KR20140097377A - 2㎛ 범위 내에서 동작하는 파장용 고출력 단일모드 광섬유 레이저 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 고출력 광섬유 레이저 시스템은 펌프 캐스케이드 및 레이저 캐스케이드를 가지도록 구성된다. 펌프 캐스케이드는 Er 또는 Yb/Er 중 하나를 포함하는 희토류 원소의 이온으로 도핑된 다중모드(MM) 코어를 구비한 광섬유 증폭기를 포함한다. 광섬유 증폭기의 다중모드(MM) 코어는 이중 병목 형태의 단면을 가지도록 구성된다. 레이저 캐스케이드는 Tm 이온으로 도핑된 코어를 가지도록 구성된다. 증폭기에 의해 생성된 펌프 광은 Tm 레이저의 상향 단부로 연결된다.

Description

2㎛ 범위 내에서 동작하는 파장용 고출력 단일모드 광섬유 레이저 시스템{HIGH POWER SINGLE MODE FIBER LASER SYSTEM FOR WAVELENGTHS OPERATING IN 2㎛ RANGE}
본 발명은 고출력 광섬유 레이저에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 약 2㎛ 범위 내에서 동작하는 고출력 단일모드 광섬유 레이저 시스템에 관한 것이다.
툴륨 기반("Tm") 광섬유 레이저는 대략 2000nm의 스펙트럼 범위의 고전력, 소형, 고효율, 파장 선택가능형, 단일모드 CW 및 펄스형 소스에 대한 산업, 의료 및 R&D 시장의 성장하는 수요를 만족한다. 이런 레이저는 유지관리의 용이성, 소형, 고효율 및 동작의 용이성으로 인해, 통상의 벌크 Ho:YAG 레이저에 비하여 많은 이점을 제공한다.
더 높은 전력 및 새로운 옵션이 계속 증가함에 따라, Tm 레이저는 실험실을 위한 이상적인 솔루션, 고유한 월-플러그 효율(wall-plug efficiency)을 회절 제한 빔과 결합하는 의료 및 산업의 시장 세분화, 턴키형 무-유지보수 동작(turnkey maintenance-free), 단일모드 광섬유 전송, 소형성 및 공냉식의 간편성을 제공한다. 이런 레이저 시스템은 다양한 산업, R&D, 의료 및 항공용으로 현장 시험되고 사용되어왔다. 그러나, Tm 레이저가 원하는 바와 같이 항상 고전력 레벨로 작동할 수 있는 것은 아니다. 게다가, Tm 레이저의 소형화, 정확히 말하면 소형화의 미흡이 상당히 종종 문제될 수 있다.
도 1은 결합기(12)로서 결합되는 복수의 SM 에르븀 도핑(Er) 광섬유 레이저를 포함하는 공지된 단일모드(SM) Tm 기반 고출력 광섬유 레이저 시스템(10) 중 하나를 도시한다. 따라서, 결합기(12)는 펌프 광을 SM Tm 레이저(16)로 전송할 수 있는 출력 광섬유(14)와 함께 구성된다. 함께 결합되는 SM Er 광섬유 레이저의 수는 제한적이다. SM Er 레이저의 수가 증가하면 시스템이 더 복잡해지고 더 소형화하기 어려워진다.
따라서, 고전력 레벨에서 효과적이고 효율적으로 동작하는 Tm 도핑된 광섬유 레이저를 포함한 고전력 광섬유 레이저에 대한 요구가 존재한다.
또한, Tm 기반 광섬유 레이저를 포함하고 소형 구조를 갖는 고전력 광섬유 레이저 시스템에 대한 요구도 존재한다.
이런 요구는 본 명세서에 개시된 광섬유 레이저 시스템에 의해 만족된다. 특히, 본 시스템은 Th 광섬유 레이저로 결합된 펌프 광을 방사하는 다중모드(MM) 에르븀 도핑("Er")된 또는 이테르븀(ytterbium, Yb)/Er 도핑된 이중 병목 형태의 광섬유 증폭기로 구성된다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 명세서에 개시된 시스템의 상술한 특징과 다른 특징 및 이점들이 첨부도면과 함께 기술되는 하기의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 공지된 Tm 기반 고전력 광섬유 레이저 시스템의 일반적인 광학 개략도를 도시한다.
도 2는 본 명세서에 개시된 시스템의 일반적인 광학 개략도를 도시한다.
