코어로 이루어진 광섬유 프리폼을 형성하는 단계; 및 d) 상기 광섬유 프리폼을 가공하여 광섬유를 뽑아내는 단계;를 포함하는, 게르마늄 이온이 도핑된 클래드 및 상기 클래드의 내부에 이터븀(Yb) 알루미늄(Al) 및 인(P)이 도핑된 코어로 이루어진 광섬유의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing an optical fiber, comprising the steps of: a) forming a clad composed of a silica-germanium oxide layer by injecting a mixed gas of a Si precursor and a Ge precursor into a ceramic tube having a cavity formed therein; b) forming a phospho-silicate soot inside the clad by chemical vapor deposition and introducing ytterbium (Yb) and aluminum (Al) ions into the phospho-silicate soot through solution doping, forming an optical fiber preform in a shape in which a tube is wrapped around a surface; c) forming an optical fiber preform comprising a clad doped with germanium ions and a core doped with ytterbium (Yb), aluminum (Al) and phosphorus (P) inside the clad by removing the ceramic tube; And d) processing the optical fiber preform to extract the optical fiber; a clad doped with germanium ions and a core doped with ytterbium (Yb) aluminum (Al) and phosphorus (P) in the clad, including Provided is a method for manufacturing an optical fiber.

본 발명은 또한 상기 기재된 제조방법에 의해 얻어지는 광섬유 및 상기 광섬유를 포함하는 광증폭기를 제공한다..The present invention also provides an optical fiber obtained by the above-described manufacturing method and an optical amplifier comprising the optical fiber.

본 발명에 따른, 광섬유의 코어(core)에 이터븀(Yb), 알루미늄(Al) 및 인(P) 성분이 각각 도핑되고, 또한 클래드(clad)에 게르마늄(Ge) 성분이 도핑된 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 이용한 광증폭기는 상기 광섬유를 통해 20 dB/m 이상의 높은 코어 펌프 흡수율을 달성함과 동시에 광흑화(Photo darkening)현상을 억제하고, 코어의 NA(Numerical Aperture)를 0.07이하로 유지하여 빔 프로파일(beam profile)을 우수하게 유지할 수 있는 장점을 가진다.According to the present invention, the core of the optical fiber is doped with ytterbium (Yb), aluminum (Al), and phosphorus (P) components, respectively, and the clad is doped with germanium (Ge). The optical amplifier using a step index large mode area fiber achieves a high core pump absorption rate of 20 dB/m or more through the optical fiber, and at the same time suppresses the photo darkening phenomenon, Aperture) is maintained below 0.07 to have the advantage of excellently maintaining a beam profile.

또한, 본 발명에 따른, 코어(core)에 이터븀(Yb), 알루미늄(Al) 및 인(P) 이온이 각각 도핑되고, 또한 클래드(clad)에 게르마늄(Ge) 이온이 도핑된 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 사용하는 경우에, 본 발명에 따른 광증폭기는 증폭 광섬유의 길이를 1.5 m 이하, 보다 바람직하게는 1 m 이하로 유지하여 증폭 시스템 내 비선형 효과를 최소화하면서 동시에 충분한 증폭 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention, the core is doped with ytterbium (Yb), aluminum (Al) and phosphorus (P) ions, respectively, and the clad is doped with germanium (Ge) ions. In the case of using a step index large mode area fiber, the optical amplifier according to the present invention minimizes the nonlinear effect in the amplification system by maintaining the length of the amplifying optical fiber to 1.5 m or less, more preferably 1 m or less. At the same time, there is an advantage that sufficient amplification effect can be obtained.

또한, 종래 기술에 따른 광섬유는 융착 과정에서 투과 효율이 크게 떨어지기 때문에 고가의 융착기 사용이 필수적이며, 융착 과정에서도 주의가 요구되어 대량 생산에 있어서도 어려움이 있었으나, 본 발명에 따른 광섬유는 일반적인 융착기를 사용해도 안정적으로 높은 투과효율을 얻을 수 있는 추가의 장점을 가진다. In addition, since the transmission efficiency of the optical fiber according to the prior art is greatly reduced during the fusion process, it is essential to use an expensive fusion machine. It has the additional advantage of stably obtaining high permeation efficiency even when used.

도 1은 종래 기술에 따른 광섬유에 있어서, 인(P5+) 함량 변화에 따른 광섬유의 굴절률 변화를 나타낸 그림이다.
도 2는 종래 기술에 따른 넓은 면적 광섬유 개발을 위한 광결정 광섬유(Photonic Crystal Fiber)의 단면을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 활용한 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 타입의 고출력 극초단 펄스 레이저 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 계단형 넓은 모드 면적 광섬유 기반의 주 증폭단이 2단으로 구성된 극초단 펄스 레이저 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 프리폼(preform)으로부터 얻어진(drawing) 광섬유의 단면 이미지(4a)와 굴절률 분포(3b)를 보여주는 그래프를 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명에 따른 광섬유의 에너지분산형 분광분석법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS)를 통해 측정한 이온 농도 분포 그래프(4a) 및 광섬유의 측정된 흡수율(4b)을 도시한 그림이다.
도 7는 본 발명에 따른 광섬유의 증폭 특성을 확인하기 위한 증폭기의 구성 개략도이다.
도 8은 도 7에 따른 광섬유의 증폭 특성에 대한 실험결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a diagram illustrating a change in refractive index of an optical fiber according to a change in phosphorus (P5 + ) content in an optical fiber according to the prior art.
2 is a diagram illustrating a cross-section of a photonic crystal fiber for the development of a large area optical fiber according to the prior art.
3 is a schematic diagram of a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) type high-power ultra-short pulse laser device using an optical fiber according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of an ultra-short pulse laser device in which the main amplification stage is composed of two stages based on a stepped wide mode area optical fiber according to the present invention.
5 is a graph showing a cross-sectional image 4a and a refractive index distribution 3b of an optical fiber drawing from a preform according to the present invention.
6 is a diagram showing an ion concentration distribution graph (4a) measured through Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) of an optical fiber according to the present invention and a measured absorption rate (4b) of the optical fiber according to the present invention.
7 is a schematic diagram of the configuration of an amplifier for confirming the amplification characteristics of an optical fiber according to the present invention.
FIG. 8 is a graph showing experimental results on the amplification characteristics of the optical fiber according to FIG. 7 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 따른 광섬유 레이저 증폭 모듈의 냉각 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a cooling device for a fiber laser amplification module according to the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily practice the present invention. .

