KR20170115382A - 평판형 도파로 기반 펨토초 수동 모드 잠금 레이저 - Google Patents

평판형 도파로 기반 펨토초 수동 모드 잠금 레이저 Download PDF

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KR20170115382A
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Abstract

본 발명은 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스에 관한 것으로, 광원부; 광원부로부터 입력된 광 또는 탭 커플러로부터 입력된 광을 도파로 증폭기로 출력하고, 도파로 증폭기로부터 입력된 광을 증폭된 파장의 광과 증폭되지 않은 파장의 광으로 나누어 출력하는 WDM(wavelength division multiplexing) 커플러; WDM 커플러로부터 입력된 광을 도파로 상에서 제1 미러부에 반사시키고 증폭시켜 WDM 커플러로 출력하는 도파로 증폭기; WDM 커플러로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부에 반사시켜 WDM 커플러로 출력하는 탭 커플러; 탭 커플러와 제2 미러부 사이의 도파로 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행하는 포화 흡수체를 포함한다.

Description

평판형 도파로 기반 펨토초 수동 모드 잠금 레이저{femtosecond mode-lock laser}
본 발명은 평판형 광 도파로로 이루어진 펨토초 모드 잠금 레이저에 관한 것이다.
일반적으로 펨토초 레이저는, 레이저 발진을 일으키기 위해 사용되는 광 공진기(optical cavity), 레이저를 만들기 위해 사용하는 에너지 축적 물질인 이득 물질(gain medium), 및 모드 잠금 기능을 하는 포화 흡수체(saturable absorber)를 포함하는 광학 시스템이다. 이와 같은, 펨토초 레이저에서는 보통 광섬유에 기반한 광로를 구비한다.
이에 따라, 칩화 또는 소형화가 어려운 점 등 여러 가지 이유로 대량 생산이 어려우며, 수 천만원에서 수 억원을 호가하는 높은 가격 때문에 미세 정밀 가공 시스템이나 의료장비와 같은 펨토초 레이저 기반 응용 시스템들의 제조단가를 높이는 주요 원인이 되고 있다.
또한, 펨토초 레이저는 온도 변화, 기계적 충격 등 외부 환경 변화에 민감하여, 이를 효과적으로 차단시키지 못하면 공진기의 광학적 조건이 바뀌어 모드 잠금 효과가 사라질 수 있다.
이에 따라, 펨토초 레이저가 외부 환경 변화에도 잘 견디면서 칩화 또는 소형화가 가능하도록 할 수 있는 펨토초 레이저 구조에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다.
본 발명은, 펨토초 레이저 구조가 칩화 또는 소형화가 가능하도록 광섬유 대신에 평판형 광도파로로 이루어진 펨토초 모드 잠금 레이저를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는, 광원부; 광원부로부터 입력된 광 또는 탭 커플러로부터 입력된 광을 도파로 증폭기로 출력하고, 도파로 증폭기로부터 입력된 광을 증폭된 파장의 광과 증폭되지 않은 파장의 광으로 나누어 출력하는 WDM(wavelength division multiplexing) 커플러; WDM 커플러로부터 입력된 광을 도파로 상에서 제1 미러부에 반사시키고 증폭시켜 WDM 커플러로 출력하는 도파로 증폭기; WDM 커플러로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부에 반사시켜 WDM 커플러로 출력하는 탭 커플러; 탭 커플러와 제2 미러부 사이의 도파로 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행하는 포화 흡수체를 포함한다.
일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는, 광원부와 WDM 커플러 사이에 형성된 제1 도파로와, 도파로 증폭기 내에 형성된 제2 도파로와, WDM 커플러와 탭 커플러 사이에 형성된 제3 도파로와, 탭 커플러와 제2 미러부 사이에 형성된 제4 도파로와, 탭 커플러에서 소정 에너지 비율의 나머지 광을 출력하는 제5 도파로를 더 포함한다.
여기서, 제1 내지 제5 도파로는 PLC(planar lightwave circuit) 기법에 의한 평판형광 도파로일 수 있다.
도파로 증폭기의 제2 도파로는, 이득 물질(gain medium)로서 어븀(Er) 이온 첨가된 유리를 이온 교환을 통해 형성할 수 있다.
광원부는, 소정 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드와, 레이저 다이오드로부터 출력되는 광을 제1 도파로로 포커싱하기 위한 렌즈부를 구비할 수 있다.
