KR102428105B1 - 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼 및 그 제작 방법 - Google Patents

고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 코어, 제1 클래드 및 제2 클래드를 포함하는 광섬유; 및 일 방향을 따라 연장된 관통 홀을 구비하고, 상기 관통 홀에 상기 광섬유가 안착되어 융착 방식으로 상기 광섬유와 결합되는 하나 이상의 글라스 튜브(glass tube)를 포함하되, 상기 하나 이상의 글라스 튜브는 상기 광섬유보다 높은 서로 다른 굴절률을 가지는 것이다.

Description

고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼 및 그 제작 방법{Clad Mode Stripper for a High-power Fiber Laser and Production Method thereof}
본 발명은 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
대구경의 광섬유를 이용한 고출력 광섬유 레이저는 차세대 광통신, 의료용, 산업용 가공기 및 군사용 레이저 광원으로서 사용될 수 있으며, 신호의 손실이 적고, 높은 출력을 얻을 수 있는 것이 특징이다. 고출력 광섬유 레이저는 출력 파장의 안정성, 조절성, 파장 선택성 및 다파장 동작 등을 구현할 수 있으며, 특히, 반도체 레이저로는 구현하기 힘든 파장을 구현함으로써 새로운 레이저 광원으로 각광받고 있다. 이러한 고출력 광섬유 레이저는 통상 수백 와트(W) 내지 수 킬로와트(kW)급의 전력을 발생시키기 때문에, 고출력을 감당할 수 있는 광섬유 레이저 부품에 대한 수요가 증가하고 있다.
고출력 광섬유 레이저에서 코어로 흡수되지 못한 펌프 광, 이중 클래드 광섬유의 코어로부터 이탈된 광 또는 가공물체의 표면으로부터 되반사 되는 광은 이중-클래드 광섬유의 코어와 내부 클래드 내에서 종종 전파된다. 이러한 미 흡수 펌프광, 이탈된 광, 되반사 된 광 등의 원치 않는 광은 이중 클래드 광섬유에서 제거되지 않으면, 고출력 레이저의 출력 빔 품질을 저하시키거나 열적 손상으로 인해 레이저 시스템에 심각한 고장을 일으킬 수 있다. 클래드 모드 스트리퍼(Clad Mode Stripper)는 내부 클래드에 남아있는 광을 제거함으로써 펌프 광에 의해 광섬유 레이저가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
종래의 클래드 모드 스트리퍼는 일반적인 폴리머 기반으로 형성되고, 저 굴절률 폴리머 외부 클래드를 실리카의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 물질로 교체하고, 이로써 바람직하지 않은 광이 소정의 길이를 지나서 내부 클래드로부터 완벽히 추출되도록 한다. 그러나, 외부 클래드의 굴절률보다 높은 임의의 굴절률 값은 내부 클래드 내를 도파하는 광의 전반사 조건을 해소시킴으로써 상기 내부 클래드로부터 광을 추출한다.
이러한 클래드 모드 스트리퍼는 내부 클래드로부터 빠져나온 광은 굴절률 차이로 인해 고 굴절률 소재 외부로 빠져나가지 못하고 열로 변환되며, 이러한 열이 특정 부위에 집속되어 열화 현상이 발생될 수 있는 문제점이 있다. 따라서 열적 손상(thermal damage)으로 유발되는 고장을 방지하도록 클래드로 전파되는 광의 적절한 제거 및 온도 관리를 필요로 한다.
또한, 고출력 광섬유 레이저의 코어와 클래드는 실리카나 폴리머 재질로 형성되어 있어 열이나 물에 약하기 때문에 방열이나 워터 쿨링 할 경우 내구성이 약하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 광섬유보다 높은 서로 다른 굴절률을 가지는 하나 이상의 글라스 튜브(glass tube)를 이용하여 광섬유와의 접속에서 열이 집중되는 부분을 사전에 방지할 수 있도록 하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼는, 코어, 제1 클래드 및 제2 클래드를 포함하는 광섬유; 및 일 방향을 따라 연장된 관통 홀을 구비하고, 상기 관통 홀에 상기 광섬유가 안착되어 융착 방식으로 상기 광섬유와 결합되는 하나 이상의 글라스 튜브를 포함하되, 상기 하나 이상의 글라스 튜브는 상기 광섬유보다 높은 서로 다른 굴절률을 가지는 것이다.