본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다.In each drawing of the present invention, the size or dimensions of the structures are enlarged or reduced than the actual size for clarity of the present invention, and well-known components are omitted to reveal the characteristic configuration, so it is not limited to the drawings. .

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In the detailed description of the principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명에 따른 광 증폭기는 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 포함하는 광증폭기로서, 상기 계단형 넓은 모드 면적 광섬유는 광신호의 전송 및 증폭에 적합한 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하며, 상기 광섬유의 코어(core)에는 전체 코어 성분 대비, 이터븀(Yb) 함량이 0.2 내지 10 wt%로 포함되고, 알루미늄(Al) 함량 및 인(P)의 함량이 각각 0.5 내지 25 wt%로 포함되고, 상기 클래드(clad)는 전체 클래드 성분 대비, 게르마늄(Ge) 함량이 1 내지 40 wt%로 포함된 것을 특징으로 한다.The optical amplifier according to the present invention is an optical amplifier including a step index large mode area fiber, wherein the step index large mode area fiber surrounds the core and a core suitable for transmission and amplification of an optical signal. includes a clad, and the core of the optical fiber contains 0.2 to 10 wt% of ytterbium (Yb) compared to the entire core component, and an aluminum (Al) content and a phosphorus (P) content of 0.5 to 25 wt%, and the clad is characterized in that the germanium (Ge) content is included in an amount of 1 to 40 wt%, based on the total clad component.

한편, 본 발명에 따른 상기 계단형 넓은 모드 면적 광섬유내 코어 및 클래드에 도핑되는 각각의 성분에 대한 더욱 바람직한 예로서는, 코어의 경우, 이터븀(Yb) 함량은 0.3 내지 8 wt%, 더욱 바람직하게는 1 내지 7 wt% 의 범위를 가질 수 있고, 알루미늄(Al)의 함량은 2 내지 20 wt%, 더욱 바람직하게는 5 내지 16 wt% 의 범위를 가질 수 있고, 인(P)의 함량은 5 내지 25 wt%, 더욱 바람직하게는 8 내지 23 wt% 의 범위를 가질 수 있다. 또한 클래드내 게르마늄의 함량은 바람직하게는 전체 클래드 성분 대비, 2 내지 30 wt%, 더욱 바람직하게는 5 내지 25 의 범위를 가질 수 있다.On the other hand, as a more preferable example for each component doped into the core and the clad in the step-type large mode area optical fiber according to the present invention, in the case of the core, the ytterbium (Yb) content is 0.3 to 8 wt%, more preferably It may have a range of 1 to 7 wt%, the content of aluminum (Al) may be in the range of 2 to 20 wt%, more preferably 5 to 16 wt%, and the content of phosphorus (P) is 5 to 25 wt %, more preferably in the range of 8 to 23 wt %. In addition, the content of germanium in the clad may preferably range from 2 to 30 wt%, more preferably from 5 to 25, based on the total clad components.

여기서, 본 발명에서의 코어 및/또는 클래드내 각각의 성분의 함량은 코어 성분의 경우에, 코어를 이루는 조성물의 전체 중량 대비 개별 성분(원소)가 차지하는 중량을 나타내는 것이며, 또한 클래드 성분의 경우에도 마찬가지로, 클래드를 이루는 조성물의 전체 중량 대비 개별 성분(원소)가 차지하는 중량을 나타내는 것을 의미한다. 즉, 인(P) 함량이 0.5 내지 25 wt% 의 범위로 포함되는 것은 전체 코어의 조성물의 질량 대비, 이온 형태 등으로 존재하는 코어내에 인(P) 원소의 총질량이 0.5 내지 15 wt% 임을 의미한다.Here, in the present invention, the content of each component in the core and/or clad represents the weight of the individual components (element) relative to the total weight of the composition constituting the core in the case of the core component, and also in the case of the clad component. Likewise, it refers to the weight occupied by individual components (elements) relative to the total weight of the composition constituting the clad. That is, the phosphorus (P) content in the range of 0.5 to 25 wt% means that the total mass of the phosphorus (P) element in the core present in ionic form, etc. is 0.5 to 15 wt% relative to the mass of the composition of the entire core. it means.

이러한, 본 발명에 따른 광증폭기를 포함하는 레이저 장치는 디스플레이, 반도체/솔라셀 가공, 안과시술, 마킹 및 표면처리 등 초미세 가공분야 의 용도에 활용되는 레이저 장치에 가능하나 이에 제한되지 않는다.Such a laser device including an optical amplifier according to the present invention is possible, but is not limited thereto, to a laser device used in ultra-fine processing fields such as displays, semiconductor/solar cell processing, ophthalmic procedures, marking and surface treatment.

한편, 배경기술에서 기재된 바와 같이, 광섬유의 길이가 1 m 이상 길어지게 되면, 이로 인해 비선형 위상 천이 누적값(B-integral)이 상대적으로 크며, 이로 인해 레이저 스펙트럼이 왜곡되고 펄스의 품질(pulse quality)이 낮아지는 문제점이 발생하며, 이를 위해 증폭 광섬유의 길이를 줄이기 위해서는 광섬유에 첨가된 이터븀(Yb3+) 이온의 첨가 정도를 높여야 하는데, 이 경우 광섬유 코어의 개구수(NA)가 증가하여 빔의 품질(beam quality(M2))이 낮아지는 단점과 함께, 이터븀(Yb3+) 이온간에 응집화(clustering) 현상이 발생할 가능성이 높아져 광흑화(photodarkening) 현상이 발생할 수 있다. On the other hand, as described in the background art, when the length of the optical fiber becomes longer than 1 m, this causes the nonlinear phase shift accumulation value (B-integral) to be relatively large, which causes the laser spectrum to be distorted and the pulse quality (pulse quality). ) is lowered, and to reduce the length of the amplifying optical fiber, the degree of addition of ytterbium (Yb3+) ions added to the optical fiber must be increased. In this case, the numerical aperture (NA) of the optical fiber core increases and the beam In addition to the disadvantage of lowering the quality (beam quality (M 2 )), the possibility of aggregation between ytterbium (Yb3+) ions increases, which may cause photodarkening.