또한, 포화 흡수체는, 결합 손실을 줄이기 위해서 도파로의 코어 위에 SW-CNT(single wall-carbon nano tube)를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는, 광원부; 광원부로부터 입력된 광을 도파로 증폭기로 출력하되, 탭 커플러 방향의 도파로 증폭기의 도파로로부터 입력된 광을 제1 미러부 방향의 도파로 증폭기의 도파로로 출력하고, 제1 미러부 방향의 도파로 증폭기의 도파로로부터 입력된 광을 탭 커플러 방향의 도파로 증폭기의 도파로로 출력하는 WDM 필터; WDM 필터에 의해 입력된 광을 탭 커플러 방향의 도파로와 제1 미러부 방향의 도파로 사이에서 증폭시켜 탭 커플러로 출력하는 도파로 증폭기; 도파로 증폭기로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부에 반사시켜 도파로 증폭기로 출력하는 탭 커플러; 탭 커플러와 제2 미러부 사이의 도파로 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행하는 포화 흡수체를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는, 광원부; 광원부로부터 입력된 광을 도파로 증폭기로 출력하되, 탭 커플러 방향의 도파로 증폭기의 도파로로부터 입력된 광을 제1 미러부 방향의 도파로 증폭기의 도파로로 출력하고, 제1 미러부 방향의 도파로 증폭기의 도파로로부터 입력된 광을 탭 커플러 방향의 도파로 증폭기의 도파로로 출력하는 WDM 필터; WDM 필터에 의해 입력된 광을 탭 커플러 방향의 도파로와 제1 미러부 방향의 도파로 사이에서 증폭시켜 탭 커플러로 출력하는 도파로 증폭기; 도파로 증폭기로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부에 반사시켜 도파로 증폭기로 출력하는 탭 커플러; 도파로 증폭기의 일부의 도파로 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행하는 포화 흡수체를 포함한다.
여기서, 도파로 증폭기의 도파로, 탭 커플러와 제2 미러부 사이의 도파로 및 탭 커플러로부터 소정 에너지 비율의 나머지 광을 출력하는 도파로는 PLC 기법에 의한 평판형 도파로일 수 있다.
본 발명은, 광섬유 대신에 평판형 광 도파로로 이루어진 펨토초 모드 잠금 레이저 구조를 갖도록 함으로써, 칩화 또는 소형화가 가능하여 대량 생산이 가능하고, 이로 인해 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 도파로를 이용하여 레이저 공진기 구조를 짧은 선형의 캐버티(linear cavity) 구조를 갖도록 제작 가능하기 때문에 광의 반사 반복률도 매우 커지게 할 수 있다.
또한, 광섬유 대신 평판형의 광도파로를 이용함으로써, 외부 환경 변화에 대해 상대적으로 영향을 덜 받을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스를 나타낸 구성도이다.
도 2(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스를 나타낸 구성도이고, 도 2(b)는 SiOB에 광원부가 실장되는 것을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저디바이스를 나타낸 구성도이다.
도 4은 포화 흡수체가 적용된 레이저 출력에 따른 측정 결과로서, 도 4(a)는 파장에 대한 광세기를 나타내는 도이고, 도 4(b)는 시간에 대한 광세기를 나타내는 도이다.
도 5은 실리콘 광학 벤치의 구조로서, 도 5(a)는 볼렌즈를 실장하기 위한 홈이 형성된 이미지이고, 도 5(b)는 평면 광파 회로(PLC: planar lightwave circuit)를 실장하기 위한 홈이 형성된 이미지이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스를 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는, 크게 광원부(10)가 구비되는 실리콘 광학 벤치(SiOB: silicon optical bench) 영역과, 도파로 증폭기(30)가 구비되는 능동 영역(active area)과, WDM 커플러(20)와 탭 커플러(40)와 포화 흡수체(50)를 포함하는 수동 영역(passive area)으로 구분될 수 있다.
먼저, 광원부(10)는 소정 파장의 펌핑 광을 발진시키기 위한 수단이다.
WDM(wavelength division multiplexing) 커플러(20)는, 광원부(10)로부터 입력된 광 또는 탭 커플러(40)로부터 입력된 광을 도파로 증폭기(30)로 출력하고, 도파로 증폭기(30)로부터 입력된 광을 증폭된 파장의 광과 증폭되지 않은 파장의 광으로 나누어 출력한다. 예를 들어, 광원부(10)로부터 입력된 980nm의 펌핑 광이 입력되면, 도파로 증폭기(30)를 통해 1550nm의 광으로 증폭이 이루어진다. 이에 따라, 1550nm의 증폭된 광은 탭 커플러(40)로 출력하고, 그 외 증폭되지 않은 980nm의 광 등은 다른 도파로(21)로 나누어 출력할 수 있다.
