KR20060118851A - Fiber laser at visible wavelength - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이테르븀 및 토륨 첨가 광섬유 레이저의 구성도이고,1 is a block diagram of a ytterbium and thorium-doped fiber laser according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이테르븀 및 토륨 첨가 광섬유 레이저의 구성도이고,2 is a block diagram of a ytterbium and thorium-doped fiber laser according to another embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이테르븀 및 토륨 첨가 광섬유 레이저의 구성도이다.3 is a block diagram of a ytterbium and thorium-doped fiber laser according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 반도체 레이저 20: 렌즈 10: semiconductor laser 20: lens
30: 제 1 FBG 40: 이테르븀 첨가 광섬유30: first FBG 40: ytterbium-doped optical fiber
50: 제 2 FBG 60: 제 3 FBG50: second FBG 60: third FBG
70: 제 4 FBG 80: 제 2 광섬유70: 4th FBG 80: 2nd optical fiber
90: 제 5 FBG 100: 제 6 FBG90: fifth FBG 100: sixth FBG
110: 미러 110: mirror
본 발명은 레이저 광에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체레이저의 출력단과 펌핑된 이테르븀첨가 광섬유 사이에 반사수단을 두어 반도체 레이저에서 970nm파장의 광을 이테르븀첨가 광섬유로 입력하면, 이테르븀첨가 광섬유에서 1120nm대역 광으로 발진하고 이테르븀첨가 광섬유에서 흡수가 안 된 반도체 레이저 광이 동시에 제 2 광섬유인 토륨 첨가 광섬유로 입사되며, 제 2 광섬유로 입사된 970nm 및 1120nm 대역 광이 제 2 광섬유에서 546nm 및 480nm 파장의 광으로 발진하여 블루와 그린의 레이저를 발생하는 광섬유레이저에 관한 것이다.The present invention relates to laser light. More specifically, when a 970 nm wavelength light is input into an ytterbium-doped optical fiber in a semiconductor laser by placing a reflecting means between the output terminal of the semiconductor laser and the pumped ytterbium-doped optical fiber, the 1120 nm band of the ytterbium-doped optical fiber The semiconductor laser light oscillating into the light and not absorbed by the ytterbium-doped optical fiber is simultaneously incident to the thorium-doped optical fiber, which is the second optical fiber. The present invention relates to an optical fiber laser that generates blue and green lasers by oscillation.
컬러표시장치는 흔히 빛의 3원색(R, G, B)을 생성하는데 3개의 별도의 광원을 이용한다. 3원색의 강도가 변하고 혼합되어 컬러영상의 각종 다른 색상들을 생성한다. Color display devices often use three separate light sources to generate three primary colors (R, G, B) of light. The intensity of the three primary colors is changed and mixed to produce various different colors of the color image.
3원색 중 레드는 현재 반도체 레이저 광원이 상업적으로 이용 가능하나 그린과 블루에 해당하는 반도체 레이저는 기술적으로 불가능 혹은 현재 R&D 단계에 있다. 이에 대한 대체 방법으로 반도체 레이저를 여기광원으로 이용하는 고체레이저 또는 광섬유 레이저가 현재 연구, 개발 중이다. Of the three primary colors, red is currently available commercially as a semiconductor laser light source, but green and blue semiconductor lasers are technically impossible or at the R & D stage. As an alternative method, a solid state laser or a fiber laser using a semiconductor laser as an excitation light source is currently being researched and developed.
본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으 로서, 본 발명의 목적은 이테르븀 및 토륨 첨가 광섬유를 사용함으로써 하나의 반도체 레이저 여기광원으로 최적의 가시광 즉, 블루와 그린 레이저광을 동시에 발생하는 광섬유레이저를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to use an ytterbium and thorium-doped optical fiber to achieve optimal visible light, that is, blue and green laser light as one semiconductor laser excitation light source. It is to provide an optical fiber laser that occurs at the same time.