따라서, 이러한 문제점에 대한 개선에 관한 연구를 진행하던 중, 본 발명자들은 광섬유의 코어(core)에 Yb3+, Al3+, P5+이온이, 클래드(clad)에 Ge 이온이 각각 특정 함량의 범위로 첨가되어 있는 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 제작하여 증폭매질로 활용하는 경우에 상기 문제점을 해결할 수 있음을 발견하였다. Therefore, while conducting research on improvement of these problems, the present inventors found that Yb 3+ , Al 3+ , P 5+ ions are in the core of the optical fiber, and Ge ions are in a specific content in the clad. It has been found that the above problems can be solved when a step index large mode area fiber is manufactured and used as an amplification medium.

즉, 본 발명은 평균출력이 상대적으로 낮은 펄스 레이저의 출력을 증폭하는 데 있어서, 증폭매질로서 광섬유의 코어(core)에 이터븀(Yb3+), 알루미늄(Al3+), 인(P5+) 이온이 각각 특정 범위의 함량으로 첨가되어 있고, 또한 광섬유의 클래드(clad)에 게르마늄(Ge4+)이온이 특정 범위의 함량으로 첨가된 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 증폭기에 사용하는 것을 특징으로 한다.That is, in the present invention, in amplifying the output of a pulsed laser having a relatively low average output, ytterbium (Yb 3+ ), aluminum (Al 3+ ), phosphorus (P 5) in the core of the optical fiber as an amplification medium + ) ions are added in a specific range, and germanium (Ge 4+ ) ions are added in a specific range to the clad of the optical fiber. Step index large mode area fiber ) is used in the amplifier.

본 발명에 따른 광섬유를 이용한 광증폭기는 광섬유를 이용한 펄스 레이저 장치내 증폭 시스템으로 사용될 수 있는 것으로서, 출력이 작은 시드(seed) 레이저와 고출력의 펌프 레이저를 증폭 광섬유 등의 증폭 매질에 동시에 입사시켜 시드(seed) 레이저의 출력을 증폭시킬 수 있다.The optical amplifier using an optical fiber according to the present invention can be used as an amplification system in a pulse laser device using an optical fiber. (seed) It is possible to amplify the output of the laser.

일반적으로 광 증폭기는 증폭을 위한 광섬유와 이를 지지하는 지지부를 포함할 수 있으며, 여기에 펌프 레이저 다이오드(pump LD) 등의 펌프 광원, 펌프 컴바이너(pump combiner), WDM(Wavelength Division Multiplexor), 펌프 컴바이너 아이솔레이터 모드 스트리퍼(pump combiner isolator mode stripper), 펌프 덤프(pump dump) 등의 소자를 포함할 수 있다. In general, an optical amplifier may include an optical fiber for amplification and a support for supporting the same. Here, a pump light source such as a pump laser diode (pump LD), a pump combiner, a Wavelength Division Multiplexor (WDM), It may include devices such as a pump combiner isolator mode stripper and a pump dump.

한편, 본 발명에 따른 광증폭기를 제공하기 위해 이에 사용되는 광섬유는 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 사용할 수 있다. 상기 계단형 넓은 모드 면적 광섬유는 클래드 흡수가 20 dB/m 이상이고, 클래드 굴절률이 실리카 보다 높은 특성을 나타낼 수 있다.On the other hand, the optical fiber used therein to provide the optical amplifier according to the present invention may use a step index large mode area fiber (step index large mode area fiber). The stepped wide mode area optical fiber may have a clad absorption of 20 dB/m or more and a clad refractive index higher than that of silica.

한편, 본 발명에 따른 상기 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)는 광신호의 전송 및 증폭에 적합한 중심부의 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함 한다. Meanwhile, the step index large mode area fiber according to the present invention includes a central core suitable for transmission and amplification of an optical signal and a cladding surrounding the core.

여기서, 상기 코어는 원기둥 형상을 가질 수 있으며 클래드는 코어를 감싸도록 원형 실린더 형상을 가질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 광섬유는, 레이저 빔을 전송하면서 레이저 빔의 파워를 증폭시킬 수 있다. Here, the core may have a cylindrical shape, and the clad may have a circular cylindrical shape to surround the core, but is not limited thereto. In addition, the optical fiber may amplify the power of the laser beam while transmitting the laser beam.

이러한 광섬유를 제조하기 위해, 본 발명은 광섬유 프리폼을 먼저 제조하고 상기 프리폼을 드로잉 등을 통하여 가공하여 광섬유를 뽑아낼 수 있다.In order to manufacture such an optical fiber, in the present invention, an optical fiber preform is first manufactured, and the preform is processed through drawing or the like to extract the optical fiber.

이를 보다 상세히 살펴보면 본 발명에 따른 광섬유의 제조방법은 a) 내부에 동공을 형성한 세라믹 튜브에 Si 전구체 및 Ge 전구체의 혼합 가스를 각각 투입하여 실리카-게르마늄 산화층으로 이루어진 클래드를 형성하는 단계; b) 상기 클래드의 내부에 포스포-실리케이트 수트(soot)를 화학기상증착에 의해 형성하고 상기 포스포 실리케이트 수트에 용액 도핑을 통해 이터븀(Yb) 및 알루미늄(Al) 이온을 도입하여, 상기 세라믹 튜브가 표면을 감싼 형태의 광섬유 프리폼을 형성하는 단계; c) 상기 세라믹 튜브를 제거함으로써, 게르마늄 이온이 도핑된 클래드 및 상기 클래드의 내부에 이터븀(Yb) 알루미늄(Al) 및 인(P)이 도핑된 코어로 이루어진 광섬유 프리폼을 형성하는 단계; 및 d) 상기 광섬유 프리폼을 가공하여 광섬유를 뽑아내는 단계;를 포함할 수 있고, 이러한 방식에 의해 게르마늄 이온이 도핑된 클래드 및 상기 클래드의 내부에 이터븀(Yb) 알루미늄(Al) 및 인(P)이 도핑된 코어로 이루어진 광섬유를 얻을 수 있다.Looking at this in more detail, the method of manufacturing an optical fiber according to the present invention comprises the steps of: a) forming a clad comprising a silica-germanium oxide layer by injecting a mixed gas of a Si precursor and a Ge precursor into a ceramic tube having a cavity formed therein; b) forming a phospho-silicate soot inside the clad by chemical vapor deposition and introducing ytterbium (Yb) and aluminum (Al) ions into the phospho-silicate soot through solution doping, forming an optical fiber preform in a shape in which a tube is wrapped around a surface; c) forming an optical fiber preform comprising a clad doped with germanium ions and a core doped with ytterbium (Yb), aluminum (Al) and phosphorus (P) inside the clad by removing the ceramic tube; and d) processing the optical fiber preform to extract the optical fiber; in this way, a clad doped with germanium ions and ytterbium (Yb) aluminum (Al) and phosphorus (P) in the clad ) to obtain an optical fiber composed of a doped core.

