KR102661706B1 - 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 모드잠금 광섬유 레이저는 마스터 공진기, 마스터 공진기의 출력단에 결합하는 펄스 확장기, 펄스 확장기의 출력단에 결합하는 전단 증폭기, 펌핑 광을 생성하여 출력하는 공용 펌프 레이저, 공용 펌프 레이저의 출력단에 결합하고 펌핑 광을 A:B의 비율로 분기하는 광 커플러, 마스터 공진기와 펄스 확장기 사이에 결합하고 광 커플러의 제1 출력단으로부터 A 비율의 펌핑 광을 수신하여 마스터 공진기로 공급하는 제1 파장분할 다중화기, 및 전단 증폭기의 출력단에 결합하고 광 커플러의 제2 출력단으로부터 B 비율의 펌핑 광을 수신하여 전단 증폭기로 공급하는 제2 파장분할 다중화기를 구비한다.

Description

커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저{Mode Lock Optical Fiber LASER With Coupler}
본 개시의 실시예는 모드잠금 광섬유 레이저에 관한 것으로, 상세하게는 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 타입의 모드잠금 광섬유 레이저에서 마스터 공진기(Master Oscillator:MO)와 전단 증폭기(Pre-Amplifier)를 공용 펌프 레이저로 펌핑하는 모드잠금 광섬유 레이저에 관한 것이다.
펨토초 광섬유 레이저는 발진 파장의 대역에 따른 광섬유의 분산(dispersion)값에 따라 정상 분산(Normal Dispersion)과 비정상 분산(Anomalous Dispersion) 영역으로 나누어진다. 파장 길이가 1300nm 보다 작은 경우는 정상 분산의 영역으로 분산값이 음수를 가지기 때문에 펨토초 광섬유 레이저에서 발생하는 극초단파(Ultrashort Pulse)의 시간에 대한 폭이 광섬유를 통과하면서 계속 넓어진다. 이런 이유로, 펨토초 광섬유 레이저는 극초단파를 유지하면서 이득을 계속 얻고 펨토초 광섬유 레이저 발진을 계속 유지하기 위해서 피동형 모드잠금(Passive Mode Lock)을 사용한다.
피동형 모드잠금의 방법에는 포화 흡수체(Saturable Absorber:SA), 반도체기반 포화흡수체 미러(Semiconductor Saturable Absorber Mirror:SESAM), 비선형 편광 회전(Nonlinear Polarization Rotation:NPR), 비선형 증폭 루프 미러(Nonlinear Amplifying Loop Mirror:NALM)를 사용하는데, 보통 펨토초 광섬유 레이저에서는 포화 흡수체를 기반으로 하는 포화 흡수체나 SESAM을 주로 사용하여 링(Ring) 또는 파브리 페로(Fabry-Perot) 형태를 구성한다.
최근 들어, 처프 펄스 증폭 기술에 기반을 두고, 다이오드 광원을 직접 펌핑하는 펨토초 마스터 공진기(MO)와 파워 증폭기(Power Amplifier:PA)를 결합한 MOPA 시스템에서 높은 펄스 에너지를 얻을 수 있게 되면서, 높은 첨두 출력과 높은 평균출력을 갖는 펨토초 레이저 시스템에 관한 관심이 높아지고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 모드잠금 광섬유 레이저의 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 모드잠금 광섬유 레이저는 마스터 공진기(10), 펄스 확장기(Stretcher:STR, 20), 전단 증폭기(30), 펌프 레이저(40,50)), 파장분할 다중화기(Wavelength Division Multiplexer:50,70) 등을 포함한다.
종래의 모드잠금 광섬유 레이저는 출력을 높이기 위해서 전단 증폭기(30)와 전단 증폭기(30)의 후단에 결합하는 주 증폭기(Main-Amplifier, 미도시)를 통해 순차적으로 증폭을 진행한다. 여기서, 전단 증폭기(30)는 마스터 공진기(10)에서의 작은 신호를 주 증폭기에서 증폭할 수 있게 소규모 증폭을 수행한다.