도 3은 본 명세서에 따라 Tm 광섬유 레이저의 구조를 도해하여 도시한다.
도 4는 본 명세서에 개시된 시스템의 도파관을 도해하여 도시한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 광섬유 레이저 시스템에서 사용되는 MM Er 도핑 기반 증폭기의 구성을 도시한다.
도 6은 도 5의 증폭기의 이중 병목 형태의 능동형 광섬유를 도시한다.
도 7은 도 1의 시스템과 본 명세서에 개시된 시스템의 효율성의 비교를 도시한다.
도 8은 본 명세서에 개시된 시스템의 출력의 안정성을 도시한다.
이제, 본 명세서에 개시된 시스템에 대한 언급이 더 상세히 이루어질 것이다. 도면은 간소한 형태이며, 정확한 스케일과는 관련이 없다. "연결(couple)"이란 용어 및 이와 유사한 용어들이 반드시 직접적이고 즉각적인 연결을 지칭하는 것은 아니며, 매개 소자 또는 매개 장치를 통한 연결을 포함한다.
도 2는 특히 다중모드("MM") Er 광섬유 증폭기(20)와 연결되는 단일모드("SM") Er 기반 레이저(16)로 구성된 펌프를 포함하는 개시된 광섬유 레이저 시스템(25)을 도시한다. 단지 하나의 Er 증폭기(20)만이 도시되지만, 본 명세서의 범위는 광학적으로 결합된 개별 출력을 갖는 복수의 광섬유 증폭기의 사용을 포함한다. Er MM 증폭기 또는 증폭기들(20)은 약 2㎛ 파장에서 출력 광을 방출하는 Tm 레이저(22)로 연결된 펌프 광을 방사한다. 도시된 바와 같이, 시스템(25)은 매우 컴팩트하다.
이중 클래드 Tm 광섬유(22)의 사용은 일련의 이점이 있다. 예컨대, 고전력 고밀도 펌프 광은 광섬유 레이저(22)의 도파 외부 클래딩(waveguiding outer cladding)으로 연결될 수 있다. 게다가, 상대적으로 낮은 Tm 광섬유 레이저(22)의 클래딩/코어 비는 이득 매질에 의한 펌프 광의 효과적인 흡수를 제공한다. 또한, Tm 광섬유 레이저(22)는 비선형 효과에 대한 임계치를 증가시키도록 하는 상대적으로 짧은 광섬유 길이를 가질 수 있다. 바람직하기로, Tm 레이저(22)는 SM 능동형 광섬유를 기반으로 한다; 그러나, MM Tm 도핑 광섬유가 본 명세서의 범위 내에서 실행될 수 있다.
도 3은 Tm 레이저(22)와 관련하여 더 기술되는 바와 같이, 시스템(25)의 각각의 Er 기반 오실레이터 및 Tm 기반 오실레이터(18 및 22) 모두에 공통인 구성을 나타낸다. 일반적으로 오실레이터는 가령 미러 또는 광섬유 브래그 격자와 같은 파장-선택성 구성요소들(32) 사이에 형성되는 공진 공동(resonant cavity)을 특징으로 하는 패브리-패로(Fabry-Perot) 구조를 각각 가진다. 능동형 광섬유(34)는 입출력 SM 수동형 광섬유(36 및 38)의 개별 단부에 각각 직접 접합되는 대향 단부를 가진다. 레이저의 상술한 구성은 본 명세서와 공유되고 참조로서 본 명세서에 전체로 통합되는 미국특허번호 5,422,897 및 5,774,484에 더 상세히 기술된다.
도 2 및 3과 함께 기술되는 도 4는 시스템(25)의 광섬유 도파관 구성을 도시한다. 각각의 오실레이터(18, 22)의 출력 및 입력 수동형 광섬유는 광섬유 증폭기(20)의 개별 광섬유 단부에 직접 접합된다. Tm 레이저(22)의 능동형 및 수동형 광섬유의 코어(28)의 직경은 균일하고 증폭기(20)의 코어(26)의 직경보다 더 작을 수 있다. 따라서, 증폭기 또는 증폭기들(20)로부터 방사된 MM 광은 Tm 도핑 능동형 광섬유(34)의 코어(28)에 실질적으로 흡수되는 클래딩 광과 함께, Tm 레이저(22)의 입력 SM 수동형 광섬유(36)의 코어 및 클래딩 모두에 연결된다.