이하에서는 상기 광섬유의 제조방법을 각 단계별로 구체화하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the manufacturing method of the optical fiber will be concretely described in each step.

우선, 첫 번째 단계로서, 내부에 동공을 형성한 세라믹 튜브에 실리카-게르마늄 산화층으로 이루어진 클래드를 형성하는 단계(a)단계)는 광섬유를 제조하기 위한 프리폼의 외부에 해당하는 클래드 부분을 세라믹 튜브내 동공의 안쪽에 화학기상증착 등에 의해 형성하는 단계이다. 이를 위해 c) 단계에서 제거 가능한 세라믹 튜브를 사용하되, 상기 세라믹 튜브에 Si 전구체 및 Ge 전구체의 혼합 가스를 각각 투입하여 다층의 GeO2-SiO2 층을 형성되도록 한다. 이때 사용되는 세라믹 튜브로서는 실리카 튜브를 사용할 수 있고, Si 전구체로서 SiCl4를, Ge 전구체로서 GeCl4 를 사용할 수 있다. First, as a first step, in the step (a) of forming a clad consisting of a silica-germanium oxide layer in a ceramic tube having a cavity formed therein, the clad portion corresponding to the outside of the preform for manufacturing the optical fiber is placed inside the ceramic tube. It is a step of forming the inside of the cavity by chemical vapor deposition, etc. To this end, a ceramic tube removable in step c) is used, and a mixed gas of a Si precursor and a Ge precursor is respectively introduced into the ceramic tube to form a multi-layered GeO 2 -SiO 2 layer. At this time, it is possible to use the silica tube as the ceramic tube to be used, it is possible to use the GeCl 4 SiCl 4 as the Si precursor and a Ge precursor.

이 과정에서 증착온도는 1000 ~ 1800 ℃ 의 범위가 사용될 수 있고, 높은 온도로 인해 튜브가 닫힐 수 있기 때문에 역방향 압력 조절(backward pressurizing) 시스템이 적용된다. 또한 증착 중 형성되는 온도 기울기는 가스 흘림 속도(gas flow rate)와 버너의 온도를 조절하여 보상함으로써 분자가 확산되는 힘이 평형을 이루도록 한다. In this process, the deposition temperature in the range of 1000 ~ 1800 ℃ can be used, and since the tube can be closed due to the high temperature, a backward pressurizing system is applied. In addition, the temperature gradient formed during deposition is compensated by adjusting the gas flow rate and the temperature of the burner, so that the force of diffusion of molecules is balanced.

두 번째 단계로서, 이터븀(Yb3+), 인(P5+) 및 알루미늄(Al3+) 이온을 코어에 증착시키는 단계(b)단계)는 광섬유를 제조하기 위한 프리폼의 내부에 해당하는 코어 부분을 형성하는 단계이다. 이를 위해 상기 클래드의 내부에 포스포-실리케이트 수트(Phosphosilicate soot, P2O5-SiO2)를 화학기상증착에 의해 형성하고, 프리 신터링(pre-sintering) 단계를 거치며 다공성(porosity)을 조절하며, 안정화한다. 다음으로 용액 도핑(solution doping technique)을 통해 Yb3+, Al3+이온이 공급되고 최종적으로 수트(soot)을 신터링(sintering) 한 후 튜브(tube)를 닫고 상기 실리카 튜브 등의 세라믹 튜브가 표면을 감싼 형태의 광섬유 프리폼을 완성한다. 이 과정에서 높은 증기압으로 인해 증발되는 인(P5+)이온을 보충해주기 위해 POCl3을 강하게 주입해준다. As a second step, the step (b) of depositing ytterbium (Yb 3+ ), phosphorus (P 5+ ) and aluminum (Al 3+ ) ions on the core (step b) corresponds to the inside of the preform for manufacturing the optical fiber. This is the step of forming the core part. To this end, phospho-silicate soot (P 2 O 5 -SiO 2 ) is formed on the inside of the clad by chemical vapor deposition, and the porosity is controlled through a pre-sintering step. and stabilize it. Next, Yb 3+ , Al 3+ ions are supplied through solution doping technique, and after sintering the soot, the tube is closed and the ceramic tube such as the silica tube is Complete the optical fiber preform wrapped around the surface. In this process, POCl 3 is strongly injected to supplement phosphorus (P 5+ ) ions that are evaporated due to high vapor pressure.

세 번째 단계로서, 증착된 클래드 바깥쪽의 상기 세라믹 튜브를 제거하여 광섬유 프리폼을 형성하는 단계(c)단계)는 앞서 b) 단계에서 얻어진, 실리카 튜브 등의 세라믹 튜브내 게르마늄 이온이 도핑되고 증착된 클래드 및 상기 클래드의 내부에 이터븀(Yb) 알루미늄(Al) 및 인(P)이 도핑된 코어를 포함하는 세라믹 튜브-광섬유 프리폼 복합체로부터 상기 세라믹 튜브를 제거함으로써, 광섬유 프리폼을 완성하는 단계에 해당한다.As a third step, step (c)) of forming an optical fiber preform by removing the ceramic tube outside the deposited clad is a ceramic tube doped with germanium ions, such as a silica tube, obtained in step b) above and deposited. Corresponding to the step of completing the optical fiber preform by removing the ceramic tube from the ceramic tube-optical fiber preform composite including a clad and a core doped with ytterbium (Yb), aluminum (Al) and phosphorus (P) inside the clad do.

여기서, 상기 클래드 바깥쪽의 세라믹 튜브는 HF 에칭 및/또는 기계적 밀링(mechanical milling) 등의 방식에 의해 쉽게 제거할 수 있다.Here, the ceramic tube outside the clad can be easily removed by HF etching and/or mechanical milling.