상기 하나 이상의 글라스 튜브는 상기 광섬유와 융착 방식으로 결합된 이후에, 상기 광섬유와 글라스 튜브의 직경 차이로 인해 굴곡 부분이 형성되고, 상기 굴곡 부분을 이용하여 펌프 광이 추출되도록 하는 것이다.
상기 하나 이상의 글라스 튜브의 외주면을 감싸는 형태로 형성되고, 상기 하나 이상의 글라스 튜브보다 높은 굴절률을 가지는 글라스 관을 더 포함하는 것이다.
상기 광섬유는 복수 개의 전방향(Forward)의 스트립부를 포함하는 경우, 상기 하나 이상의 글라스 튜브는 각각의 굴절률이 단계적으로 높아지도록 배치되는 것이다.
상기 광섬유는 복수 개의 역방향(Backward)의 스트립부를 포함하는 경우, 상기 하나 이상의 글라스 튜브는 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 배치되는 것이다.
상기 광섬유는 복수 개의 양방향(Forward 및 Backward)의 스트립부를 포함하는 경우, 전방향의 스트립부에 대해 각각의 굴절률이 단계적으로 높아지도록 하나 이상의 글라스 튜브를 배치한 전방향 배치 구조와, 역방향의 스트립부에 대해 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 하나 이상의 글라스 튜브를 배치한 역방향 배치 구조가 서로 결합된 형태로 형성되는 것이다.
상기 광섬유는 복수 개의 양방향의 스트립부를 포함하는 경우, 최상위 굴절율을 가지는 글라스 튜브를 중심으로 선단에 전방향의 스트립부에 대응하여 각각의 굴절율이 단계적으로 높아지도록 하나 이상의 글라스 튜브를 배치하고, 역방향 스트립부에 대응하여 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 하나 이상의 글라스 튜브를 배치한 일체형 배치 구조로 형성되는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법은, 코어, 제1 클래드 및 제2 클래드를 포함하는 광섬유를 일방향을 따라 연장된 관통 홀을 갖는 하나 이상의 글라스 튜브에 삽입하고, 상기 광섬유와 하나 이상의 글라스 튜브에 기 설정된 온도의 열을 가해 융착시키는 단계; 및 상기 하나 이상의 글라스 튜브와 광섬유가 결합되면, 적정 길이의 글라스 관을 하나 이상의 글라스 튜브의 외주면을 감싸는 형태로 밀봉 시키는 단계를 포함하되, 상기 하나 이상의 글라스 튜브는 상기 광섬유보다 높은 서로 다른 굴절률을 가지는 방법일 수 있다.
상기 하나 이상의 글라스 튜브는 상기 광섬유의 코어, 제1 클래드 및 제2 클래드의 직경보다 점진적으로 커지는 직경을 갖도록 하는 것이다.
상기 광섬유는 복수 개의 전방향(Forward)의 스트립부를 포함하는 경우, 상기 하나 이상의 글라스 튜브는 각각의 굴절률이 단계적으로 높아지도록 배치하고, 상기 광섬유는 복수 개의 역방향(Backward)의 스트립부를 포함하는 경우, 상기 하나 이상의 글라스 튜브는 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 배치하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법은, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법에 있어서, 동일한 크기를 가지면서 굴절률 크기가 서로 다른 하나 이상의 글라스 튜브를 일방향을 따라 배치하고, 하나 이상의 글라스 튜브를 서로 융착 접속하여 하나의 관통 홀을 공유하는 기 설정된 길이의 글라스 튜브를 제작하는 단계; 및 상기 관통 홀에 광섬유를 삽입하고, 상기 글라스 튜브에 열을 가해 수축 융착시키는 단계; 및 상기 글라스 튜브와 광섬유가 서로 결합되면, 기설정된 길이의 글라스 관을 글라스 튜브의 외주면을 감싸는 형태로 밀봉시키는 단계를 포함하되, 상기 하나 이상의 글라스 튜브의 굴절률은 상기 광섬유의 제1 클래드 보다 높은, 서로 다른 굴절률을 가지는 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 광섬유보다 높은 서로 다른 굴절률을 가지는 하나 이상의 글라스 튜브를 이용하여 굴절률이 단계적으로 높아지거나 작아지도록 함으로써 기존의 급격한 굴절률 차이로 인해 펌핑 광이 추출되지 못하는 현상을 사전에 차단할 수 있고, 글라스 재질로 형성되기 때문에 실리카나 폴리머 재질의 클래드 모드 스트리퍼에 비해 방열이나 방수 면에서 내구성이 우수해질 수 있다. 또한, 본 발명은 광섬유의 순방향, 역방향 또는 양방향의 스트립부에 대응하여 글라스 튜브를 전방향 또는 역방향으로 배치할 수 있고, 고출력 핸들링이 용이해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 튜브의 결합 상태를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 튜브 및 글라스 관의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상의 글라스 튜브의 분리형 결합 상태를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상의 글라스 튜브의 일체형 결합 상태를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 글라스 튜브의 결합 상태를 설명하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 광섬유 레이저(100)는 펌프 광원(110), 컴바이너(120), 연결 광섬유(130), 제1 광섬유 격자 필터(140), 액티브 광섬유(150), 제2광섬유 격자 필터(160), 클래드 모드 스트리퍼(170) 및 광섬유 케이블(180)을 포함한다.
