KR20170099885A - 레이저 광의 펄스를 증폭하기 위한 섬유 장치 및 방법 - Google Patents

레이저 광의 펄스를 증폭하기 위한 섬유 장치 및 방법 Download PDF

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제임스 카프카
알란 피터슨
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뉴포트 코포레이션
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Abstract

본 발명은 Yb 도핑 CALGO 코어 영역, 상기 코어 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 펌프 클래딩 영역, 및 상기 코어 영역 및 펌프 클래딩 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 제2 클래딩 영역을 포함하는 더블-클래드 결정 섬유를 개시하고 있다.

Description

레이저 광의 펄스를 증폭하기 위한 섬유 장치 및 방법{FIBER DEVICE AND METHOD FOR AMPLIFYING PULSES OF LASER LIGHT}
현재 광섬유는 광범위하게 사용된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전형적인 광섬유(1)는 코어 영역(5)에 비해 보다 낮은 굴절률을 갖는 재료로 제조된 적어도 하나의 클래딩 영역 또는 층(7)에 의해 둘러싸인 보다 높은 굴절률의 재료로 형성된 코어 영역으로 형성된 바디(3)를 포함하고 있다. 예를 들어, 2개 이상의 클래딩 영역을 갖는 광섬유가 제조되었다. 보통, 광섬유의 코어 영역(5) 및 클래딩 영역(7)은 실리카 또는 유리 재료로 제조된다. 옵션으로, 보호성 코딩 또는 재료(9)가 클래딩(7)의 외면에 적용될 수 있다. 그다음 이러한 광섬유의 단부로 도입되는 충분히 낮은 개구수의 광이 광섬유를 통해 안내된다.
일부 적용에서, 코어 영역, 클래딩 영역 또는 양측 모두에 하나 이상의 도판트를 추가하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 도 2는 제2 클래딩 영역(19) 내에 위치된 제1 클래딩 영역 또는 펌프 클래딩 영역(17) 내에 위치된 코어(15)로 형성된 바디(13)를 갖는 더블-클래드 도핑 광섬유(11)의 실시예를 도시하고 있다. 옵션으로, 보호성 코팅 또는 재료(21)가 제2 클래딩 영역(19)의 외면에 적용될 수 있다.
일부 적용에서, 코어 영역(15)은 하나 이상의 광학 활성 희토류 이온에 의해 도핑되어 섬유 레이저 및/또는 섬유 증폭기를 형성한다. 상술된 바와 같은 도핑된 더블-클래드 섬유는 펄스를 증폭하는데 매우 유용하다. 펄스의 예는 나노초 기간으로부터 펨토초 기간의 펄스 기간을 갖는 것을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 적용에서, 코어 영역(15)은 충분히 작을 수 있고 코어 영역(15)의 개구수(이후로 NA)는 코어 영역(15)이 단일 공간 모드만을 지원할 수 있을 정도로 낮을 수 있다.
자주, 코어 영역(15)의 신호의 비선형 효과를 최소화하기 위해 보다 큰 코어 영역(15)을 갖는 광섬유(11)를 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 비선형 효과는 자체 위상 변조, 유도 라만 산란, 유도 브리유앵 산란 및 포 웨이브 믹싱(four-wave mixing)을 포함할 수 있다. 라지 모드 에이리어(large mode area) 섬유(이후로 LMA 섬유)로 알려진, 이러한 광섬유에서, 종래의 섬유 드로잉 방법을 사용하여 반복적으로 제조될 수 있는 최저 NA는 약 0.060이다. 그래서, 최대 신호 모드 코어 영역(15)은 직경이 약 30 ㎛이다. 펌핑 클래딩 영역(17)은 보통 직경이 약 250 ㎛이고 0.46의 훨씬 더 큰 NA를 갖는다. 펌프 클래딩 영역(17)의 보다 큰 직경 및 NA는 광섬유(11)와의 광통신에서 펌프 소스(도시되지 않음)에 의해 발광된 펌프 광을 획득하기 위해 필요하다. 자주, 크게 발산하는, 멀티모드 펌프 빔을 출력하는 경향이 있는 레이저 다이오드가 펌프 소스로서 사용된다.