마지막 단계로서, 상기 광섬유 프리폼을 가공하여 광섬유를 제조하는 단계(d)단계)는 상기 프리폼으로부터 뽑아내는(drawing) 방식에 의해 광섬유를 제조할 수 있고, 이는 통상적으로 광섬유 인출 설비에 탑재하고, 상기 광섬유 프리폼의 끝단을 용융시켜서 인출할 수 있다. 인출된 광섬유는 자외선 경화성 수지 또는 열경화성 수지로 코팅되고, 자외선이나 열로 상기 수지를 경화시켜서 외피를 형성할 수 있고, 상기 외피는 광섬유의 기계적 강도를 증가시킴으로써, 광섬유를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. As a final step, in the step (d) of manufacturing the optical fiber by processing the optical fiber preform, the optical fiber can be manufactured by a drawing method from the preform, which is usually mounted on an optical fiber extraction facility, and the It can be taken out by melting the tip of the optical fiber preform. The drawn out optical fiber is coated with an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin, and the resin is cured with ultraviolet rays or heat to form an outer sheath, and the outer sheath increases the mechanical strength of the optical fiber, thereby protecting the optical fiber from the external environment.

이때, 상기 프리폼은 지름 5 ~ 20 mm, 길이 0.1 ~ 1 m 정도의 것을 사용할 수 있으며, 광섬유의 코어/클래드의 크기와 조성비, 굴절률 등의 광섬유의 특성은 상기 프리폼(preform)의 형성 단계에서 이미 결정되며, 상기 d) 단계의 광섬유를 뽑아내는(drawing) 단계는 이미 결정된 특성의 광섬유를 길이방향으로 균일한 특성을 갖도록 온도나 속도 등을 제어하며 인출하는 단계에 해당된다. In this case, the preform may have a diameter of 5 to 20 mm and a length of 0.1 to 1 m, and the characteristics of the optical fiber, such as the size, composition ratio, and refractive index of the core/clad of the optical fiber, are already in the forming stage of the preform. is determined, and the step of drawing the optical fiber of step d) corresponds to the step of drawing out the optical fiber of the predetermined characteristic while controlling the temperature or speed so as to have uniform characteristics in the longitudinal direction.

한편, 본 발명에 따른 상기 광증폭기는 상기 광섬유를 사용함에 따라, 광섬유의 길이가 1.5 m 이하인 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 1 m 이하의 광섬유를 사용할 수 있다.Meanwhile, as the optical amplifier according to the present invention uses the optical fiber, one having a length of 1.5 m or less may be used, and preferably, an optical fiber having a length of 1 m or less may be used.

또한, 본 발명에 따른 상기 광증폭기는 상기 광섬유를 사용함에 따라, 클래드의 펌프 흡수율이 10 dB/m 이상일 수 있고, 바람직하게는 클래드의 펌프 흡수율이 20 dB/m 이상인 것을 사용할 수 있다.In addition, since the optical amplifier according to the present invention uses the optical fiber, the clad pump absorption rate may be 10 dB/m or more, and preferably, the clad pump absorption rate 20 dB/m or more may be used.

또한, 본 발명에 따른 상기 광섬유의 제조방식에 따라, 바람직하게는 전체 코어 성분 대비, 상기 코어내 이터븀(Yb) 함량이 0.3 내지 8 wt% 의 범위이고, 알루미늄(Al)의 함량은 2 내지 20 wt% 의 범위이며, 인(P)의 함량은 5 내지 25 wt% 의 범위로 조절된 광섬유를 제공할 수 있고, 또한, 클래드(clad)에 게르마늄(Ge) 의 함량은 전체 클래드 성분 대비, 2 내지 30 wt% 의 범위인 광섬유를 제공할 수 있으며, 이때, 상기 광섬유는 코어 및 클래드가 각각 실리카 매트릭스 일 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the optical fiber according to the present invention, preferably, the ytterbium (Yb) content in the core is in the range of 0.3 to 8 wt%, and the content of aluminum (Al) is 2 to 8 wt%, relative to the total core component. It is in the range of 20 wt%, and the content of phosphorus (P) can provide an optical fiber adjusted in the range of 5 to 25 wt%, and the content of germanium (Ge) in the clad is higher than the total clad component, An optical fiber in the range of 2 to 30 wt% may be provided, wherein the optical fiber may have a core and a clad of silica matrix, respectively.

한편, 본 발명에 따른 광증폭기는 계단형 넓은 모드 면적 광섬유에 펌프 컴바이너(pump combiner), 펌프 광원 중에서 선택된 적어도 하나이상이 광학적으로 연결되어 있을 수 있고, 바람직하게는 펌프 광원-펌프 컴바이너-광섬유의 순서에 의해 연결될 수 있다. On the other hand, in the optical amplifier according to the present invention, at least one selected from a pump combiner and a pump light source may be optically connected to a step-type wide mode area optical fiber, and preferably, a pump light source-pump combine You can connect by the order of optical fibers.

또한, 본 발명에 따른 상기 계단형 넓은 모드 면적 광섬유는 지름 0.5 cm ~ 500 cm 이내의 원형 또는 타원형으로 대기중에서 감겨 배치되거나, 또는 단면이 원통형 또는 다각형의 관 또는 튜브의 외부면에 감겨 배치되어 광섬유 증폭기에 사용될 수 있으며, 적절한 감기는 지름을 선택하여 적용함으로써 광섬유의 기본 모드(fundamental mode), 고차 모드(higher order mode)의 손실에 상대적인 차이를 두어, 결과적으로는 기본 모드(fundamental mode)가 우세한 펄스 출력을 확보할 수 있게 된다. 감기는 지름이 500 cm 이상일 경우에는 모드 간 상대 손실차이가 무의미할 정도로 작고, 감기는 지름이 0.5 cm 이하일 경우에는 기본 모드(fundamental mode)가 겪는 손실 또한 매우 크기 때문에 통상적으로 0.5 cm ~ 500 cm 이내에서 선택하여 적용한다. In addition, the step-type wide mode area optical fiber according to the present invention is disposed to be wound in the atmosphere in a circular or elliptical shape with a diameter of 0.5 cm to 500 cm, or wound around the outer surface of a tube or tube having a cylindrical or polygonal cross section. It can be used in an amplifier, and by selecting and applying an appropriate winding diameter, there is a relative difference in the loss of the fundamental mode and higher order mode of the optical fiber, and consequently the fundamental mode is dominant. Pulse output can be secured. When the winding diameter is more than 500 cm, the relative loss difference between modes is insignificantly small, and when the winding diameter is 0.5 cm or less, the loss suffered by the fundamental mode is also very large, so it is usually within 0.5 cm to 500 cm Select from and apply.