가능하게는, Tm 광섬유 레이저(22)가 Tm 도핑 능동형 광섬유(38)만을 포함할 수 있다. 이 경우, 입출력 수동형 광섬유는 필요하지 않을 수 있고, FBG들(32)이 Tm 도핑 능동형 광섬유(38)에 직접 기록될 수 있다. Tm 레이저(22)의 클래딩(40)은 파선으로 도시된 바와 같이, 증폭기(20)의 클래딩의 외부 직경과 동일하거나 더 작은 외부 직경을 갖도록 구성될 수 있다.
펌프의 시드 레이저(seed laser)(18)는 Er 이온으로 도핑된 SM 코어(24)를 갖도록 구성된다. 시드 레이저(18)의 구성은 도 3의 Tm 레이저의 구성과 동일하다. 레이저(18)의 출력 SM 수동형 광섬유는 증폭기(20)의 입력으로 버트-접합(butt-spliced)된다. 상술한 구성 이외에, 시드 레이저(18)의 다른 공지된 구조도 본 명세서의 범위 내에서 사용될 수 있다.
도 5는 증폭기(20)의 변형된 MM Er 또는 Yb/Er 도핑 코어를 도시한다. Er 증폭기(20)는 Er 또는 Yb/Er 이온으로 도핑되고 다중모드의 전파를 지원할 수 있는 MM 코어(26)를 갖는 능동형 광섬유를 가진다. 입력 수동형 SM 광섬유(29)는 MM 코어(26)의 마주하는 단부 영역의 직경과 적어도 동일하거나, 바람직하게는 더 작은 직경을 갖는 코어(27)를 구비하며 그에 접합된다. 능동형 광섬유(20)의 마주하는 단부는 MM 코어(26)의 마주하는 단부 영역의 직경과 적어도 동일하거나, 바람직하게는 더 큰 직경의 코어(33)를 갖는 출력 MM 수동형 광섬유(31)로 접합된다. MM 코어(26)는 가령 약 100㎛의 상대적으로 큰 직경을 가지는 반면, 광섬유 증폭기(20)의 클래딩은 최대 700㎛의 직경을 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, MM 코어(26)는 일반적으로 이중-병목 형태를 가진다. MM 코어의 이중 병목형 단면은 상대적으로 작고 바람직하게는 균일한 단부 영역들(50 및 56)을 각각 갖도록 구성된다. 단부 영역(50)은 바람직하기로 입력 광섬유(29)의 코어보다 더 큰 반면, 단부 영역(56)은 출력 광섬유(31)의 코어보다 더 작다. 또한, Th 레이저(22)의 입력 광섬유가 광섬유 증폭기(20)의 출력 광섬유의 코어 직경보다 더 작은 코어 직경을 갖는 것이 바람직하다. 코어 단부 영역의 기하학적 구조는 광이 출력 및 입력 광섬유들(29 및 31) 사이를 각각 전파하는 경우의 손실을 최소화한다. 그러나, 개별 접합된 광섬유의 코어 직경과 실질적으로 동일한 다른 코어의 기하학적 구조가 본 명세서의 범위 내에서 선택될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 기하학적 구조가 여전히 개별 광섬유들 사이의 접합 부분에서 전력 손실을 없애거나 최소화하기 위한 사안이다. 상대적으로 크고 균일하게 구성된 MM 코어(26)의 증폭 영역(54)은 단부 영역과 증폭 영역을 연결하는 원추형 전이 영역(52)에 의해 측면에 배치(flanked)된다.
다시 도 2 및 4를 간단히 살펴보면, 시스템(25)은 Er 시드 레이저(18) 없이 구성될 수 있다. 이 경우, 다중모드 Er 도핑 광섬유(20)는 강력한 패브리-패로 오실레이터로서 구성될 수 있고, 공진 공동은 그 코어(26)에 형성된다.
도 7은 펌프 레이저 다이오드로 연결되는 입력 전류로부터 시스템(25)의 출력 전력 사이의 관계를 나타낸다. 본 명세서에 개시된 시스템(25)의 효율(44)이 도 1에 도시된 시스템(10)의 효율(46)보다 더 높다는 점을 쉽게 알 수 있다.
도 8은 CW형 시스템에서 도 4의 MM 증폭기(20)의 출력 전력(48)이 근소하게 저하됨을 도시한다. 숫자는 CW 동작 모드에서 개시된 Tm 레이저의 출력 전력(56)의 안정성을 더 나타낸다. 경고성 저하는 감지되지 않았다. 시스템(25)은 펄스형에서도 동작할 수 있다.