펌프 광원(110)은 광섬유 레이저(100)의 여기 광원으로서 펌프 광을 발진시킨다. 펌프 광원(110)으로부터 발생된 펌프 광은 펌프 광원(110)에 연결된 광섬유에 의해 컴바이너(120)로 전송된다. 펌프 광원(110)은 레이저 다이오드(Laser Diode)로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 펌프 광원(110)은 고출력의 레이저를 발진시키기 위해 복수 개로 구성될 수 있다.
컴바이너(120)는 복수 개의 펌프 광원(110)으로부터 발진된 펌프 광을 수신하고, 이를 하나로 합쳐 출력한다. 컴바이너(120)의 입력단(미도시)과 출력단(미도시)은 대구경 코어를 갖는 광섬유로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
연결 광섬유(130)는 컴바이너(120)의 출력단(미도시)과 결합되며, 펌프 광원(110)으로부터 발생한 펌프 광을 이득 매질인 액티브 광섬유(150)로 전송한다.
제1 광섬유 격자(또는, Fiber Bragg Grating, FBG)(140)는 기 설정된 대역의 파장을 선택적으로 반사시킨다. 제1 광섬유 격자(140)는 액티브 광섬유(150)를 사이에 둔 채로 제2 광섬유 격자(160)와 서로 마주보도록 배치됨으로써, 광섬유 레이저(100) 구성 내 공진기로서의 역할을 수행한다. 제1 광섬유 격자(140)는 제2 광섬유 격자(160)와 함께 액티브 광섬유(150)로부터 출사된 광을 상호 반사시켜 증폭시킨다. 제1 광섬유 격자(140)는 연결 광섬유(130) 및 액티브 광섬유(150)와 융착(또는, 스플라이싱(Splicing)) 접속될 수 있다.
액티브 광섬유(150)는 제1 광섬유 격자(140) 및 제2 광섬유 격자(160)와 각각 융착 접속된 형태로 구성됨으로써, 액티브 광섬유(150)를 통과하는 펌프 광을 제1 광섬유 격자(140) 및 제2 광섬유 격자(160)로 구성되는 공진기로 출사 시킨다. 액티브 광섬유(150)는 어븀(Er) 또는 이터븀(Yb)과 같은 희토류가 도핑 된 코어, 내부 클래드 및 외부 클래드를 포함하는 이중 클래드 광섬유로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 외부 클래드를 둘러싸는 피막을 더 포함하는 트리플 클래드 구조의 광섬유로 구현될 수도 있다. 액티브 광섬유(150)는 광섬유 권취 장치(미도시)에 의해 와인딩(Winding)된 형태로 구성될 수 있다.
제2 광섬유 격자(160)는 액티브 광섬유(150)를 사이에 둔 채로 제1 광섬유 격자(140)와 서로 마주하도록 배치됨으로써, 제1 광섬유 격자(140)와 함께 액티브 광섬유(150)로부터 출사된 광을 증폭시킨다. 제2 광섬유 격자(160)는 기 설정된 파장 대역을 선택적으로 반사 또는 회절시킴으로써, 기 설정된 출력 이상으로 펌핑 된 레이저 광을 반사시키지 않는다. 제2 광섬유 격자(160)는 액티브 광섬유(150) 및 클래드 모드 스트리퍼(170)와 융착 접속될 수 있다.