상기한 목적을 달성하기 위한, 기술적인 수단은 펌핑용 레이저 광을 발생하는 반도체레이저와 반도체레이저에서 발생된 펌핑광 모아 출력시키는 렌즈를 이용한 레이저 광 발생 장치에 있어서, 입력된 광에 유도 방출되어 레이저 발진을 일으키되, 반도체 레이저의 레이저광을 상위 변환하여 소정 파장의 광을 방출하는 이테르븀 첨가 광섬유; 이테르븀 첨가 광섬유에서 출력된 광과 흡수가 안된 반도체레저 광이 입사되고, 입사된 레이저광을 상위 변환하여 소정 파장의 광을 방출하는 제 2 광섬유인 토륨 첨가 광섬유;로 구성된다.In order to achieve the above object, the technical means is a laser light generating device using a semiconductor laser for generating a pumping laser light and a lens for collecting and outputting the pumping light generated from the semiconductor laser, the laser is induced and emitted to the input light An ytterbium-doped optical fiber which oscillates but emits light of a predetermined wavelength by up-converting the laser light of the semiconductor laser; And a thorium-doped optical fiber, which is a second optical fiber that emits light of a predetermined wavelength by upwardly converting the incident laser light into the light output from the ytterbium-doped optical fiber and not absorbing the semiconductor laser light.
본 발명에 의하면 이테르븀 및 토륨 첨가 광섬유를 사용함으로써 최적의 블루 및 그린 레이저 광을 출력할 수 있다.According to the present invention, optimum blue and green laser light can be output by using ytterbium and thorium-doped optical fibers.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 이테르븀 및 토륨 첨가 광섬유 레이저의 구성도로서, 반도체레이저(10), 렌즈(20), 제 1 FBG(30), 이테르븀 첨가 광섬유(40), 제 2 FBG(50), 제 3 FBG(60), 제 4 FBG(70), 제 2 광섬유(80), 제 5 FBG(90) 및 제 6 FBG(100)로 구성된다.1 is a schematic view of a ytterbium and thorium-doped fiber laser according to the present invention, including a
본 발명의 일 실시예에서는 광펌핑 레이저를 사용하며 광펌핑레이저는 보조 광원으로부터 오는 빛을 흡수함으로써 전자가 더 높은 에너지 상태로 여기되는 레이저로서, 이테르븀 첨가 광섬유를 반전시키기 위한 970nm 파장의 펌핑용 광을 발생하여 이테르븀 첨가 광섬유로 입력시킨다.In an embodiment of the present invention, an optical pumping laser is used, and the optical pumping laser is a laser in which electrons are excited to a higher energy state by absorbing light from an auxiliary light source, and pumping light having a wavelength of 970 nm for inverting an ytterbium-doped optical fiber. Is generated and input into the ytterbium-doped optical fiber.
반도체레이저에서 출력된 광이 방출되면 가운데가 두꺼운 볼록렌즈(즉, 집광렌즈, 20)는 방출된 광을 모아 광학적 상(像)을 맺어 제 1 광섬유인 이테르븀 첨가 광섬유에 출력시킨다. When the light output from the semiconductor laser is emitted, the thick convex lens (ie, the condenser lens 20) collects the emitted light, forms an optical image, and outputs the optical image to the ytterbium-doped optical fiber, which is the first optical fiber.
이테르븀 첨가 광섬유(Ytterbium-doped fiber)(40)는 렌즈를 통해 입력되는 반도체레이저 광에 유도 방출되어 레이저발진을 일으킨다. 즉, 펌핑용 반도체레이저에 의해 이득매체인 희토류인 이테르븀 첨가 광섬유의 코어 구조에 고전력 에너지 970nm 파장의 광이 주입되면 펌핑광은 이테르븀 첨가 광섬유에 첨가되어 있는 희토류이온인 이테르븀을 여기시킨다. 이때 발생하는 자발방출광은 이테르븀 첨가 광섬유 내로 입력된다. 입력된 신호광은 유도방출(stimulated emission)을 통해 증폭되고, 같은 과정을 반복하여 레이저발진을 하게 된다.The ytterbium-doped
아울러, 이테르븀은 여기광원 파장이 970nm으로 1120nm의 발진 파장에 가까워, 여기 광 에너지의 90% 이상을 레이저 발진에 사용할 수 있고 열 발생도 적어 효율적인 발진이 가능하다. In addition, ytterbium has an excitation light source wavelength of 970 nm, which is close to an oscillation wavelength of 1120 nm. Thus, more than 90% of the excitation light energy can be used for laser oscillation, and heat generation can be performed efficiently, resulting in efficient oscillation.