보통, 비선형 효과를 최소화하기 위해, 짧은 길이(약 1 또는 수 미터)의 도핑 더블-클래드 광섬유가 섬유 증폭기를 형성하는데 사용된다. 그러나, 효율을 높이기 위해 펌프 신호 모두 또는 적어도 대부분을 흡수하는 것이 바람직하다. 이러한 펌프 신호의 유효 흡수량은 코어 영역(15)의 도핑 레벨 및 코어에 대한 펌프 클래딩 영역(17)의 크기의 비율에 의해 결정된다. 이러한 펌프 클래링 영역이 도핑되지 않기 때문에, 펄스 신호는 보통 펌프 신호가 코어 영역(15)을 만날 때만 흡수되어서 흡수량의 유효값이 코어에 대한 클래딩의 면적비에 의해 감소된다.
보통, 이러한 LMA 섬유에 있어서, 최대 도핑 레벨은 자주, 고농도 도핑되는 (그래서 크게 여기되는) 섬유에서 시간이 지남에 따라 출력이 열화되도록 하는 차광으로 인해 제한된다. 8:1의 전형적인 코어에 대한 클래딩의 비와 관련하여, 펌프를 흡수하는 전형적인 섬유 길이는 대략 2 미터이다.
최근에, 일부 섬유 증폭기 제조자가 종래의 도핑 더블-클래드 섬유와 연관된 비선형 효과를 최소화하기 위한 노력으로 도핑 더블-클래드 막대형 섬유 장치를 개발하였다. 예를 들어, NKT Photonics은 감소된 비선형성을 제공하는 막대형 도핑 더블-클래드 섬유를 개발하였다. 상이한 제조 공정이 이러한 막대형 장치를 제조하는데 채용되었다. 그 결과, 이러한 막대형 장치의 NA는 0.02 정도로 낮을 수 있고 85 ㎛ 또는 100 ㎛의 단일 모드 코어가 제조될 수 있다. 또한, 펌프 클래딩의 둘레에 형성된 공기 구멍의 웹을 사용함으로써, 0.6의 클래딩 NA를 갖는 막대형 섬유가 현재 사용가능하다. 불행하게도, 막대형 섬유 장치의 다수의 단점이 발견되었다. 예를 들어, 막대형 섬유 구조의 코어에 대한 클래딩 비율은 코어 안에서 광을 안내하기 위한 작은 공기 구멍을 사용하는 필요에 의해 제한된다. 예를 들어, 85 ㎛ 코어가 200 ㎛ 펌프 클래딩과 함께 제조될 수 있다. 다른 예에서, 100 ㎛ 코어가 285 ㎛ 클래딩을 포함할 수 있다. 그래서, 막대형 섬유 장치의 코어에 대한 최소 클래딩 비는 약 2.35이다. 그 결과, 펌프 광을 흡수하는데 필요한 막대형 장치의 전형적인 길이는 0.5 내지 1 미터이다. 낮은 NA로 인해, 막대형 도핑 더블-클래드 섬유 장치는 보통 섬유 장치를 횡단하는 신호에 상당한 벤딩 손실을 유발하지 않고는 구부러질 수 없다.
따라서, 오직 단일 모드를 지원하는, 또는 대안으로 오직 소수의 모드를 지원하는 낮은 NA를 갖는 큰 코어를 갖는 더블-클래드 광섬유가 필요하다. 또한, 펌프 빔을 짧은 길이에서 효과적으로 흡수할 수 있는 섬유가 필요하다.
본 발명은 레이저 광의 펄스를 증폭하기 위한 섬유 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 적어도 하나의 비유리(non-glass) 재료로 제조된 코어 영역, 상기 코어 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 펌프 클래딩 영역, 및 상기 코어 영역 및 상기 펌프 클래딩 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 제2 클래딩 영역을 포함하는 더블-클래드 결정 섬유를 개시하고 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 Yb 도핑 CALGO 코어 영역, 상기 코어 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 펌프 클래딩 영역, 및 상기 코어 영역 및 펌프 클래딩 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 제2 클래딩 영역을 포함하는 더블-클래드 결정 섬유를 개시하고 있다.