종래의 모드잠금 광섬유 레이저는 첨두 출력이 높아짐에 따라 발생할 수 있는 비선형 현상을 피하기 위해서 레이저 펄스의 폭을 확장하고 상대적으로 첨두 출력을 줄이는 처프 펄스 증폭(CPA:Chirped Pulse Amplification) 방법을 사용하기 때문에, 도 1과 같이, 마스터 공진기(10)와 전단 증폭기(30) 사이에 펄스 확장기(20)를 삽입한다.
한편, 종래의 모드잠금 광섬유 레이저는 마스터 공진기(10)를 구동할 때 상대적으로 작은 광출력(예: 30~50 mW)의 펌프 레이저(40)를 사용하고, 전단 증폭기(30)를 구동할 때는 상대적으로 큰 광출력(예: 500mW)의 펌프 레이저(50)를 사용한다. 이와 같이, 종래의 모드잠금 광섬유 레이저는, 2개의 펌프 레이저(40,50)를 사용하고 있다.
그런데, 펌프 레이저(40,50)는 액티브 소자로서, 2개의 펌프 레이저 다이오드(41,51)와 프로텍터(Protector, 42,52), 그리고 2개의 레이저 다이오드 드라이버(LASER Diode Driver, 미도시)와 온도 제어기(Temperature Controller, 미도시)가 필요하고, 나아가 이들을 구동하기 위한 제어 프로그램까지 필요하여, 구조가 복잡할 뿐 아니라, 패시브 소자에 비해 상대적으로 고가여서 제품의 가격 경쟁력을 떨어뜨리는 주된 요인이 되고 있다.
본 개시의 실시예는 종래의 모드잠금 광섬유 레이저에서 상대적으로 고가인 2개의 펌프 레이저를 사용하여 발생하는 가격 경쟁력 저하를 해소하고 나아가 구조를 단순화하여 경쟁력이 높은 모드잠금 광섬유 레이저를 제공하고자 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저는 마스터 공진기, 펄스 확장기, 전단 증폭기, 공용 펌프 레이저, 광 커플러, 제1 파장분할 다중화기, 제2 파장분할 다중화기를 포함한다.
마스터 공진기는 증폭 대상이 되는 종자 광(또는 펄스)를 발생시킨다.
펄스 확장기는 마스터 공진기의 출력단에 결합한다.
전단 증폭기는 펄스 확장기의 출력단에 결합한다.
공용 펌프 레이저는 펌핑 광을 생성하여 출력한다.
광 커플러는 공용 펌프 레이저의 출력단에 결합하고 공용 펌프 레이저의 펌핑 광을 A:B의 비율로 분기한다.
제1 파장분할 다중화기는 마스터 공진기와 펄스 확장기 사이에 결합하고 광 커플러의 제1 출력단으로부터 A 비율의 펌핑 광을 수신하여 마스터 공진기로 공급한다.
제2 파장분할 다중화기는 전단 증폭기의 출력단에 결합하고, 광 커플러의 제2 출력단으로부터 B 비율의 펌핑 광을 수신하여 전단 증폭기로 공급한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저에서, 광 커플러는 A 비율을 B 비율보다 낮게 설정할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저에서, 마스터 공진기는 전반사 미러, 일측이 제1 파장분할 다중화기에 연결되는 부분반사 미러, 그리고 전반사 미러와 부분반사 미러의 타측 사이에 결합하는 이득 매질로 구성할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저에서, 마스터 공진기는, 전반사 미러를 반도체 기반 포화흡수체 미러로 구성하고, 부분반사 미러를 처프 광섬유 브래그 격자로 구성할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저에서, 마스터 공진기는, 전반사 미러를 미러로 구성하고, 부분반사 미러는 처프 광섬유 브래그 격자로 구성하며, 미러와 처프 광섬유 브래그 격자 사이에는 포화 흡수체를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저에서, 마스터 공진기는, 전반사 미러를 루프 미러로 구성하고, 부분반사 미러를 처프 광섬유 브래그 격자로 구성하며, 루프 미러와 처프 광섬유 브래그 격자 사이에는 포화 흡수체를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저는 마스터 공진기, 펄스 확장기, 전단 증폭기, 공용 펌프 레이저, 광 커플러, 파장분할 다중화기를 포함한다.