제 1 FBG(30)는 이테르븀 첨가 광섬유로부터 발진되는 1120nm 광은 반사시키고, 반도체레이저의 여기광인 970nm 광은 통과시켜 이테르븀 첨가 광섬유로 출력시킨다. The
즉, 반도체레이저에서 입사된 레이저 광은 제 1 FBG(30)를 통과하여 이테르 븀 첨가 광섬유(40)로 입력되고 이테르븀 첨가 광섬유(40)는 반도체 레이저의 레이저광을 상위 변환하여 1120nm 파장의 광을 방출한다. 제 1 FBG(30)는 반도체 레이저(10)의 레이저광을 통과시키지만 1120nm 파장의 광은 반사한다.That is, the laser light incident from the semiconductor laser passes through the
제 2 FBG(50)는 1120nm 파장의 광을 반사하는 특성을 가지고 있기 때문에 제 1 FBG(30)와 제 2 FBG(50)에 의해 공진기가 구성되어, 1120nm 파장의 광이 유도방출에 의해 증폭되어 레이저 발진이 일어난다. 제 2 FBG(50)를 통과한 레이저광은 제 2 광섬유(80)에 입사된다. Since the
이때, 제 2 FBG(50)의 1120nm 파장의 반사율은 제 1 FBG의 반사율보다 낮추어서 레이저광을 방출시키기 때문에 제 1 FBG는 고반사기(High Reflection)를 사용하고, 제 2 FBG는 저반사기(Low Reflection)를 사용한다.In this case, since the reflectance of the 1120 nm wavelength of the
제 1 FBG는 고반사기(High Reflection)를 사용하고, 제 2 FBG는 저반사기(Low Reflection)를 사용하기 때문에 이테르븀 첨가 광섬유에서 발진하는 1120nm 파장의 광은 대부분 토륨 첨가 광섬유에 입사된다. 또한 이테르븀에 의해 부분적으로 흡수가 안된 반도체레이저 광인 970nm 광도 토륨 첨가 광섬유에 입사된다.Since the first FBG uses high reflection and the second FBG uses low reflection, most of the light having a wavelength of 1120 nm oscillating in the ytterbium-doped optical fiber is incident on the thorium-doped optical fiber. It is also incident on a 970 nm thorium-doped optical fiber, which is semiconductor laser light that is not partially absorbed by ytterbium.
이테르븀 첨가 광섬유(40)에 출력된 레이저 광과 흡수가 안 된 반도체 레이저 광은 제 3, 4 FBG(60, 70)를 통과하여 제 2 광섬유(80)에 입사된다. 제 2 광섬유(80)는 입사된 적외선 레이저광을 상위 변환하여 480nm 및 546nm 파장의 광을 방출한다. 제 3, 4 FBG(60, 70)는 적외선 레이저광을 통과시키지만 480nm 및 546nm 파장의 광은 반사시킨다.The laser light output to the ytterbium-doped
제 2 광섬유(80)는 방사성인 토륨 첨가 광섬유(Thorium-doped fiber)로서, 이테르븀 첨가 광섬유(40)에서 970nm와 1120nm의 적외선 레이저광을 상위 변환하여 각각 546nm 및 480nm 파장의 광을 방출한다. The second
제 5, 6 FBG(90, 100)는 480nm 및 546nm 파장의 광을 반사하는 특성을 가지고 있기 때문에, 제 3, 4 FBG(60, 70)와 제 5, 6 FBG(90, 100)는 공진기를 구성하여, 480nm 및 546nm 파장의 광이 유도 방출에 의해 증폭되어 레이저 발진이 일어난다. Since the fifth and
아울러 제 5, 6 FBG의 480nm, 546nm 파장의 광의 반사율은 제 3, 4 FBG보다 낮추어 블루 및 그린 레이저 광만을 방출시키기 때문에, 제 3 FBG와 제 4 FBG는 고반사기를 사용하고, 제 5 FBG와 제 6 FBG는 저반사기를 사용한다. In addition, since the reflectances of the 480 nm and 546 nm wavelengths of the fifth and sixth FBGs are lower than those of the third and fourth FBGs, only the blue and green laser light are emitted, the third and fourth FBGs use a high reflector, The sixth FBG uses a low reflector.