도 4를 다시 살펴보면, 개시된 시스템(25)은 Tm 도핑 레이저보다 더 긴 파장이 생성될 수 있음이 요구되는 적용예에서 사용될 수 있다. 따라서, 시스템(25)은 Tm 레이저의 출력을 2㎛를 훨씬 넘어 이동할 수 있는 비선형 ZnS 결정(60)을 더 포함할 수 있다. Tm 도핑 레이저(22)로부터의 출력 광을 결정(60)으로 결합하는 것은 출력 빔(22)을 렌즈 유닛(미도시) 및 시준기(collimator)(58)를 통해 인도함으로써 구현된다.
상술한 설명 및 예들은 본 명세서를 단지 설명하기 위해 제시되었으며, 이를 제한하려는 의도는 아니다. 따라서, 본 명세서는 첨부된 청구범위 내의 모든 변형을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 펌프 광을 방사하는 적어도 하나의 광섬유 증폭기를 가지며, Er 및 이테르븀/에르븀(ytterbium/erbium)으로 구성된 그룹에서 선택된 희토류 원소의 이온으로 도핑된 다중모드 코어를 갖는 능동형 광섬유를 구비한 펌프; 및
    Tm 이온으로 도핑된 코어를 갖는 광섬유 레이저를 포함하며,
    Tm 광섬유 레이저는 펌프 광을 수신하고 약 2 마이크론의 파장에서 시스템 출력을 방사하는, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    펌프 레이저 증폭기는 입력 단부 영역 및 출력 단부 영역을 포함하는 이중 병목 형태의 단면; 단부 영역들 중 하나보다 더 큰 코어 직경을 가지고 단부 영역들 사이에 있는 중앙 영역; 및 단부 영역과 증폭하는 영역을 각각 연결하는 2개의 원추형 영역을 가지도록 구성되는, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    펌프 레이저 증폭기는 능동형 펌프 레이저의 개별 단부에 접합되는 개별 단부를 갖는 단일모드 입력 수동형 광섬유 및 다중모드 출력 광섬유를 더 구비하는, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    펌프 증폭기의 능동형 광섬유의 정반대의 단부 영역들은 입출력 수동형 광섬유의 각각의 마주하는 단부에 접합되며, 입력 광섬유는 입력 광섬유와 마주하는 능동형 광섬유의 코어의 단부 영역과 적어도 실질적으로 동일하거나 더 작은 직경을 갖는 코어를 구비하고, 출력 광섬유는 능동형 광섬유의 코어의 단부 영역의 직경과 동일하거나 더 큰 직경을 갖는 코어를 구비하는, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    펌프는 펌프 증폭기의 입력 수동형 광섬유와 결합된 단일모드(SM) 방사를 출력하도록 동작하는 시드 Er-기반(seed Er-based) 광섬유 레이저를 더 구비하는, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    Tm 레이저는 단일모드(SM) 구성을 구비하는 Tm 도핑 능동형 광섬유를 가지도록 구성되는, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    Tm 레이저는 다중모드(MM) 구성을 구비하는 Tm 도핑 능동형 광섬유를 가지도록 구성되는, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    펌프의 출력 광섬유의 코어는 펌프 광을 Tm 레이저로 전달하는 입력 광섬유와 적어도 동일하거나 더 큰, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    펌프의 레이저 증폭기는 균일한 코어 직경을 구비한 코어를 가지며, Tm 레이저는 Tm 도핑 능동형 광섬유 및 개별 파장선택성 소자가 구비된 입출력 단일모드(SM) 수동형 광섬유를 가지도록 구성되고, 능동형 펌프 광섬유의 코어 직경은 Tm 레이저의 입력 수동형 광섬유의 코어 직경보다 더 큰, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    개별 Tm 레이저 및 펌프 증폭기의 능동형 광섬유의 코어는 개별 클래딩(claddings)에 의해 둘러싸여 있고, Tm 레이저의 외부 클래딩은 펌프 광섬유 증폭기의 능동형 광섬유의 외부 클래딩보다 더 작은, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    복수의 펌프 증폭기들을 더 포함하는, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    펌프는 오실레이터 또는 증폭기로부터 선택된 구성을 가지는, 단일모드(SM) 고출력 광섬유 레이저 시스템.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9653298B2 (en) * 2013-01-14 2017-05-16 Ipg Photonics Corporation Thermal processing by transmission of mid infra-red laser light through semiconductor substrate
KR102287019B1 (ko) * 2014-02-03 2021-08-06 아이피지 포토닉스 코포레이션 고출력 초단파 펄스 광섬유 레이저
US9634461B1 (en) * 2014-08-08 2017-04-25 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Geometric isolator providing isolation between resonantly pumped cascaded laser
CN108614323B (zh) * 2018-07-20 2024-01-12 中国人民解放军国防科技大学 一种纤芯尺寸纵向渐变的增益光纤
US11276982B2 (en) 2020-01-22 2022-03-15 Cybel, LLC. Optical fiber amplifier for operation in two micron wavelength region
CN115377784B (zh) * 2022-10-24 2023-03-24 中国航天三江集团有限公司 一种同带泵浦光纤放大器及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101340053A (zh) * 2008-08-13 2009-01-07 中国科学院上海光学精密机械研究所 中红外掺铥光纤激光放大器