또한, 본 발명은 상기 광섬유의 제조방법에 의해 얻어지는 광섬유, 상기 광섬유를 포함하는 광증폭기 및 상기 광증폭기를 포함하는 극초단 펄스 레이저 장치를 제공할 수 있다. 이때, 상기 극초단 펄스 레이저 장치는 압축 후 출력 펄스 기준으로 100 ps ~ 10 fs 범위의 극초단 펄스를 사용하는 레이저 장치 일 수 있다. In addition, the present invention can provide an optical fiber obtained by the method for manufacturing an optical fiber, an optical amplifier including the optical fiber, and an ultrashort pulse laser device including the optical amplifier. In this case, the ultra-short pulse laser device may be a laser device using ultra-short pulses in the range of 100 ps to 10 fs based on the output pulse after compression.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 활용한 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 타입의 고출력 극초단 펄스 레이저 장치의 개략도를 도시하였다. 보다 상세하게는, 공진기(Oscillator, 1)에서 발진한 안정적이고 낮은 출력의 시드 레이저(seed laser)는 증폭에 앞서 광펼침기(Stretcher, 2)를 지나면서 충분히 낮은 첨두출력을 갖도록 시간축에서 펼쳐지고, 필요에 따라 사전 증폭단(Pre-amplifier, 3)를 통과하며 본 발명에 따른 광섬유(7), 아이솔레이터(4), 펌프 광원(5) 및 펌프 컴바이너(6)를 포함하는 주 증폭단(Main-amplifier)에서 높은 이득(Gain)을 갖도록 준비된다. 3 is a schematic diagram of a high-power ultra-short pulse laser device of a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) type using an optical fiber according to an embodiment of the present invention. More specifically, the stable and low-output seed laser oscillated from the resonator (Oscillator, 1) is spread on the time axis so as to have a sufficiently low peak output while passing the optical stretcher (2) prior to amplification, If necessary, it passes through the pre-amplifier 3 and includes the optical fiber 7, the isolator 4, the pump light source 5 and the pump combiner 6 according to the present invention. amplifier) is prepared to have a high gain.

상기 사전증폭단(3)을 통과한 레이저는 역방향으로의 광의 전파를 막는 주 증폭단내 아이솔레이터(4)를 지난 후 펌프 컴바이너(pump combiner, 6)을 지나 광섬유(7)로 입사되며, 펌프광원(레이저 다이오드, 5) 또한 상기 펌프 컴바이너(pump combiner, 6)를 통해 광섬유(7)로 입사된다. The laser that has passed through the pre-amplification stage 3 passes through the isolator 4 in the main amplification stage that blocks the propagation of light in the reverse direction, then passes through the pump combiner 6 and is incident on the optical fiber 7, and the pump light source (Laser diode, 5) is also incident on the optical fiber 7 through the pump combiner (6).

상기 광섬유(7)을 통과하며 증폭된 레이저는 압축기(8)을 통과하며 100 ps ~ 10 fs 범위의 극초단 펄스 레이저로 압축된다. 여기서 필요로 하는 펌프(pump) 출력과 펌프광원(pump LD)의 특성에 따라 펌프 컴바이너(pump combiner, 6)에 연결되는 펌프광원(pump LD, 5)가 두 개 이상이 되기도 한다. 여기서 주증폭단의 증폭매질인 계단형 넓은 모드 면적 광섬유(7)는 기본 모드(fundamental mode)를 제외한 고차 모드(higher order mode)를 제거할 목적으로 0.5 ~ 500 cm의 지름으로 감겨 사용되기도 한다. The amplified laser passing through the optical fiber 7 passes through the compressor 8 and is compressed into an ultra-short pulse laser in the range of 100 ps to 10 fs. There may be two or more pump light sources (pump LD, 5) connected to the pump combiner (6) depending on the pump output and the characteristics of the pump light source (pump LD) required here. Here, the stepped wide mode area optical fiber 7, which is the amplification medium of the main amplification stage, is wound with a diameter of 0.5 to 500 cm for the purpose of removing higher order modes except for the fundamental mode.

또한, 본 발명에 따른 극초단 펄스 레이저 장치는 앞서의 주 증폭단(Main-amplifier)이 복수로 직렬 연결되어 다단으로 구성될 수 있다. In addition, the ultra-short pulse laser device according to the present invention may be configured as a multi-stage in which a plurality of main-amplifiers are connected in series.

도 4에서는 본 발명에 따른 계단형 넓은 모드 면적 광섬유 기반의 주 증폭단이 2단으로 구성된 시스템으로서, 상기 주 증폭단과 주 증폭단 사이에는 아이솔레이터(4)와 고차 모드를 제거하는 고차모드제거기(Mode stripper, 9)가 위치할 수 있으며, 최종 증폭단의 끝에도 고차모드제거기(9)가 위치할 수 있다. 4 shows a system in which the main amplification stage based on a stepped wide mode area optical fiber according to the present invention consists of two stages, and between the main amplification stage and the main amplification stage, an isolator 4 and a higher-order mode stripper for removing the higher-order mode (Mode stripper, 9) may be located, and a higher-order mode canceller 9 may also be located at the end of the final amplification stage.

이하에서는 앞서 기재된 바에 따라 제조된, 본 발명에 따른 레이저용 광섬유의 물리적 특성을 도 5 내지 도 8에 기재된 도면을 바탕으로 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, physical properties of the optical fiber for laser according to the present invention, manufactured as described above, will be described in detail based on the drawings shown in FIGS. 5 to 8 .

도 5는 본 발명을 통해 완성된, 프리폼(preform)으로부터 얻어진(drawing) 광섬유의 단면 이미지와 굴절률 분포를 보여주는 그래프를 도시한 그림이다.5 is a diagram showing a cross-sectional image of an optical fiber drawn from a preform and a graph showing a refractive index distribution completed through the present invention.