또한, 본 발명은 더블-클래드 결정 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있고, 적어도 하나의 비유리 재료로 제조된 코어 영역을 형성하는 단계, 상기 코어 영역을 안에 포함하는 펌프 클래딩 영역을 상기 코어 영역에 근접하여 형성하는 단계, 및 상기 코어 영역 및 상기 펌프 클래딩 영역이 안에 위치지정되도록 포함하는 적어도 하나의 제2 클래딩 영역을 상기 펌프 영역에 근접하여 형성하는 단계를 포함한다.
여기에 개시된 레이저 광의 펄스를 증폭하기 위한 다양한 섬유 장치 및 방법의 실시예의 다른 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명에서 이해될 것이다.
레이저 광의 펄스를 증폭하기 위한 섬유 장치 및 방법의 다양한 실시예를 다음의 도면을 통해 보다 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 클래딩 영역 안에 위치된 코어 영역으로 형성으로 바디를 갖는 광섬유를 포함하는 종래의 광섬유의 예의 사시도이다.
도 2는 제2 코어 영역 안에 위치된 제1 코어 영역 안에 형성된 바디를 갖는 광섬유를 포함하는 종래의 광섬유의 다른 예의 사시도이다.
도 3은 제2 코어 영역 안에 위치된 제1 코어 영역 안에 형성된 바디를 갖는 광섬유를 포함하는 레이저 광의 초고속 펄스를 증폭하기 위한 광섬유의 사시도이다.
도 4는 개시된 섬유 장치의 실시예를 단단히 위치시키는데 사용되는 섬유 클램핑 장치의 실시예를 도시하고 있다.
도 5는 개시된 섬유 장치의 실시예를 단단히 위치시키는데 사용되는 섬유 클램핑 장치의 다른 실시예를 도시하고 있다.
본 발명은 새로운 광섬유 구조를 사용하여 레이저 광의 초고속 펄스를 증폭하기 위한 장치 및 방법의 다양한 실시예를 개시하고 있다. 하나의 실시예에서, 본 발명은 단일 모드를 지원하도록 구성된 더블-클래드 광섬유의 실시예를 개시하고 있다. 대안의 실시예에서, 본 발명은 소수의 다수 모드를 지원하도록 구성된 더블-클래드 광섬유의 실시예를 개시하고 있다. 광섬유 안으로 도입된 광학 신호의 론치 조건을 조정하고 광섬유의 구부러짐을 제어함으로써, 광섬유의 오직 하나의 공간 모드가 여기되고 광섬유는 유효 단일 모드로 부른다. 또한, 본 발명은 현재 유용한 광섬유에 비해 큰 열전도도를 가져 과도한 열을 광섬유로부터 효과적으로 제거할 수 있는 더블-클래드 광섬유를 개시하고 있다. 다른 실시예에서, 본 발명은 차광 없이 현 유용한 광섬유 보다 짧은 길이로 입사 펌프 광을 흡수하도록 구성된 고농도 도핑 코어 영역을 갖는 더블-클래드 광섬유를 개시하고 있다.
도 3은 레이저 광의 초고속 펄스를 증폭시키기 위한 광섬유의 실시예를 도시하고 있다. 하나의 실시예에서, 도 3에 도시된 더블-클래드 광섬유는 유리 대신에 적어도 하나의 결정 및/또는 다결정 재료로 제조될 수 있고, 비선형 효과가 감소된 이득 매체 또는 증폭기를 얻을 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광섬유(30)는 적어도 하나의 도핑 코어 영역(34)이 안에 위치된 섬유 바디(32)를 포함하고 있다. 하나의 실시예에서, 코어 영역(34)은 약 5 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 횡방향 치수를 갖고 있다. 다른 실시예에서, 코어 영역(34)은 약 10 ㎛ 내지 약 40 ㎛의 횡방향 치수를 갖고 있다. 또 다른 실시예에서, 코어 영역(34)은 약 30 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 횡방향 치수를 갖고 있다. 옵션으로, 코어 영역(34)은 약 40 ㎛의 횡방향 치수를 가질 수 있다.