US20090190615A1 (en) * 2007-12-21 2009-07-30 Min Jiang High power pulsed fiber laser
US20100074281A1 (en) * 2005-05-02 2010-03-25 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Thulium Laser Pumped Mid-IR Source With Multi-Spectral Line Output
US20110064097A1 (en) * 2009-09-14 2011-03-17 Ipg Photonics Corporation Single-mode high power multimode fiber laser system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5422897A (en) * 1994-01-28 1995-06-06 British Telecommunications Public Limited Company Two-stage mono-mode optical fibre laser
US5818630A (en) * 1997-06-25 1998-10-06 Imra America, Inc. Single-mode amplifiers and compressors based on multi-mode fibers
US5864644A (en) * 1997-07-21 1999-01-26 Lucent Technologies Inc. Tapered fiber bundles for coupling light into and out of cladding-pumped fiber devices
JPH11121836A (ja) * 1997-10-13 1999-04-30 Kdd レーザ装置
JP2000340867A (ja) * 1999-05-27 2000-12-08 Hoya Corp ファイバレーザおよび光アンプ
US6611372B1 (en) * 2000-06-09 2003-08-26 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Erbium and ytterbium co-doped phosphate glass optical fiber amplifiers using short active fiber length
US7313306B2 (en) * 2003-07-28 2007-12-25 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Fiber laser, spontaneous emission light source and optical fiber amplifier
JP2006093613A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバ、光ファイバ増幅器及び光ファイバレーザ光源
US7286587B2 (en) * 2005-01-05 2007-10-23 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Holmium doped 2.1 micron crystal laser
NL1028978C2 (nl) * 2005-05-04 2006-11-07 Draka Comteq Bv Optisch communicatiesysteem alsmede aansluitnetwerk voorzien daarvan.
US7872794B1 (en) * 2007-01-21 2011-01-18 Lockheed Martin Corporation High-energy eye-safe pulsed fiber amplifiers and sources operating in erbium's L-band
US7593435B2 (en) * 2007-10-09 2009-09-22 Ipg Photonics Corporation Powerful fiber laser system
US7912099B2 (en) * 2008-10-21 2011-03-22 Gapontsev Valentin P Method and apparatus for preventing distortion of powerful fiber-laser systems by backreflected signals
US7957433B2 (en) * 2009-07-24 2011-06-07 Advalue Photonics, Inc. Mode-locked two micron fiber lasers
US8068705B2 (en) * 2009-09-14 2011-11-29 Gapontsev Valentin P Single-mode high-power fiber laser system
US8787410B2 (en) * 2011-02-14 2014-07-22 Imra America, Inc. Compact, coherent, high brightness light sources for the mid and far IR
EP2686732A4 (en) * 2011-03-14 2015-03-11 Imra America Inc BROADBAND PRODUCTION OF MID-IR AND ASSOCIATED CONTINUA WITH GLASS FIBERS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100074281A1 (en) * 2005-05-02 2010-03-25 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Thulium Laser Pumped Mid-IR Source With Multi-Spectral Line Output
US20090190615A1 (en) * 2007-12-21 2009-07-30 Min Jiang High power pulsed fiber laser
CN101340053A (zh) * 2008-08-13 2009-01-07 中国科学院上海光学精密机械研究所 中红外掺铥光纤激光放大器
US20110064097A1 (en) * 2009-09-14 2011-03-17 Ipg Photonics Corporation Single-mode high power multimode fiber laser system

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