상기 도 5의 a)로부터 20 um 이하의 코어와 클래드의 형상이 뚜렷하게 나타나고 있으며, 도 5의 b)로부터 본 발명에 따라 제조되는 광섬유에서의 코어(이터븀(Yb3+), 인(P5+) 및 알루미늄(Al3+) 이온 도핑) 및 클래드(게르마늄이 도핑)에서의 굴절률 값을 보여주고 있으며, 이를 통해 클래드의 굴절률이 균일하며 index-matching oil에 비해 0.0017 정도 높은 굴절률을 가짐을 확인할 수 있다. The shape of the core and the clad of 20 um or less is clearly shown from a) of FIG. 5, and the core (ytterbium (Yb 3+ ), phosphorus (P 5) in the optical fiber manufactured according to the present invention from FIG. 5 b) + ) and aluminum (Al 3+ ) ion-doped) and clad (germanium-doped) are shown. Through this, it can be confirmed that the refractive index of the clad is uniform and has a refractive index that is about 0.0017 higher than that of index-matching oil. can

또한 코어와 클래드의 굴절률 차이는 약 0.0017로 0.07 수준의 개구수(NA)를 기대할 수 있으며, 프리폼(preform) 제조 과정에서 클래드의 게르마늄(Ge) 이온의 도핑 레벨을 조절함으로써 개구수 조정이 가능하다. In addition, the difference in refractive index between the core and the clad is about 0.0017, and a numerical aperture (NA) of 0.07 level can be expected. .

도 6의 a)는 에너지분산형 분광분석법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS)를 통해 측정한 이온 농도 분포 그래프로서, 광섬유내 코어에서의 농도는 실리카 매트릭스 기준으로 Yb2O3는 0.4 mol%(4 wt% Yb), Al2O3는 4.4 mol% (11 wt% Al), P2O5는 4.8 mol% (17 wt% P)로 나타나고 있으며, 전체적으로 편평한 농도 분포를 확인할 수 있다. FIG. 6 a) is a graph of ion concentration distribution measured through Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). The concentration in the core of the optical fiber is 0.4 mol% (4 wt. % Yb), Al2O3 is 4.4 mol% (11 wt% Al), and P2O5 is 4.8 mol% (17 wt% P), confirming the overall flat concentration distribution.

한편, 클래드(clad)내 게르마늄(Ge) 이온은 굴절률 측정에 의해 전체 클래드 성분 대비, 실리카 매트릭스 기준으로 20 wt% 정도의 함량을 가지는 것으로 나타나고 있다. On the other hand, it is shown that germanium (Ge) ions in the clad have a content of about 20 wt% based on the silica matrix compared to the total clad components by refractive index measurement.

또한, 상기 도 6의 a)에서 P2O5의 경우 중앙에 dip이 없는 것을 확인할 수 있으며, 이는 preform 제조 과정에서 P2O5 추가 공급이 유효했음을 의미한다. 또한 P2O5는 Al2O3에 비해 약간 높은 농도값을 가지며, 이를 통해 광흑화 현상을 더욱 낮출 수 있다. In addition, in the case of P2O5 in a) of FIG. 6, it can be seen that there is no dip in the center, which means that additional supply of P2O5 was effective during the preform manufacturing process. In addition, P2O5 has a slightly higher concentration value than Al2O3, and through this, the photoblackening phenomenon can be further reduced.

도 6의 b)는 본 발명에 따라 제조된 광섬유의 측정된 흡수율로 976 nm에서 22.3 dB/m의 높은 값을 가짐을 확인할 수 있다. 6b) is the measured absorption coefficient of the optical fiber manufactured according to the present invention, it can be confirmed that it has a high value of 22.3 dB/m at 976 nm.

도 7은 본 발명에 따른 광섬유의 증폭 특성을 확인하기 위한 증폭기의 구성 개략도로서, 상기 실시예에 따라 제조된 광섬유의 양 끝면이 4 % 반사면이며, 광섬유 자체가 레이저 공진기 역할을 하도록 구성되며, 펌프와 레이저는 렌즈를 통해 광섬유로 입사되거나 시준(collimation)되어 출사된다. 광섬유는 지름 5 cm수준의 벤딩(bending)을 가해 고차 모드를 제거하였다. 7 is a schematic diagram of the configuration of an amplifier for confirming the amplification characteristics of the optical fiber according to the present invention. Both end surfaces of the optical fiber manufactured according to the embodiment are 4% reflective surfaces, and the optical fiber itself is configured to serve as a laser resonator; The pump and the laser are incident on the optical fiber through the lens or are collimated and emitted. The high-order mode was removed by bending the optical fiber with a diameter of 5 cm.

도 8은 도 7에 따른 증폭기를 이용하여 실시예에 따라 제조된 광섬유의 증폭 특성에 대한 실험결과를 나타낸 그래프이다. 8 is a graph showing experimental results on the amplification characteristics of an optical fiber manufactured according to the embodiment using the amplifier according to FIG. 7 .

여기서, 파장 안정화가 되지 않은 펌프 광원(pump LD)를 사용하게 되면, 증폭 과정중에 (pump LD)의 중심파장이 다른 값으로 흐를 수가 있으며, 이는 파장 변환 효율에 영향을 줄 수 있다. 반면 파장 안정화된 펌프 광원(pump LD)를 사용하면 증폭과정중에도 중심파장이 일정하게 유지되기 때문에 변환 효율을 일정하게 가져갈 수 있다. Here, if a pump light source (pump LD) that is not wavelength stabilized is used, the central wavelength of (pump LD) may flow to a different value during the amplification process, which may affect wavelength conversion efficiency. On the other hand, when a wavelength-stabilized pump light source (pump LD) is used, the conversion efficiency can be kept constant because the central wavelength is kept constant during the amplification process.

본 실시예에서는 파장 안정화가 되지 않은 펌프 광원(pump LD)를 사용하는 경우에는 2 m의 광섬유를, 파장 안정화가 된 펌프 광원(pump LD)를 사용하는 경우에는 0.5 m 의 광섬유를 사용하였다. 71.5 W 평균출력의 파장 안정화 펌프 광원(pump LD)를 사용하는 경우 레이저의 최대 출력은 58.6 W로 변환효율은 80 %에 이른다. 출력 107 W에서의 빔의 품질(beam quality(M2))는 1.29~1.39이며, 클래드의 게르마늄(Ge) 농도를 조절하여 광섬유의 개구수 값을 낮추면 더욱 우수한 결과를 얻을 수 있다. In this embodiment, a 2 m optical fiber was used when a pump light source (pump LD) with wavelength stabilization was used, and a 0.5 m optical fiber was used when a wavelength stabilized pump light source (pump LD) was used. When a wavelength stabilized pump light source (pump LD) with an average output of 71.5 W is used, the maximum output of the laser is 58.6 W, and the conversion efficiency reaches 80%. The beam quality (M 2 )) at an output of 107 W is 1.29 to 1.39, and better results can be obtained by lowering the numerical aperture of the optical fiber by adjusting the germanium (Ge) concentration of the clad.