다시 도 3에서, 하나의 실시예에서, 고농도 도핑 코어 영역(34)은 Yb-도핑 CALGO로 제조될 수 있다. 당업자는 Nd, Er, Pr, Ti, Ho, Tm 및 Cr를 포함하지만 이에 제한되지 않는 추가 재료가 코어 영역(34)을 도핑하는데 사용될 수 있고 코어가 YAG, 사파이어 및 플루오르화 칼슘을 포함하는 재료로 제조될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그래서, 도핑 코어 영역(34)은 임의의 다양한 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 코어 영역(34)은 Shasta Crystals에 의해 실시되는 기술과 같은 레이저 가열 페데스탈 성장(LHPG) 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 대안의 실시예에서, 도핑 코어 영역(34)은 FiberCryst에 의해 실시되는 마이크로풀링 다운 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 이러한 결정 코어 영역(34)은 유리 기반 도핑 광섬유와 연관되어 차광되지 않고 고농도로 도핑될 수 있다.
다시 도 3에서, 적어도 하나의 제1 클래딩 또는 펌프 클래딩 영역(36)이 바디(32) 안에 위치되고, 안의 코어 영역(34)을 덮도록 구성되어 있다. CALGO, YAG, 알루미나(사파이어), 플루오르화 칼슘, 폴리이미드 및 실리카를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 재료가 펌프 클래딩 영역(36)을 형성하는데 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 펌프 클래딩 영역(36)은 코어 영역(34)이 점성 펌프 클래딩 재료 안에 디핑되거나 위치되는 졸겔 공정을 사용하여 적용될 수 있다. 그후에, 위에 펌프 클래딩 재료(36)를 갖는 디핑 코어 영역(34)이 건조되고 및/또는 구워져, 코어 영역(34)을 둘러싸는 적어도 하나의 다결정 펌프 클래딩 영역(36)이 생산된다. 펌프 클래딩-졸겔 형성 공정의 다수의 적용은 희망의 두께의 적어도 하나의 펌프 클래딩 영역(36)을 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 펌프 클래딩 영역(36)은 약 1 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프 클래딩 영역(36)은 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 옵션으로, 펌프 클래딩 영역(36)은 종래의 막대 타입의 유리 섬유에서 신호 안내에 필요한 두께 보다 훨씬 더 작은, 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 그래서, 코어 영역(34) 및 펌프 클래딩 영역(36)은 반복가능한 인덱스를 가질 수 있고 코어에 대한 클래딩의 비율은 2 보다 훨씬 더 작을 수 있다. 그래서, 0.02 이하의 낮은 코어 NA가 만들어질 수 있다. 또한, 여기에 기술된 광섬유 구조는 멀티모드 다이오드로부터 펌프 광을 효과적으로 획득할 수 있는 높은 NA를 갖는 작은 펌프 클래딩 영역(36)을 갖고 있다.
또한, 적어도 하나의 제2 클래딩 영역(38)은 바디(32) 안에 위치지정되어 있고, 안에 코어 영역(34) 및 펌프 클래딩 영역(36)을 둘러싸도록 구성되어 있다. 그다음, 예를 들어, 낮은 인덱스 제2 클래딩 영역(38)은 추가 졸겔 공정 또는 다른 업계에 알려진 도포 방식을 사용하여 도포될 수 있다. 폴리이미드, 실리카, YAG, 알루미나등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료가 제2 클래딩 영역(38)을 형성하는데 사용될 수 있다. 옵션으로, 펌프 클래딩의 NA는 종래의 LMA 섬유 시스템에 비해 매우 높을 수 있다. 고농도 도핑 코어 및 코어 영역(34)에 대한 작은 펌프 클래딩 영역(36) 비율에 의해, 보다 짧은 길이 l과 이에 따른, 종래 장치와 비교하여 보다 적은 비선형 효과를 갖는 향상된 성능을 제공하는 장치의 제조가 가능하다. 광섬유로부터 잔류 열을 제거하는 기능은 펌프 클래딩을 위해 높은 NA를 얻기 위해 공기 웹이 필요하지 않고 결정질 재료가 보통 유리 보다 훨씬 더 높은 열전도도를 가지고 있기 때문에 막대 타입의 유리 섬유에 비해 우수할 수 있다.