클래드 모드 스트리퍼(Clad Mode Stripper, 또는, Clad Power Stripper, CPS)(170)는 내부에 광섬유가 안착되는 안착 홈(미도시)을 구비하고 있으며, 안착 홈(미도시)에는 출력 광섬유(미도시)가 고정된다. 출력 광섬유는 코어, 내부 클래드 및 외부 클래드를 갖는 이중 클래드 광섬유로 구성될 수 있는데, 외부 클래드는 기 설정된 간격마다 서로 다른 길이로 탈피(Stripped)된 복수 개의 스트립부(미도시)를 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 액티브 광섬유(150)의 내부 클래드로 입사된 펌핑 광은 코어로 모두 흡수되는 것은 아니기 때문에, 액티브 광섬유(150)를 지나 공진기(140, 160)로부터 출사된 펌핑 광은 출력 광섬유 내 코어 및 내부 클래드로 입사된다.
출력 광섬유의 내부 클래드로 입사된 펌핑 광(즉, 클래드 모드(Clad Mode))은 열로 변환되며, 이러한 열은 광섬유 레이저(100)의 성능을 저하시킨다. 즉, 클래드 모드 스트리퍼(170)는 출력 광섬유 내 내부 클래드로 입사된 펌핑 광을 제거함으로써, 광섬유 레이저(100)의 각 구성이 열화 되는 것을 방지한다. 클래드 모드 스트리퍼(170)의 각 구성에 대해서는 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
클래드 모드 스트리퍼(170)는 제2 광섬유 격자(160) 및 광섬유 케이블(180)과 융착 접속되며, 광섬유 레이저(100) 내 적절한 위치에 복수 개로 배치될 수 있다.
광섬유 케이블(180)은 클래드 모드 스트리퍼(170)의 후단에 배치될 수 있으며, 광섬유 레이저(100)를 보호한다. 광섬유 케이블(180)은 내구성이 강한 소재로 구성될 수 있으며, 이러한 소재가 여러 겹 겹쳐져 있는 형태로 구성될 수 있으나, 광섬유 레이저(100)의 구성에 따라 구조는 달라질 수 있다.
냉각 모듈(190)은 광섬유 레이저(100)로부터 발생한 열을 냉각시킨다. 광섬유 레이저(100)가 레이저를 발진하고 증폭시키는 과정에서 많은 열을 방출하기 때문에, 냉각 모듈(190)은 냉각수를 이용하여 광섬유 레이저(100)를 냉각시킴으로써, 열에 의해 발생되는 손상을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 구성을 설명하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 튜브의 결합 상태를 설명하는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 튜브 및 글라스 관의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼는, 일 방향을 따라 연장된 관통 홀(311)을 구비하는 중공 형상의 글라스 튜브(310)가 하나 이상 구비되고, 관통 홀(311)에 삽입되어 하나 이상의 글라스 튜브(310, 320, 330)와 융착 방식으로 결합되는 광섬유(200)를 포함한다.
이때, 클래드 모드 스트리퍼는 기존의 클래드 모드 스트리퍼와 달리 광섬유(200)보다 높은 서로 다른 굴절률을 가지는 2개 이상의 글라스 튜브가 배치된 형태이다. 즉, 양 끝단이 절단되고, 관통 홀(311)이 형성된 하나 이상의 글라스 튜브(glass tube)(310, 320, 330)는 광섬유(200)의 직경보다 점진적으로 커지는 직경을 가지고, 광섬유(200)가 제1 글라스 튜브(310)에 삽입되고, 제1 글라스 튜브(310)의 끝단에 제2 글라스 튜브(320)가 삽입되고, 제2 글라스 튜브(320)의 끝단에 제3 글라스 튜브(330)가 삽입된다. 이때, 제1 글라스 튜브(310), 제2 글라스 튜브(320) 및 제3 글라스 튜브(330)의 각 관통 홀에 광섬유(200)가 안착된 상태에서 융착 공정이 진행될 수 있다.