마스터 공진기는 증폭 대상이 되는 종자 광(또는 펄스)를 발생시킨다.
펄스 확장기는 마스터 공진기의 출력단에 결합한다.
전단 증폭기는 펄스 확장기의 출력단에 결합한다.
공용 펌프 레이저는 펌핑 광을 생성하여 출력한다.
광 커플러는 입력단이 공용 펌프 레이저의 출력단에 결합하여 펌핑 광을 A:B의 비율로 분기한다. 광 커플러는 제1 출력단이 마스터 공진기의 입력단에 연결되어 A 비율의 펌핑 광을 마스터 공진기에 공급한다.
파장분할 다중화기는 전단 증폭기의 출력단에 결합하고 광 커플러의 제2 출력단으로부터 B 비율의 펌핑 광을 수신하여 전단 증폭기로 공급한다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저에서, 광 커플러는 A 비율을 B 비율보다 낮게 설정할 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저에서, 마스터 공진기는, 일측이 광 커플러의 제1 출력단에 연결되는 제1 부분반사 미러, 일측이 펄스 확장기에 연결되는 제2 부분반사 미러, 그리고 제1 부분반사 미러의 타측과 제2 부분반사 미러의 타측 사이에 결합하는 이득 매질과 포화 흡수체를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저에서, 마스터 공진기는, 제1 부분반사 미러를 광섬유 브래그 격자로 구성하고, 제2 부분반사 미러를 처프 광섬유 브래그 격자로 구성할 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저에서, 마스터 공진기는, 제1 부분반사 미러는 처프 광섬유 브래그 격자로 구성하고, 제2 부분반사 미러를 광섬유 브래그 격자로 구성할 수 있다.
본 개시의 실시예에 의하면, 액티브 소자로서 상대적으로 고가인 펌프 레이저를 공용(共用)함으로써, 원가를 낮추어 가격 경쟁력을 높일 수 있고, 또한 구조를 단순화하여 생산성 내지 제품 경쟁력을 크게 높일 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 모드잠금 광섬유 레이저의 구성도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저의 구성도이다.
도 3은 도 2의 모드잠금 광섬유 레이저에서 사용할 수 있는 마스터 공진기를 예시하고 있다.
도 4은 본 개시의 다른 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저의 구성도이다.
도 5는 도 4의 모드잠금 광섬유 레이저에서 사용할 수 있는 마스터 공진기를 예시하고 있다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저의 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저는 마스터 공진기(110), 펄스 확장기(120), 전단 증폭기(130), 공용 펌프 레이저(140), 광 커플러(150), 제1 파장분할 다중화기(160), 제2 파장분할 다중화기(170) 등을 포함한다.
마스터 공진기(110)는 증폭 대상이 되는 종자 광(또는 펄스)를 발생시킨다. 마스터 공진기(110)의 출력단은 제1 파장분할 다중화기(160)를 경유하여 광 커플러(150)의 제1 출력단에 연결되는데, 이러한 연결 특징에 따른 마스터 공진기(110)의 상세 구성은 도 3를 참조하여 후술한다.
펄스 확장기(120)는 마스터 공진기(110)의 출력단에 결합하여 펄스 폭을 확장하는 것으로, 회절격자 등으로 구성할 수 있다. 펄스 확장기(120)는 펄스를 구성하는 주파수 성분에 따라 시간 지연을 갖게 하는데, 예를 들어 파장이 긴 성분은 앞쪽에 파장이 짧은 성분은 뒤쪽에 오게 하는 양분산형 펄스 확장기, 또는 파장이 짧은 성분은 앞쪽에 파장이 긴 성분은 뒤쪽에 오게 하는 음분산형 펄스 확장기를 통해 펄스 폭을 확장할 수 있다.