도시된 실시예에서, 적어도 하나의 보호성 재료(40)가 광섬유(30)의 바디(32)의 외면에 적용되어 있다. 당업자는 도핑 더블-클래드 광섬유(30)가 보호성 재료(40)가 광섬유(30)의 바디(32)의 외면에 적용되지 않고 제조될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
하나의 실시예에서, 효과적인 낭비 열 제거는 물론 광섬유에서의 신호 모드 신호 전파를 돕기 위해, 광섬유는 열도전성 구조부 안에서 거의 직선으로 유지되거나 지지될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 광섬유의 적어도 일부가 단단히 끼워맞추어진, 사전형성된 원통형 채널의 일부 안에 위치지정될 수 있다. 옵션으로, 이러한 원통형 채널은 적어도 하나의 연질 금속 포일로 만들 수 있다. 또한, 이러한 광섬유는 도전성 열 싱크 안에 정위치에 클랭핑될 수 있다. 도 4는 안에 섬유를 지지하는 이러한 섬유 클램핑 장치의 실시예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 섬유 클램핑 장치(50)는 제1 클램프 장치 부재(54) 및 적어도 하나의 제2 클램프 장치 부재(66)로 형성된 적어도 하나의 클램프 장치 바디(52)를 포함하고 있다. 하나의 실시예에서, 제1 및 제2 클램프 장치 부재(54, 66)중 적어도 하나는 적어도 하나의 높은 열전도도 재료를 안에 포함하거나 이러한 재료로 구성된다. 예시되는 열전도도 재료는 구리, 알루미늄, 텅스텐, 및 다른 공지된 높은 열전도도 재료, 금속, 및/또는 합금을 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
다시 도 4에서, 섬유 클램핑 장치(50)는 적어도 하나의 섬유 맞물림 부재 채널을 더 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 섬유 맞물림 채널은 하나 이상의 열전도성 포일 또는 유연한 바디 안에 협동하여 형성되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 안에 적어도 하나의 섬유 채널(64)이 형성된 제1 포일부(62) 및 안에 적어도 하나의 섬유 채널(64)이 형성된 제2 포일부(62)는 섬유(60)를 섬유 클램핑 장치(50) 안에 단단히 맞물리게 하고 위치지정하는데 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제1 및 제2 포일부(56, 62)중 적어도 하나는 높은 열전도도, 기계적 유연성 및 용융점을 갖는 재료로 제조될 수 있다. 예시된 재료는 알루미늄, 구리, 금, 은, 인듐, 주석, 납, Indium Corporation of America에 의해 생산되는 것과 같은 소프트 브레이징 합금 및 업계에 알려진 다른 재료를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 사용중에, 하나의 클램핑 힘(68)이 섬유 클램핑 장치(52)의 적어도 일부에 가해져 적어도 하나의 섬유(50)를 안에 단단히 유지하고 위치지정할 수 있다.
대안의 실시예에서, 도 5는 섬유 클램핑 장치의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 섬유 클램핑 장치(70)는 적어도 하나의 섬유 클램프부(72)를 포함하고 있다. 섬유 클램프부(72)는 적어도 하나의 섬유 채널(78)을 안에 포함하는 적어도 하나의 맞물림면(76)을 갖는 제1 클램프부(74)를 포함하고 있다. 또한, 섬유 클램핑 장치(70)는 적어도 하나의 섬유 맞물림 채널(88)이 안에 형성된 적어도 하나의 맞물림면(86)을 갖는 제2 클램프부(84)를 포함하고 있다. 또한, 제1 클램프부(74) 위에 형성된 맞물림면(76) 및 제2 클램프부(84) 위에 형성된 맞물림면(86)중 적어도 하나는 하나 이상의 열전도성 플로이드를 안에 수용하도록 구성된 적어도 하나의 재료 우물 또는 저장부(88)를 포함하고 있다. 예시된 플로이드는 액체 금속, 가스, 플로이드 등을 포함하고 있다. 옵션으로, 하나 이상의 플로이드 댐(90)이 재료 우물(88)에 근접하여 제1 및 제2 클램프부(74, 84)중 적어도 하나 위에 형성될 수 있다. 사용중에, 적어도 하나의 섬유(92)가 섬유 클램핑 장치(72) 안에 형성된 재료 우물(88)에 근접하여 또는 안에 위치지정될 수 있다. 그후에, 하나 이상의 클램핑 힘이 섬유 클램핑 장치(70)에 가해져 섬유를 섬유 클램핑 장치(70) 안에 고정시킬 수 있다.