도파로 증폭기(30)는 WDM 커플러(20)로부터 입력된 광을 도파로(33) 상에서 제1 미러부(60)에 반사시키고 증폭시켜 WDM 커플러(20)로 다시 출력한다.
탭 커플러(tap coupler: 40)는 WDM 커플러(20)로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율(즉, 광의 세기 비율)로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부(65)에 반사시켜 WDM 커플러(20)로 출력한다. 예를 들면, 소정의 에너지 비율은 9:1로 설정되어, 9에 해당하는 에너지 비율의 광은 제2 미러부(65)로 출력하고, 나머지 1에 해당하는 에너지 비율의 광은 외부로 출력할 수 있다.
포화 흡수체(saturable absorber: 50)는 탭 커플러(40)와 제2 미러부(65) 사이의 도파로(41) 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행한다.
여기서, 본 발명에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는, 각각의 구성부 사이의 광로를 형성하기 위해 각각의 도파로를 구비할 수 있다. 구체적으로, 광원부(10)와 WDM 커플러(20) 사이에 형성되는 제1 도파로(21)와, 도파로 증폭기(30) 내에 형성되는 제2 도파로(33)와, WDM 커플러(20)와 탭 커플러(40) 사이에 형성되는 제3 도파로(23)와, 탭 커플러(40)와 제2 미러부(65) 사이에 형성되는 제4 도파로(41)와, 탭 커플러(40)에서 분할된 소정 에너지 비율의 나머지 광(즉, 제4 도파로(41)로 출력되는 광 외의 나머지 광)을 출력하는 제5 도파로(43)를 더 포함한다.
여기서, 제1 내지 제5 도파로(21, 23, 33, 41, 43)는 PLC(planar lightwave circuit) 기법에 의한 평판형 광 도파로일 수 있다.
또한, 제1 미러부(60)는 도파로 증폭기의 도파로 단부(즉, 제2 도파로(33)의 단부)에 반사성 물질(예로써, Au, Ag 등)을 코팅함으로써 형성될 수 있고, 마찬가지로, 제2 미러부(65)는 수동 영역의 도파로 단부(즉, 제4 도파로(41)의 단부)에 반사성 물질(예로써, Au, Ag 등)을 코팅함으로써 형성될 수 있다.
여기서, 도파로 증폭기(30)의 제2 도파로(33)는, 레이저의 이득 물질(gain medium)로서 어븀(Er) 이온 첨가된 유리를 이온 교환을 통해 형성될 수 있다. 이러한, 도파로 증폭기(30)는 EDWA(Er doped waveguide amplifier)라고도 한다.
또한, 광원부(10)는, 소정 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드(11)(예로써, 980nm 펌프 레이저 다이오드)와, 레이저 다이오드(11)로부터 출력되는 광을 제1 도파로(21)로 포커싱하기 위한 렌즈부(13)(볼 렌즈)를 구비할 수 있다. 레이저 다이오드(11)와 렌즈부(13)는 실리콘 광학 벤치(SiOB) 상에 탑재시켜 칩 타입으로 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저는, 광섬유 대신에 광 도파로로 이루어진 구조를 갖도록 함으로써, 광섬유에 기반한 레이저보다 길이 및 부피가 작고 평판형으로 제작이 가능하다. 또한, 레이저 공진기 구조를 짧은 선형의 캐버티(linear cavity) 구조를 갖도록 제작 가능하기 때문에 광의 반사 반복률도 매우 커지게 할 수 있다. 이로써, 용도에 따라 원하는 칩의 길이를 정확하게 제어하여 특정 반복률을 갖는 공진기 구조를 쉽게 설계할 수 있다.