일례로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 글라스 튜브(310)는 광섬유(200)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 광섬유(200)를 모두 감싸는 원통 형태로 형성된다. 따라서, 제1 글라스 튜브(310)는 광섬유(200)와 융착 방식으로 결합되면, 각 글라스 튜브(310, 320, 330)와 광섬유(200)의 융착 부분이 이음새가 없도록 밀착 결합된다. 이때, 글라스 튜브(310, 320, 330)는 광섬유(200)의 제 2 클래드(220) 및 제 1 클래드(210)의 직경보다 크게 형성되어 있으므로, 융착 후에 글라스 튜브(310)는 광섬유(200)의 제 2 클래드(220)에서 제 1 클래드(210) 쪽으로 갈수록 직경이 점차 작아져 자연스럽게 굴곡 부분이 형성된다. 글라스 튜브(310)는 융착 공정 이후에 기 설정된 곡률로 굴곡된 형상으로 구현됨에 따라, 굴곡 부분을 이용하여 광섬유(200)의 클래드 내의 펌핑 광이 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.
고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼는 도 3의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이, 광섬유에 제1 글라스 튜브(310)만 결합된 형태, 제1 글라스 튜브(310)와 제2 글라스 튜브(320)가 순차적으로 결합된 형태, 제1 글라스 튜브(310), 제2 글라스 튜브(320) 및 제3 글라스 튜브(330)가 순차적으로 결합된 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
또한, 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 제1 글라스 튜브(310)가 광섬유에 아령 모양으로 제1 클래드(210)를 모두 감싸는 형태로 결합될 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 글라스 튜브(310), 제2 글라스 튜브(320) 및 제3 글라스 튜브(330)가 순차적으로 광섬유(200)에 배치되어 융착 방식으로 결합되는데, 제1 글라스 튜브(310), 제2 글라스 튜브(320) 및 제3 글라스 튜브(330)는 각각의 직경과 굴절률이 광섬유(200)에 비해 단계적으로 높아지도록 형성된다.
또한, 글라스 관(340)은 제1 내지 제3 글라스 튜브(310, 320, 330)를 모두 감싸는 형태로 형성되고, 제1 내지 제3 글라스 튜브(131, 132, 133)보다 높은 굴절률을 가진다. 또한 글라스 관 외부 또는 내부로 물을 순환(미도시)시켜 클래드 광의 제거과정에서 발생하는 열을 냉각할 수 있다.
이와 같이, 제1 내지 제3 글라 튜브(310, 320, 330)와 글라스 관(340)은 광섬유(200)에 비해 굴절률이 단계적으로 높아지기 때문에 광 추출 효율이 증대되어 열이 집중되는 현상을 사전에 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상의 글라스 튜브의 분리형 결합 상태를 설명하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나 이상의 글라스 튜브의 일체형 결합 상태를 설명하는 도면이다.
광섬유(200)가 복수 개의 전방향(Forward)의 스트립부를 포함하는 경우, 하나 이상의 글라스 튜브(310, 320, 330)는 각각의 굴절률이 단계적으로 높아지도록 배치된다. 즉, 광섬유의 굴절률 < 제1 글라스 튜브의 굴절률 < 제2 글라스 튜브의 굴절률 < 제3 글라스 튜브의 굴절률이 되도록 한다.
광섬유(200)가 복수 개의 역방향(Backward)의 스트립부를 포함하는 경우, 하나 이상의 글라스 튜브는 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 배치되는데, 제3 글라스 튜브의 굴절률 > 제2 글라스 튜브의 굴절률 > 제1 글라스 튜브의 굴절률 > 광섬유의 굴절율이 된다.
광섬유(200)가 복수 개의 양방향(Forward 및 Backward)의 스트립부를 포함하는 경우, 전방향의 스트립부에 대해 각각의 굴절률이 단계적으로 높아지도록 하나 이상의 글라스 튜브를 배치한 전방향 배치 구조(351)와 역방향의 스트립부에 대해 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 하나 이상의 글라스 튜브를 배치한 역방향 배치 구조(352)가 결합된 형태로 형성된다. 이때, 전방향 배치 구조(351)와 역방향 배치 구조(352)는 광섬유에 적정 길이만큼 이격되어 형성될 수 있다.