하나의 특정 실시예에서, 도핑 더블-클래드 광섬유는 상술된 제조 기술 및 재료를 사용하여 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 광섬유(30)는 코어 영역(34)-펌프 클래딩 영역(36)의 횡방향 치수를 약 60 ㎛로 하도록, 미도핑 CALGODML 각각의 측부 위에 약 10 ㎛의 두께를 갖는 펌프 클래딩 영역(36) 안에 둘러싸이는 약 40 ㎛의 횡방향 치수를 갖는 Yb 도핑 CALGO의 코어 영역을 가질 수 있다. 그후에, 약 5 ㎛의 두께를 갖는 알루미나로 형성된 제2 클래딩 영역(38)이 코어 영역(34)-펌프 클래딩 영역(36) 장치에 적용될 수 있다. 코어 영역(34)의 NA는 도핑 코어 영역(34)의 인덱스에 거의 일치하고 낮은 NA 및 단일 모드 안내를 제공하도록 미도핑 펌프 클래딩 영역(36)에 소량의 일부 추가 도판트를 추가함으로써 최적화될 수 있다. 펌프 클래딩 영역(36)은 약 0.6의 NA를 가질 수 있고 코어에 대한 클래딩의 비율은 약 1.5일 수 있다. 수 퍼센트의 Yb 도핑 레벨에 의해, 펌프 광을 흡수하는데 필요한 길이 l은 약 1 cm 내지 약 5 cm가 될 것이다.
출원인에 의해 구성된 다른 특정 실시예에서, 약 50 미크론 직경의 코어 영역을 갖는 4 cm 길이의 섬유는 3% Yb:CALGO로 구성되었다. 또한, 이러한 장치는 약 10 미크론 반경의 미도핑 졸겔 CALGO의 내부 클래딩 및 약 3 미크론 반경의 졸겔 YAG의 외부 클래딩을 포함하였다. 이러한 섬유 예는 은 포일 채널 및 알루미늄 열 싱크로 클램핑되었다. 광학 증폭기로서 사용될 때, 이러한 장치의 예는 약 15 배의 이득(연속파)을 나타냈었다(975 nm에서 약 47 W로 펌핑될 때 1030 nm에서 15x).
다른 특정 실시예에서, 약 50 미크론 직경의 코어 영역을 갖는 4 cm 길이의 섬유는 1.4% Yb:CALGO로 구성되었고, 약 10 미크론 반경의 미도핑 졸겔 CALGO의 내부 클래딩 및 약 3 미크론 반경의 졸겔 SiO2의 외부 클래딩을 가지고 있다. 이러한 섬유 예는 또한 은 포일 채널 및 알루미늄 열 싱크로 클래핑되었다. 광학 증폭기로서 사용될 때, 이러한 장치의 예는 약 16 배의 이득(연속파)을 나타냈었다(975 nm에서 약 34 W로 펌핑될 때 1030 nm에서 16x).
다른 실시예에서, 이러한 섬유 코어는 도핑되지 않고 라만 효과가 증폭을 위해 사용될 수 있다. 코어 영역에 대한 작은 클래딩의 비율은 특히 더블-클래드 라만 레이저에 바람직하다.
여기에 개시된 실시예는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다. 본 발명의 범위 안에 있는 다른 수정이 채용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 개시된 장치는 여기에 도시되고 설명된 것에 제한되지 않는다.