여기서, 480nm 파장으로 인해 블루 레이저가 출력되고 546nm 파장으로 인해 그린 레이저가 출력된다.Here, the blue laser is output due to the 480 nm wavelength and the green laser is output due to the 546 nm wavelength.
토륨첨가 광섬유인 제 2 광섬유는 실리카 광섬유(Silica-fiber), 지블란 광섬유(ZBLAN-fiber) 및 칼코게나이드 광섬유(Chalcogenide-fiber)로 제작하여 사용할 수 있다.The second optical fiber, which is a thorium-doped optical fiber, may be manufactured and used as a silica fiber, a ZBLAN fiber, and a chalcogenide fiber.
실리카 광섬유는 현재 가장 많이 사용되고 있는 광섬유로서 높은 온도(약 1000??)에서도 변형이 잘 되지 않고, 열팽창 계수가 작기 때문에 갑작스런 온도 변화에도 깨지지 않는 특성을 갖고 있다. 또한 가시광선 영역에서부터 적외선 영역까지 빛에 투명하다. Silica optical fiber is the most widely used optical fiber, and it does not deform well even at high temperature (about 1000 ??) and has a characteristic of not breaking even by sudden temperature change because of small coefficient of thermal expansion. It is also transparent to light from the visible region to the infrared region.
지블란(ZBLAN) 광섬유는 지르코늄(zirconium), 바륨(barium), 란탄(lanthanum), 알루미늄(aluminum) 그리고 나트륨(sodium)의 화학적 결합에 의한 중 금속으로 200nm 내지 8000nm 파장 영역, 특히 2550nm에서 투과 손실이 매우 작다.ZBLAN fiber is a heavy metal due to the chemical combination of zirconium, barium, lanthanum, aluminum and sodium, and its transmission loss in the wavelength range of 200 nm to 8000 nm, especially 2550 nm. This is very small.
칼코게나이드(칼코겐화물: Chalcogenide) 유리 첨가 광섬유는 유화물, 셀렌화물, 텔루루화물의 총칭으로, S, Se, Te 등을 유리형성물로 한다. Chalcogenide (chalcogenide) glass-added optical fiber is a generic term for emulsions, selenides, and telluriums, and S, Se, Te, and the like are glass formations.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이테르븀 및 토륨 첨가 광섬유 레이저의 구성도로서, 반도체레이저(10), 렌즈(20), 이테르븀 첨가 광섬유(40), 제 2 광섬유(80)로 구성되어, 반도체레이저에서 970nm 파장의 광이 방출되면 볼록렌즈는 방출된 광을 모아 이테르븀 첨가 광섬유(40)로 방출하고, 이테르븀 첨가 광섬유에 광이 입사되면 이테르븀 첨가 광섬유는 반도체 레이저의 레이저광을 상위 변환하여 970nm 및 1120nm 파장의 광을 방출한다.2 is a block diagram of a ytterbium and thorium-doped fiber laser according to another embodiment of the present invention, which is composed of a
그 후 상위 변환된 970nm 및 1120nm 파장의 광은 제 1 광섬유와 연결 접속된 제 2 광섬유인 토륨 첨가 광섬유로 방출되고, 이테르븀 첨가 광섬유(40)에서 방출된 광이 입사되면 입사된 레이저광을 상위 변환하여 480nm 파장의 블루 레이저 및 546nm 파장의 그린 레이저를 방출한다. Afterwards, the light of the 970 nm and 1120 nm wavelengths is converted into the thorium-doped optical fiber, which is a second optical fiber connected to the first optical fiber, and when the light emitted from the ytterbium-doped