이어서, 본 발명의 다른 실시예들로서, 도 2 및 도 3을 이용하여 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스의 구조를 설명하기로 한다. 도 2(a)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스를 나타낸 구성도이고, 도 2(b)는 실리콘 광학 벤치(SiOB)에 광원부가 실장되는 것을 설명하기 위한 구성도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저디바이스를 나타낸 구성도이다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는, 광원부(10)와, 광원부(10)로부터 입력된 광을 도파로 증폭기(30A)로 출력하되, 탭 커플러(40) 방향의 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-2)로부터 입력된 광을 제1 미러부(60) 방향의 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-1)로 출력하고, 제1 미러부(60) 방향의 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-1)로부터 반사되어 입력된 광을 탭 커플러(40) 방향의 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-2)로 출력하는 WDM 필터(20A)와, WDM 필터(20A)에 의해 입력된 광을 탭 커플러(40) 방향의 도파로(33-2)와 제1 미러부(60) 방향의 도파로(33-1) 사이에서 증폭시켜 탭 커플러(40)로 출력하는 도파로 증폭기(30A)와, 도파로 증폭기(30A)로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부(65)에 반사시켜 도파로 증폭기(30A)로 출력하는 탭 커플러(40)와, 탭 커플러(40)와 제2 미러부(65) 사이의 도파로(41) 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행하는 포화 흡수체(50)를 포함하여 구현될 수 있다. 즉, 도 2(a)의 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는 WDM 필터를 사용한 평판형 펨토초 모드 잠금 레이저이다.
여기서, WDM(wavelength division multiplexing) 필터(20A)는 박막형 필터로서 도파로 증폭기(30A)의 단면에 접착제 등을 이용하여 고정하는 형태로 제작할 수 있다. 이로써, 도 1에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스 보다 전체 길이를 줄일 수 있는 장점이 있다.
광원부(10)는 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 소정 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드(11)(예로써, 980nm 펌프 레이저 다이오드)와, 레이저 다이오드(11)로부터 출력되는 광을 도파로에 포커싱하기 위한 렌즈부(13)(볼 렌즈)를 구비할 수 있다. 이러한, 레이저 다이오드(11)와 렌즈부(13)는 실리콘 광학 벤치(SiOB) 상에 형성된 홈에 탑재시켜 칩 타입으로 구현할 수 있다. 또한, 간략 도시하였으나, 실리콘 광학 벤치(SiOB)에는 레이저 다이오드(11)를 구동 제어하기 위한 PLC(planar lightwave circuit) 칩이 함께 실장될 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는, 광원부(10)와, 광원부(10)로부터 제1 면을 통하여 입력된 광을 도파로 증폭기(30A)로 출력하되, 탭 커플러(40) 방향의 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-2)로부터 제2 면으로 입력된 광을 제1 미러부(60) 방향의 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-1)로 반사시키고, 제1 미러부(60) 방향의 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-1)로부터 반사되어 제2 면으로 입력된 광을 탭 커플러(40) 방향의 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-2)로 반사시키는 WDM 필터(20A)와, WDM 필터(20A)의 제1 면을 통해 입력된 광을 탭 커플러(40) 방향의 도파로(33-2)와 제1 미러부(60) 방향의 도파로(33-1) 사이에서 증폭시켜 탭 커플러(40)로 출력하는 도파로 증폭기(30A)와, 도파로 증폭기(30A)로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부(65)에 반사시켜 도파로 증폭기(30A)로 출력하는 탭 커플러(40)와, 도파로 증폭기(30A)의 일부의 도파로(33-2) 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행하는 포화 흡수체(50)를 포함하여 구현될 수도 있다.
이때, 제1 미러부(60)는 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-1) 단부에 반사성 물질(예로써, Au, Ag)을 코팅함으로써 형성할 수 있고, 마찬가지로, 제2 미러부(65)는 탭 커플러(40)와 연결된 도파로(41)의 단부에 반사성 물질(예로서, Au, Ag)을 코팅함으로써 형성할 수 있다.
도 3에서의 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스는 도파로 증폭기(즉, EDWA)와 포화 흡수체가 한 칩에 집적된 도파로 타입의 펨토초 모드 잠금 레이저이다. 다시 말해 도파로 증폭기 상에 포화 흡수체를 집적하는 방식이므로 칩의 크기를 보다 작게 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 도파로 증폭기(30A)의 도파로(33-1, 33-2), 탭 커플러(40)와 제2 미러부(65) 사이의 도파로(41) 및 탭 커플러(40)로부터 소정 에너지 비율의 나머지 광을 출력하는 도파로(43)는 PLC 기법에 의해 평판형 도파로로 구현될 수 있다.