Claims (29)

  1. 더블-클래드 결정 섬유에 있어서,
    적어도 하나의 비유리(non-glass) 재료로 제조된 코어 영역;
    상기 코어 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 펌프 클래딩 영역; 및
    상기 코어 영역 및 상기 펌프 클래딩 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 제2 클래딩 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 유효 단일 모드 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  3. 제2항에 있어서, 상기 코어 영역은 10 ㎛ 이상의 횡방향 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 Yb, Nd, Er, Pr, Ti, Ho, Tm, 및 Cr으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 도핑 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  5. 제1항에 있어서, 상기 코어 재료는 CALGO, YAG, LuAG, YAI03, 사파이어, LiCAF, LiSAF, 및 CaF2 및 YLF인 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 레이저 가열 페데스탈 성장(LHPG) 기술을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  7. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 마이크로-풀링 다운 기술을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  8. 제1항에 있어서, 상기 코어 영역은 고농도 도핑 레벨을 갖고 차광이 거의 없는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  9. 제1항에 있어서, 상기 펌프 클래딩 영역은 CALGO, YAG, LuAG, YAIO3, 알루미나(사파이어), 플루오르화 칼슘, 폴리이미드, 실리카, LiCAF, LiSAF, 스피넬, MgO, LiF2, BaF2, MgF2, 및 YLF로부터 선택된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  10. 제1항에 있어서, 상기 펌프 클래딩 영역은 0.4 이상의 개구수를 갖는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  11. 제10항에 있어서, 상기 펌프 클래딩 영역은 졸겔 공정을 사용하여 적용되는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  12. 제1항에 있어서, 코어에 대한 펌프 클래딩의 비율은 약 2:1 보다 작은 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  13. 제1항에 있어서, 상기 더블-클래드 결정 섬유는 1.5 W/m °K 이상의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  14. 더블-클래드 결정 섬유에 있어서,
    Yb 도핑 CALGO 코어 영역;
    상기 코어 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 펌프 클래딩 영역; 및
    상기 코어 영역 및 펌프 클래딩 영역이 안에 위치지정되도록 구성된 제2 클래딩 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  15. 제14항에 있어서, 상기 코어 영역은 유효 단일 모드 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  16. 제14항에 있어서, 상기 코어 영역은 10 ㎛ 이상의 횡방향 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  17. 제14항에 있어서, 상기 코어 영역은 레이저 가열 페데스탈 성장(LHPG) 기술을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  18. 제14항에 있어서, 상기 코어 영역은 마이크로-풀링 다운 기술을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  19. 제14항에 있어서, 상기 코어 영역은 고농도 도핑 레벨을 갖고 차광이 거의 없는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  20. 제14항에 있어서, 상기 펌프 클래딩 영역은 0.4 이상의 개구수를 갖는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  21. 제14항에 있어서, 상기 펌프 클래딩 영역은 CALGO, YAG, YAIO3, LuAG, 알루미나(사파이어), MgO 및 스피넬로부터 선택된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  22. 제21항에 있어서, 상기 펌프 클래딩 영역은 졸겔 공정을 사용하여 적용되는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  23. 제14항에 있어서, 코어에 대한 펌프 클래딩의 비율은 약 2:1 보다 작은 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  24. 제14항에 있어서, 상기 더블-클래드 결정 섬유는 1.5 W/m °K 이상의 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유.
  25. 더블-클래드 결정 섬유를 제조하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 비유리 재료로 제조된 코어 영역을 형성하는 단계;
    상기 코어 영역을 안에 포함하는 펌프 클래딩 영역을 상기 코어 영역에 근접하여 형성하는 단계; 및
    상기 코어 영역 및 상기 펌프 클래딩 영역이 안에 위치지정되도록 포함하는 적어도 하나의 제2 클래딩 영역을 상기 펌프 영역에 근접하여 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유 제조 방법.
  26. 제25항에 있어서, 유효 단일 모드 코어를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유 제조 방법.
  27. 제25항에 있어서, 10 ㎛ 이상의 횡방향 치수를 갖는 코어 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유 제조 방법.
  28. 제25항에 있어서, 레이저 가열 페데스탈 성장(LHPG) 기술을 사용하여 상기 코어 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유 제조 방법.
  29. 제25항에 있어서, 마이크로-풀링 다운 기술을 사용하여 상기 코어 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 더블-클래드 결정 섬유 제조 방법.
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