전단 증폭기(130)는 펄스 확장기(120)의 출력단에 결합하여 확장된 펄스를 증폭하는 것으로, 광섬유 등으로 구성할 수 있다. 광섬유를 사용하는 경우에는 광섬유 코어의 지름이 확대된 넓은 모드 면적의 코어(Large Mode Area:LMA) 광섬유를 사용하는 것이 바람직한데, 이를 통해 광섬유에서 일어나는 레이저의 비선형성이나 손상을 유발시키는 레이저의 첨두 강도(Peak Intensity, 단위면적당 첨두 출력)를 낮출 수 있다.
공용 펌프 레이저(140)는 펌핑 광을 생성하여 출력하는 것으로, 980nm에서 동작하는 레이저 다이오드(141)를 포함할 수 있다. 공용 펌프 레이저(140)는 레이저 다이오드(141) 외에 프로텍터(142), 레이저 다이오드 드라이버(미도시), 온도 제어기(미도시), 구동부(미도시) 등을 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예는 공용 펌프 레이저(140)를 하나만 사용하는 것을 특징으로 한다.
광 커플러(150)는 공용 펌프 레이저(140)의 출력단에 결합하여 공용 펌프 레이저(140)의 펌핑 광을 A:B의 비율로 분기한 후, 마스터 공진기(110)와 전단 증폭기(130)로 공급할 수 있다. 여기서, 펌핑 광의 분기 비율(A:B)은 마스터 공진기(110)와 전단 증폭기(130)에서 필요로 하는 광출력에 따라 달라지는데, 보통 마스터 공진기(110)보다는 전단 증폭기(130)에서 더 큰 광출력을 필요로 하므로, A:B는 예를 들어 1:9로 설정할 수 있다.
제1 파장분할 다중화기(160)는 마스터 공진기(110)와 펄스 확장기(120) 사이에 결합하여, 광 커플러(150)로부터 A 비율의 펌핑 광을 수신하여 마스터 공진기(110)의 출력단으로 공급할 수 있다.
제2 파장분할 다중화기(170)는 전단 증폭기(130)의 출력단에 결합하여, 광 커플러(150)로부터 B 비율의 펌핑 광을 수신하여 전단 증폭기(130)의 출력단으로 공급할 수 있다.
본 개시의 실시예에서, 전단 증폭기(130)에서 출사되는 레이저는 전단 증폭기(130)의 후단에 연결되는 주 증폭기(미도시)로 입사되어 추가로 증폭될 수 있다.
도 3은 도 2의 모드잠금 광섬유 레이저에서 사용할 수 있는 마스터 공진기를 예시하고 있다.
도 2의 모드잠금 광섬유 레이저에서 사용할 수 있는 마스터 공진기(110)는 제1 파장분할 다중화기(160)를 경유하여 출력단으로 입사하는 A 비율의 펌핑 광을 증폭한 후 다시 출력단을 통해 출사하는 기능을 수행하며, 이를 위해서 전반사 미러, 일측이 제1 파장분할 다중화기(160)에 연결되는 부분반사 미러, 그리고 전반사 미러와 부분반사 미러의 타측 사이에 결합하는 이득 매질(G) 등으로 구성할 수 있다.
먼저, 도 3(a)에 도시한 바와 같이, 전반사 미러는 반도체기반 포화흡수체 미러(M11)를 사용하고, 부분반사 미러는 처프 광섬유 브래그 격자(C)를 사용하며, 그 사이에 이득 매질(G)을 삽입할 수 있다.
반도체기반 포화흡수체 미러(M11)는 이득 매질(G) 방향으로 펄스를 전반사할 수 있다.
처프 광섬유 브래그 격자(C)는 일측이 제1 파장분할 다중화기(160)에 연결되어 제1 파장분할 다중화기(160)로부터 수신하는 A 비율의 펌핑 광을 이득 매질(G)로 공급할 수 있다. 처프 광섬유 브래그 격자(C)는 예를 들어 1030nm 광에 대해서는 부분 반사율을 갖고, 980nm 광에 대해서는 높은 투과도를 가질 수 있다.