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이테르븀 및 토륨 첨가 광섬유 레이저의 구성도로서, 반도체레이저(10), 렌즈(20), 제 1 FBG(30), 이테르븀 첨가 광섬유(40), 제 2 FBG(50), 제 3 FBG(60), 제 4 FBG(70), 제 2 광섬유(80), 제 5 FBG(90), 제 6 FBG(100) 및 미러(110)로 구성되어 있다. 전체적인 구조는 도 1과 비슷하며 도 1의 광섬유 한쪽 끝단에서 블루와 그린 레이저광이 같이 나오는 점을 보완하기 위하여 적외선 영역에서 고투과율을 가지고 가시광선 영역에서 고반사율을 가지는 미러를 사용하여 광섬유 양쪽 끝단에서 블루와 그린 레이저광을 독립적 으로 출력시키는 구조이다. 3 is a schematic view of a ytterbium and thorium-doped fiber laser according to another embodiment of the present invention, including a
이를 구현하기 위하여 제 5 FBG의 480nm 파장의 광의 반사율은 제 4 FBG보다 낮추고, 제 6 FBG의 546nm 파장의 광의 반사율은 제 3 FBG보다 높여, 블루 레이저 광은 토륨 첨가 광섬유 끝단에서 방출되고 그린 레이저광은 미러를 통해 반사되어 출력되는 구조이다. FBG의 반사율을 반대로 하면 블루 레이저 광은 미러를 통해 반사되어 출력되고 그린 레이저광은 토륨 첨가 광섬유 끝단에서 방출되는 구조를 제작하는 것도 가능하다.To realize this, the reflectance of the light of the 480 nm wavelength of the fifth FBG is lower than that of the fourth FBG, and the reflectance of the light of the 546 nm wavelength of the sixth FBG is higher than that of the third FBG, so that the blue laser light is emitted from the thorium-doped fiber end and the green laser light is emitted. Is a structure that is reflected through the mirror and output. If the FBG reflectivity is reversed, it is possible to fabricate a structure in which the blue laser light is reflected through the mirror and the green laser light is emitted from the end of the thorium-doped fiber.
아울러 제 5 FBG에서 반사된 광의 반사율은 제 4 FBG보다 낮추고 제 6 FBG에서 반사된 광의 반사율은 제 3 FBG보다 높여 레이저 광을 방출시킴으로 제 4, 6FBG는 고반사기를 사용하고, 제 3, 5 FBG는 저반사기를 사용한다.In addition, since the reflectance of the light reflected by the fifth FBG is lower than that of the fourth FBG and the reflectance of the light reflected by the sixth FBG is higher than that of the third FBG to emit laser light, the fourth and sixth FBGs use high reflectors, and the third and fifth FBGs. Uses a low reflector.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the following claims.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 이테르븀 및 토륨 첨가 광섬유를 사용함으로써 최적의 블루 및 그린 레이저 광을 출력할 수 있다.As described in detail above, the present invention can output optimal blue and green laser light by using ytterbium and thorium-doped optical fibers.
또한, 실리카(Silica), 지블란(ZBLAN) 또는 칼코게나이드(Chalcogenide) 계열의 광섬유를 사용함으로써 최적의 블루 및 그린 레이저 광을 출력할 수 있다.In addition, by using silica, ZBLAN or Chalcogenide-based optical fiber, it is possible to output optimal blue and green laser light.
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KR100704603B1 (en) | 2007-04-06 |
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