한편, 포화 흡수체(50)는, 결합 손실을 줄이기 위해서 도파로의 코어 상에 SW-CNT(single wall-carbon nano tube)를 형성한다. 이는, 카본이 1500nm 대역에서 광의 흡수가 일어나는데, 도파로 코어 상부를 노출시킨 후 SW-CNT(또는 그래핀)을 증착하면 용이하게 포화 흡수체를 만들 수 있을 뿐 아니라, 사용 대역 파장이 1000nm~1600nm 정도로 넓기 때문이다.
평판형 도파로에서 모드 잠금 기능을 하기 위해서는 무엇보다도 도파로 타입의 포화 흡수체를 만드는 것이 중요한 요소이다. 이에 따라, 도파로 타입의 포화 흡수체는 다음과 같은 공정을 통해 제작될 수 있다. 우선, 1) 기판(예로써, SiO2 웨이퍼) 상에 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 기법을 이용하여 코어(core)를 증착(deposition)한다. 이어서, 2) 마스크 층(mask layer)으로서 크롬(Cr) 2000A 정도를 마그네트론 스퍼터(magnetron sputter) 장비를 이용하여 증착한다. 이어서, 3) 포토레지스트(photo resist)를 스핀 코터(spin coator)장비를 이용하여 코팅한다. 이어서, 마스크 얼라이너(mask aligner)를 사용하여 포토 공정을 수행한다. 구체적으로, 4) 포토리소그래피(photolithography) 기법을 이용하여 패터닝하고, 5) 크롬(Cr) 부식액을 이용하여 에칭하고, 6) PR 스트리퍼(stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하고, 7) ICP(inductively coupled plasma) 장비를 이용해서 도파로를 채널 형태로 식각(즉, 코어 에칭)하고, 8) 크롬(Cr) 부식액을 이용하여 나머지 크롬을 에칭한다. 이어서, 9) FHD(flame hydrolysis deposition: 화염 가수분해 증착) 장비를 이용해서 클래딩 층으로서 유리나 세라믹스를 22 ~ 25um 정도 증착하여 열처리한다. 이어서, 포화 흡수체의 양 단에서 다른 구성과 본딩 결합되는데 결합 손실(coupling loss)을 줄이기 위해 10) 양쪽 클래드 층은 그대로 두고 ICP 장비를 이용하여 가운데의 클래칭 층을 에칭한다. 이어서, 11) 다이싱 소(dicing saw)를 이용하여 설계에 따라 칩을 다이싱하고, 12) 코어 상에 스핀 코터 장비를 이용하여 SW-CNT(single wall-carbon nano tube)를 PMMA(poly methyl methacrylate)용액과 함께 스핀 코딩하여 제작할 수 있다.
이렇게 제작된 포화 흡수체의 특성을 평가하기 위해서, 측정 셋업을 구성하여 포화 흡수체의 특성을 측정할 수 있다. 여기서, 광원부는 980 nm의 펌핑 광을 발진시키고, 탭 커플러에서는 1:9의 비율로 출력 연결을 사용하였다. 또한, 전체 공진기 길이는 5m로 본질적인 반복율은 41MHz이고, 전체 공진기 분산값은 -0.09ps2의 음분산 값을 갖도록 하였다.
이에 따라, 포화 흡수체를 이용한 펨토초 레이저의 측정 결과로서, 도 4(b)에서와 같이, 광에 대해 위상을 일정하게 고정시켜 펄스를 발생시키는 모드 잠금(mode locking: 모드 동기)이 이루어졌음을 확인할 수 있다.
이어서, 일례로 표 1을 이용하여 실리콘 광학 벤치(SiOB) 상에 광원부(10) 등의 요소를 실장할 수 있도록 홈을 형성하는 방법을 설명한다. SiOB의 경우 Si deep RiE(reactive ion etching) 장비를 이용하여 표 1에서와 같은 공정 조건(프로세스 1, 프로세스 2)으로 각각 에칭하여, 도 5에서와 같이 볼 렌즈를 실장하기 위한 홈(H1)과 PLC 칩을 실장하기 위한 홈(H2)을 형성할 수 있다.
에칭 조건 프로세스 1 프로세스 2
ICP 파워 2000W 2000W
바이어스 파워 70W 70W
C4F8 50sccm -
SF6 - 100sccm
압력 7mTorr 30mTorr
온도 5℃ 5℃
시간 5초 5초
도 5은 실리콘 광학 벤치의 구조로서, 도 5(a)는 볼렌즈를 실장하기 위한 홈이 형성된 이미지이고, 도 5(b)는 평면 광파 회로(PLC: planar lightwave circuit)를 실장하기 위한 홈이 형성된 이미지이다.