이득 매질(G)은 1500nm 내지 1600nm에 이르는 광대역 광을 증폭하는 것으로, 어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm) 중에서 선택되는 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유로 구성할 수 있다.
도 3(a)에 도시한 마스터 공진기(110)의 출사광은 처프 광섬유 브래그 격자(C)를 통해 일부 투과되어 펄스 확장기(120)로 전달될 수 있다.
마스터 공진기(110)는, 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 전반사 미러로 미러(M12)를 사용하고, 부분반사 미러로 처프 광섬유 브래그 격자(C)를 사용하며, 그 사이에 이득 매질(G)과 포화 흡수체(S)를 삽입할 수 있다.
도 3(b)의 마스터 공진기(110)는, 도 3(a)에서 도시한 반도체기반 포화흡수체 미러(M11)를 포화 흡수체(S)와 미러(M12)로 분리한 구성을 취하고 있다.
포화 흡수체(S)는 빛의 세기가 증가하게 되면 빛의 흡수가 감소하는 현상을 이용하여 모드잠금을 유도할 수 있다. 포화 흡수체(S)는 반도체 포화흡수체(Semiconductor Saturable Absorber), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)기반 포화흡수체, 그래핀(Graphene)기반 포화흡수체 등을 사용할 수 있다.
미러(M12)는 이득 매질(G)의 흡수 파장과 방출 파장에서 모두 100%의 반사율을 가지면서 전반사할 수 있다.
도 3(b)의 마스터 공진기(110)에서, 이득 매질(G) 및 처프 광섬유 브래그 격자(C)는 도 3(a)의 이득 매질(G) 및 처프 광섬유 브래그 격자(C)와 동일하므로, 이들에 대한 상세 설명은 도 3(a)의 관련 설명으로 갈음한다.
도 3(b)에 도시한 마스터 공진기(110)의 출사광은 처프 광섬유 브래그 격자(C)를 통해 일부 투과되어 펄스 확장기(120)로 전달될 수 있다.
도 3(b)의 마스터 공진기(110)에서, 이득 매질(G)과 포화 흡수체(S)는 연결 순서에 영향을 거의 받지 않으므로 위치를 바꾸어도 무방하다.
마스터 공진기(110)는, 도 3(c)에 도시한 바와 같이, 전반사 미러로 루프 미러(M12)를 사용하고, 부분반사 미러로 처프 광섬유 브래그 격자(C)를 사용하며, 그 사이에 이득 매질(G)과 포화 흡수체(S)를 삽입할 수 있다.
루프 미러(M13)는 입사광 출력이 낮을 경우 루프 내에서 비선형 광학 효과에 의한 위상차를 무시할 수 있어 낮은 투과율을 가진 반사체로 기능하는 것으로, 비선형 광학 루프 미러(Nonlinear Optical Loop Mirror: NOLM) 등을 사용할 수 있다.
도 3(c)의 마스터 공진기(110)에서, 이득 매질(G), 처프 광섬유 브래그 격자(C), 포화 흡수체(S)는 도 3(b)의 대응 구성과 동일하므로, 이들에 대한 상세 설명은 도 3(a),(b)의 관련 설명으로 갈음한다.
도 3(c)의 마스터 공진기(110)에서, 이득 매질(G)과 포화 흡수체(S)는 연결 순서에 영향을 거의 받지 않으므로 위치를 바꾸어도 무방하다.
도 4은 본 개시의 다른 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저의 구성도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 개시의 다른 실시예에 따른 모드잠금 광섬유 레이저는 마스터 공진기(210), 펄스 확장기(120), 전단 증폭기(130), 공용 펌프 레이저(140), 광 커플러(150), 파장분할 다중화기(170) 등을 포함할 수 있다.
마스터 공진기(210)는 도 2의 마스터 공진기(110)와 마찬가지로 증폭 대상이 되는 종자 광(또는 펄스)를 발생시키는 것이긴 하지만, 광 커플러(150)로부터 A 비율의 펌핑 광을 입력단으로 수신하는 점에서 도 2의 마스터 공진기(110)와 구성이 다르며, 그 결과 도 4의 마스터 공진기(210)는 다른 구성을 가질 수 있다. 마스터 공진기(210)의 상세 구성에 대해서는 도 5를 참조하여 후술한다.