이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, which are only exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible by those of ordinary skill in the art. will understand that Therefore, the technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

1 : 오실레이터
2 : 스트레쳐
3 : 프리-앰프
4 : 아이솔레이터
5 : 펌프 광원(레이저 다이오드)
6: 펌프 컴바이너
7 : 광섬유(계단형 넓은 모드 면적 광섬유)
8 : 압축기(컴프레셔)
9 : 모드 스트리퍼
1: Oscillator
2: Stretcher
3: Pre-amplifier
4: isolator
5: Pump light source (laser diode)
6: Pump combiner
7: optical fiber (stepped wide mode area optical fiber)
8: Compressor (Compressor)
9: Mod Stripper

Claims (12)

계단형 넓은 모드 면적 광섬유(step index large mode area fiber)를 포함하는 광증폭기에 있어서,
상기 계단형 넓은 모드 면적 광섬유는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래드를 포함하며,
상기 광섬유의 코어(core)에는 전체 코어 성분 대비, 이터븀(Yb) 함량이 0.3 내지 8 wt%로 포함되고, 알루미늄(Al)의 함량은 2 내지 20 wt%의 범위이며, 인(P)의 함량은 5 내지 25 wt%로 포함되고,
상기 클래드(clad)는 전체 클래드 성분 대비, 게르마늄(Ge) 함량이 5 내지 25 wt%로 포함되고,
클래드의 펌프 흡수율이 10 dB/m 이상이며,
광섬유 코어의 NA(Numerical Aperture)가 0.07 이하인 것을 특징으로 하는 광증폭기.
In an optical amplifier comprising a step index large mode area fiber,
The stepped large mode area optical fiber includes a core and a clad surrounding the core,
The core of the optical fiber contains 0.3 to 8 wt% of ytterbium (Yb) relative to the entire core component, and the content of aluminum (Al) is in the range of 2 to 20 wt%, and phosphorus (P) The content is included in 5 to 25 wt%,
The clad contains 5 to 25 wt% of germanium (Ge) compared to the total clad components,
The pump absorption rate of the clad is more than 10 dB/m,
Optical amplifier, characterized in that the NA (Numerical Aperture) of the optical fiber core is 0.07 or less.
제1항에 있어서,
상기 광섬유의 길이는 1.5 m 이하인 것을 특징으로 하는 광증폭기.
According to claim 1,
The optical amplifier, characterized in that the length of the optical fiber is 1.5 m or less.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 광증폭기는 계단형 넓은 모드 면적 광섬유에 펌프 컴바이너(pump combiner), 펌프 광원 중에서 선택된 적어도 하나이상이 광학적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광증폭기.
According to claim 1,
The optical amplifier is an optical amplifier, characterized in that at least one selected from a pump combiner and a pump light source is optically connected to a step-type wide mode area optical fiber.
제1항에 있어서,
상기 광섬유는 코어 및 클래드가 각각 실리카 매트릭스 인 것을 특징으로 하는 광증폭기.
According to claim 1,
The optical amplifier is an optical amplifier, characterized in that each of the core and the clad is a silica matrix.
제1항에 있어서,
상기 계단형 넓은 모드 면적 광섬유는 지름 0.5 cm ~ 500 cm 이내의 원형 또는 타원형으로 대기중에서 감겨 배치되거나, 또는 단면이 원통형 또는 다각형의 관 또는 튜브의 외부면에 감겨 배치되어 광 증폭기에 사용되는 것을 특징으로 하는 광증폭기.
According to claim 1,
The step-type wide mode area optical fiber is disposed by being wound in the air in a circular or elliptical shape within a diameter of 0.5 cm to 500 cm, or being wound around the outer surface of a tube or tube having a cylindrical or polygonal cross-section and used in an optical amplifier. an optical amplifier with
제1항, 제2항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한항에 기재된 광증폭기를 포함하며, 압축 후 출력 펄스 기준으로 100 ps ~ 10 fs 이내의 극초단 펄스를 사용하는 극초단 펄스 레이저 장치.
An ultra-short pulse laser device comprising the optical amplifier according to any one of claims 1, 2, and 6 to 8, and using an ultra-short pulse within 100 ps to 10 fs based on the output pulse after compression. .
a) 내부에 동공을 형성한 세라믹 튜브에 Si 전구체 및 Ge 전구체의 혼합 가스를 각각 투입하여 실리카-게르마늄 산화층으로 이루어진 클래드를 형성하는 단계;
b) 상기 클래드의 내부에 포스포-실리케이트 수트(soot)를 화학기상증착에 의해 형성하고 상기 포스포 실리케이트 수트에 용액 도핑을 통해 이터븀(Yb) 및 알루미늄(Al) 이온을 도입하여, 상기 세라믹 튜브가 표면을 감싼 형태의 광섬유 프리폼을 형성하는 단계;
c) 상기 세라믹 튜브를 제거함으로써, 게르마늄 이온이 도핑된 클래드 및 상기 클래드의 내부에 이터븀(Yb) 알루미늄(Al) 및 인(P)이 도핑된 코어로 이루어진 광섬유 프리폼을 형성하는 단계; 및
d) 상기 광섬유 프리폼을 가공하여 광섬유를 뽑아내는 단계;를 포함하는, 게르마늄 이온이 도핑된 클래드 및 상기 클래드의 내부에 이터븀(Yb) 알루미늄(Al) 및 인(P)이 도핑된 코어로 이루어진 광섬유의 제조방법
a) forming a clad composed of a silica-germanium oxide layer by respectively introducing a mixed gas of a Si precursor and a Ge precursor into a ceramic tube having a cavity formed therein;
b) forming a phospho-silicate soot inside the clad by chemical vapor deposition and introducing ytterbium (Yb) and aluminum (Al) ions into the phospho-silicate soot through solution doping, forming an optical fiber preform in a shape in which a tube is wrapped around a surface;
c) forming an optical fiber preform comprising a clad doped with germanium ions and a core doped with ytterbium (Yb), aluminum (Al) and phosphorus (P) inside the clad by removing the ceramic tube; and
d) processing the optical fiber preform to extract the optical fiber; comprising a clad doped with germanium ions and a core doped with ytterbium (Yb), aluminum (Al) and phosphorus (P) inside the clad Manufacturing method of optical fiber
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