한편, 광섬유는 복수 개의 양방향(Forward 및 Backward)의 스트립부를 포함하는 경우, 전방향의 스트립부에 대해 각각의 굴절률이 단계적으로 높아지다가 다시 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 하나 이상의 글라스 튜브를 배치한 일체형 배치 구조(350)로 형성된다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 글라스 튜브(310), 제2 글라스 튜브(320), 제3 글라스 튜브(330), 제2 글라스 튜브(320) 및 제1 글라스 튜브(310)를 순차적으로 배치하여 일체형 튜브 배치 구조(350)로 형성할 수 있다. 최상위 굴절률을 가지는 제3 글라스 튜브(330)를 중심으로 굴절률이 점진적으로 커지다가 작아지는 형태가 될 수 있다.
고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼는 전방향의 배치 구조(351)와 역방향 배치 구조(352)를 분리하여 결합한 형태이거나, 일체형 튜브 배치 구조(350)로 형성된 경우에도 글라스 관(340)을 각각 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법을 설명하는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법은, 광섬유(200)를 제1 글라스 튜브(310), 제2 글라스 튜브(320) 및 제3 글라스 튜브(330)의 관통 홀(311)에 끼우고 기 설정된 온도의 열을 가해 융착시킨다(S1, S2).
이때, 광섬유(200)의 직경보다 제1 글라스 튜브(310), 제2 글라스 튜브(320) 및 제3 글라스 튜브(330)의 직경이 점진적으로 커지도록 한다. 또한, 제1 글라스 튜브(301), 제2 글라스 튜브(320) 및 제3 글라스 튜브(330)의 굴절률이 광섬유(200) 제 1 클래드의 굴절률보다 높고, 각기 서로 다른 굴절률을 갖도록 형성된다. 따라서, 광섬유(200)와 하나 이상의 글라스 튜브(310, 320, 330)가 융착 방식으로 결합되면, 하나 이상의 글라스 튜브(310, 320, 330)는 서로 다른 직경 차이로 인해 자연스러운 굴곡 부분이 형성되고, 이 굴곡 부분으로 인해 펌핑 광의 추출 효율이 증대될 수 있다.
제1 글라스 튜브(310), 제2 글라스 튜브(320) 및 제3 글라스 튜브(330)는 광섬유의 외부 클래드에 형성된 스트립부의 방향에 따라 순방향 배치 구조 또는 역방향 배치구조가 결합된 형태로 형성되거나, 순방향 배치구조와 역방향 배치구조를 일체형으로 형성할 수 있다.
클래드 모드 스트리퍼는 적정 길이의 패키징 용 글라스 관(340)으로 제1 내지 제3 글라스 튜브(310, 320, 330)를 포함하는 형태로 감싸서 완전히 밀봉 상태가 되도록 한다(S3).
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 글라스 튜브의 결합 상태를 설명하는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼는 동일한 직경을 갖지만 서로 다른 굴절률을 갖는 제1 글라스 튜브(310), 제2 글라스 튜브(320) 및 제3 글라스 튜브(330)를 서로 융착 접속하여 하나의 관통 홀(311)을 공유하는 중공 형상의 길이가 긴 글라스 튜브로 제작한다.
따라서, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼는 관통 홀(311)에 광섬유를 끼운 후 글라스 튜브에 열을 가하여 수축 융착하여 제작될 수 있다. 따라서, 글라스 튜브는 제1 클래드(210)와 제2 클래드(220)의 직경 차이로 인해 양 끝단 부에 비해 중심부의 직경이 작아지는 굴곡 형상을 갖게 된다.