도 4에서, 펄스 확장기(120), 전단 증폭기(130), 공용 펌프 레이저(140), 파장분할 다중화기(170)는 도 2의 펄스 확장기(120), 전단 증폭기(130), 공용 펌프 레이저(140), 제2 파장분할 다중화기(170)와 구성 및 기능이 동일하므로, 이들에 대한 상세 설명은 도 2의 관련 설명으로 갈음한다.
도 4에서, 광 커플러(150)는 도 2의 광 커플러(150)와 구성 및 기능이 동일하지만, 제1 출력단은 마스터 공진기(210)의 입력단에 연결되고, 제2 출력단은 파장분할 다중화기(170)의 출력단에 연결된다. 이 경우, 광 커플러(150)는 마스터 공진기(210)에 A 비율의 펌핑 광을 공급하고, 파장분할 다중화기(170)에 B 비율의 펌핑 광을 공급할 수 있다.
도 4에서도, 펌핑 광의 분기 비율(A:B)은 마스터 공진기(210)와 전단 증폭기(130)에서 필요로 하는 광출력에 따라 달라지는데, 보통 마스터 공진기(210)보다는 전단 증폭기(130)에서 더 큰 광출력이 필요하므로, A:B는 예를 들어 1:9일 수 있다.
도 5는 도 4의 모드잠금 광섬유 레이저에서 사용할 수 있는 마스터 공진기를 예시하고 있다.
도 4의 모드잠금 광섬유 레이저에서 사용할 수 있는 마스터 공진기(210)는 광 커플러(150)로부터 입력단으로 입사하는 A 비율 펌핑 광을 증폭한 후 마스터 공진기(210)의 출력단을 통해 출사하는 기능을 수행하며, 이를 위해서 양측 단부에 부분반사 미러를 배치하고, 그 사이에 이득 매질(G), 포화 흡수체(S) 등을 삽입할 수 있다.
도 5(a),(b)의 도시와 같이, 마스터 공진기(210)는 부분반사 미러로 광섬유 브래그 격자(F) 또는 처프 광섬유 브래그 격자(C)를 사용할 수 있다. 광섬유 브래그 격자(F)와 처프 광섬유 브래그 격자(C)는 마스터 공진기(210)의 입력단과 출력단에 선택적으로 사용할 수 있으며, 도 5의 (a)와 같이 입력단에 광섬유 브래그 격자(F)를 배치하고 출력단에 처프 광섬유 브래그 격자(C)를 배치하는 형태, 또는 도 5의 (b)와 같이 입력단에 처프 광섬유 브래그 격자(C)를 배치하고 출력단에 광섬유 브래그 격자(F)를 배치하는 형태로 구성할 수 있다.
도 5의 마스터 공진기(210)에서, 이득 매질(G)과 포화 흡수체(S)는 위치에 영향을 거의 받지 않으므로, 도 5의 (a),(b)와 같이 이득 매질(G)과 포화 흡수체(S)의 순서로 배치할 수도 있고, 그것과 반대로 포화 흡수체(S)와 이득 매질(G)의 순서로 배치할 수도 있다.