또한, 글라스 관(미도시)이 제1 내지 제3 글라스 튜브(310, 320, 330)를 감싸는 형태로 제작될 수 있고, 제1 내지 제3 글라스 튜브(131, 132, 133)보다 높은 굴절률을 가진다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200 : 광섬유
210 : 제1 클래드
220 : 제2 클래드
310 : 제1 글라스 튜브
320 : 제2 글라스 튜브
330 : 제3 글라스 튜브
340 : 글라스 관

Claims (11)

  1. 코어, 제1 클래드 및 제2 클래드를 포함하는 광섬유; 및
    일 방향을 따라 연장된 관통 홀을 구비하고, 상기 관통 홀에 상기 광섬유가 안착되어 융착 방식으로 상기 광섬유와 결합되는 하나 이상의 글라스 튜브(glass tube)를 포함하되,
    상기 하나 이상의 글라스 튜브는 상기 광섬유보다 높은 굴절률을 가지고, 상기 광섬유와 융착 방식으로 결합된 이후에 상기 광섬유와 글라스 튜브의 직경 차이로 인해 굴곡 부분이 형성되며, 상기 굴곡 부분을 이용하여 펌프 광이 추출되도록 하는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 글라스 튜브의 외주면을 감싸는 형태로 형성되고, 상기 하나 이상의 글라스 튜브보다 높은 굴절률을 가지는 글라스 관을 더 포함하는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유는 복수 개의 전방향(Forward)의 스트립부를 포함하며, 상기 글라스 튜브가 복수 개일 경우,
    상기 글라스 튜브는 각각의 굴절률이 단계적으로 높아지도록 배치되는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유는 복수 개의 역방향(Backward)의 스트립부를 포함하며, 상기 글라스 튜브가 복수 개일 경우,
    상기 글라스 튜브는 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 배치되는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유는 복수 개의 양방향(Forward 및 Backward)의 스트립부를 포함하며, 상기 글라스 튜브가 복수 개일 경우,
    전방향의 스트립부에 대해 각각의 굴절률이 단계적으로 높아지도록 글라스 튜브를 배치한 전방향 배치 구조와, 후방향의 스트립부에 대해 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 글라스 튜브를 배치한 역방향 배치 구조가 서로 결합된 형태로 형성되는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유는 복수 개의 양방향의 스트립부를 포함하며, 상기 글라스 튜브가 복수 개일 경우,
    최상위 굴절률을 가지는 글라스 튜브를 중심으로 선단에 전방향의 스트립부에 대응하여 각각의 굴절율이 단계적으로 높아지도록 글라스 튜브를 배치하고, 역방향 스트립부에 대응하여 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 글라스 튜브를 배치한 일체형 배치 구조로 형성되는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼.
  8. 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법에 있어서,
    코어, 제1 클래드 및 제2 클래드를 포함하는 광섬유를 일방향을 따라 연장된 관통 홀을 갖는 하나 이상의 글라스 튜브에 삽입하고, 상기 광섬유와 하나 이상의 글라스 튜브에 기 설정된 온도의 열을 가해 융착시키는 단계; 및
    상기 하나 이상의 글라스 튜브와 광섬유가 결합되면, 적정 길이의 글라스 관을 하나 이상의 글라스 튜브의 외주면을 감싸는 형태로 밀봉시키는 단계를 포함하되,
    상기 하나 이상의 글라스 튜브는 상기 광섬유보다 높은 굴절률을 가지고, 상기 광섬유와 융착 방식으로 결합된 이후에 상기 광섬유와 글라스 튜브의 직경 차이로 인해 굴곡 부분이 형성되며, 상기 굴곡 부분을 이용하여 펌프 광이 추출되도록 하는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 글라스 튜브가 복수 개일 경우,
    상기 글라스 튜브는 상기 광섬유의 코어, 제1 클래드 및 제2 클래드의 직경보다 점진적으로 커지는 직경을 갖도록 하는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 광섬유는 복수 개의 전방향의 스트립부를 포함하며, 상기 글라스 튜브가 복수 개일 경우, 상기 글라스 튜브는 각각의 굴절률이 단계적으로 높아지도록 배치하고,
    상기 광섬유는 복수 개의 역방향의 스트립부를 포함하며, 상기 글라스 튜브가 복수 개일 경우, 상기 글라스 튜브는 각각의 굴절률이 단계적으로 작아지도록 배치하는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법.
  11. 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법에 있어서,
    동일한 크기를 가지면서 굴절률 크기가 서로 다른 하나 이상의 글라스 튜브를 일방향을 따라 배치하고, 하나 이상의 글라스 튜브를 서로 융착 접속하여 하나의 관통 홀을 공유하는 기 설정된 길이의 글라스 튜브를 제작하는 단계; 및
    상기 관통 홀에 광섬유를 삽입하고, 상기 글라스 튜브에 열을 가해 수축 융착시키는 단계; 및
    상기 글라스 튜브와 광섬유가 서로 결합되면, 기설정된 길이의 글라스 관을 글라스 튜브의 외주면을 감싸는 형태로 밀봉시키는 단계를 포함하되,
    상기 하나 이상의 글라스 튜브의 굴절률은 상기 광섬유의 제1 클래드 보다 높은 굴절률을 가지는 것인, 고출력 광섬유 레이저용 클래드 모드 스트리퍼의 제작 방법.
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