도 5의 나머지 구성에 대한 상세 설명은 도 3의 관련 설명으로 갈음한다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 개시에 개시된 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10,110,210 : 마스터 공진기
20,120 : 펄스 확장기
30,130 : 전단 증폭기
40,50 : 펌프 레이저
41,51,141 : 펌프 레이저 다이오드
42,52,142 : 프로텍터
140 : 공용 펌프 레이저
150 : 광 커플러
60,70,160,170 : 파장분할 다중화기
C : 처프 광섬유 브래그 격자
F : 광섬유 브래그 격자
G : 이득 매질
M11 : 반도체기반 포화흡수체 미러
M12 : 미러
M13 : 루프 미러
S : 포화 흡수체

Claims (11)

  1. 마스터 공진기;
    상기 마스터 공진기의 출력단에 결합하는 펄스 확장기;
    상기 펄스 확장기의 출력단에 결합하는 전단 증폭기;
    펌핑 광을 생성하여 출력하는 공용 펌프 레이저;
    상기 공용 펌프 레이저의 출력단에 결합하여 상기 펌핑 광을 A : B의 비율로 분기하는 광 커플러;
    상기 마스터 공진기의 출력단과 상기 펄스 확장기의 입력단 사이에 결합하고, 상기 광 커플러의 제1 출력단으로부터 상기 A 비율의 펌핑 광을 수신하여 상기 마스터 공진기의 출력단으로 입사시키는 제1 파장분할 다중화기; 및
    상기 전단 증폭기의 출력단에 결합하고, 상기 광 커플러의 제2 출력단으로부터 상기 B 비율의 펌핑 광을 수신하여 상기 전단 증폭기의 출력단으로 입사시키는 제2 파장분할 다중화기를 포함하며,
    상기 마스터 공진기는
    전반사 미러;
    일측이 상기 제1 파장분할 다중화기에 연결되는 부분반사 미러;
    상기 전반사 미러와 상기 부분반사 미러의 타측 사이에 결합하는 이득 매질을 포함하고,
    상기 이득 매질은 어븀, 이터븀, 네오디뮴, 튤륨 중에서 선택되는 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 커플러는
    상기 A 비율을 상기 B 비율보다 낮게 설정하는, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 A : B의 비율은 1 : 9인, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전반사 미러는 반도체 기반 포화흡수체 미러이고,
    상기 부분반사 미러는 처프 광섬유 브래그 격자인, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전반사 미러는 미러이고,
    상기 부분반사 미러는 처프 광섬유 브래그 격자이며,
    상기 마스터 공진기는 상기 미러와 상기 처프 광섬유 브래그 격자 사이에 포화 흡수체를 더 포함하는, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전반사 미러는 루프 미러이고,
    상기 부분반사 미러는 처프 광섬유 브래그 격자이며,
    상기 마스터 공진기는 상기 루프 미러와 상기 처프 광섬유 브래그 격자 사이에 포화 흡수체를 더 포함하는, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  7. 마스터 공진기;
    상기 마스터 공진기의 출력단에 결합하는 펄스 확장기;
    상기 펄스 확장기의 출력단에 결합하는 전단 증폭기;
    펌핑 광을 생성하여 출력하는 공용 펌프 레이저;
    입력단이 상기 공용 펌프 레이저의 출력단에 결합하여 상기 펌핑 광을 A : B의 비율로 분기하고, 제1 출력단이 상기 마스터 공진기의 입력단에 연결되어 상기 A 비율의 펌핑 광을 상기 마스터 공진기에 공급하는 광 커플러; 및
    상기 전단 증폭기의 출력단에 결합하고, 상기 광 커플러의 제2 출력단으로부터 상기 B 비율의 펌핑 광을 수신하여 상기 전단 증폭기의 출력단으로 입사시키는 파장분할 다중화기를 포함하며,
    상기 마스터 공진기는
    일측이 상기 광 커플러의 상기 제1 출력단에 연결되는 제1 부분반사 미러;
    일측이 상기 펄스 확장기에 연결되는 제2 부분반사 미러;
    상기 제1 부분반사 미러의 타측과 상기 제2 부분반사 미러의 타측 사이에 결합하는 이득 매질과 포화 흡수체를 포함하고,
    상기 이득 매질은 어븀, 이터븀, 네오디뮴, 튤륨 중에서 선택되는 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광 커플러는
    상기 A 비율을 상기 B 비율보다 낮게 설정하는, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 A : B의 비율은 1 : 9인, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 부분반사 미러는 광섬유 브래그 격자이고,
    상기 제2 부분반사 미러는 처프 광섬유 브래그 격자인, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 부분반사 미러는 처프 광섬유 브래그 격자이고,
    상기 제2 부분반사 미러는 광섬유 브래그 격자인, 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저.
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