또한, 본딩 실장하는 방법으로는 SiOB 상에 형성된 홈에 다이 본딩 장비를 이용하여 레이저 다이오드, 볼 렌즈, PLC 칩을 인듐 솔더와 접착제로 고정하였다. 이렇게 제작된 SiOB와 PLC 칩은 레이저 다이오드에 전극을 프로브(probe)하고 전류를 인가하여 레이저 다이오드에 광 신호가 나오게 한 후, 포토다이오드(PD)를 이용하여 출력단에서 광의 세기를 측정함으로써 광이 가장 세게 나오는 위치에 정렬시키는 능동 정렬 방법을 이용하여 각 구성을 본딩할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명에 의하면, 광섬유 대신에 평판형 광 도파로로 이루어진 펨토초 모드 잠금 레이저 구조를 갖도록 제작함으로써, 칩화 또는 소형화가 가능하여 대량 생산이 가능하고, 이로 인해 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다. 또한, 광섬유 대신 평판형의 광도파로를 이용함으로써, 외부 환경 변화에 대해 상대적으로 영향을 덜 받을 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10: 광원부 11: 레이저 다이오드
13: 렌즈부 20: WDM 커플러
20A: WDM 필터
30, 30A: 도파로 증폭기 40: 탭 커플러
50: 포화 흡수체(SA) 60: 제1 미러부
65: 제2 미러부
21, 23, 33, 33-1, 33-2, 41, 43 : 도파로

Claims (9)

  1. 광원부;
    상기 광원부로부터 입력된 광 또는 탭 커플러로부터 입력된 광을 도파로 증폭기로 출력하고, 상기 도파로 증폭기로부터 입력된 광을 증폭된 파장의 광과 증폭되지 않은 파장의 광으로 나누어 출력하는 WDM(wavelength division multiplexing) 커플러;
    상기 WDM 커플러로부터 입력된 광을 도파로 상에서 제1 미러부에 반사시키고 증폭시켜 WDM 커플러로 출력하는 도파로 증폭기;
    상기 WDM 커플러로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부에 반사시켜 WDM 커플러로 출력하는 탭 커플러;
    탭 커플러와 제2 미러부 사이의 도파로 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행하는 포화 흡수체
    를 포함하는 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 WDM 커플러 사이에 형성된 제1 도파로;
    상기 도파로 증폭기 내에 형성된 제2 도파로;
    상기 WDM 커플러와 탭 커플러 사이에 형성된 제3 도파로;
    상기 탭 커플러와 제2 미러부 사이에 형성된 제4 도파로;
    상기 탭 커플러에서 상기 소정 에너지 비율의 나머지 광을 출력하는 제5 도파로를 더 포함하는 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 내지 제5 도파로는 PLC(planar lightwave circuit) 기법에 의한 평판형 광 도파로인 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 도파로 증폭기의 제2 도파로는 이득 물질(gain medium)로서 어븀(Er) 이온 첨가된 유리를 이온 교환을 통해 형성하는 것인 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 광원부는,
    소정 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드와,
    상기 레이저 다이오드로부터 출력되는 광을 제1 도파로로 포커싱하기 위한 렌즈부를 구비하는 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 포화 흡수체는, 결합 손실을 줄이기 위해서 도파로의 코어 위에 SW-CNT(single wall-carbon nano tube)를 형성한 것인 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스.
  7. 광원부;
    상기 광원부로부터 입력된 광을 도파로 증폭기로 출력하되, 탭 커플러 방향의 도파로 증폭기의 도파로로부터 입력된 광을 제1 미러부 방향의 도파로 증폭기의 도파로로 출력하고, 제1 미러부 방향의 도파로 증폭기의 도파로로부터 입력된 광을 탭 커플러 방향의 도파로 증폭기의 도파로로 출력하는 WDM 필터;
    상기 WDM 필터에 의해 입력된 광을 탭 커플러 방향의 도파로와 제1 미러부 방향의 도파로 사이에서 증폭시켜 탭 커플러로 출력하는 도파로 증폭기;
    상기 도파로 증폭기로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부에 반사시켜 도파로 증폭기로 출력하는 탭 커플러;
    탭 커플러와 제2 미러부 사이의 도파로 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행하는 포화 흡수체
    를 포함하는 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스.
  8. 광원부;
    상기 광원부로부터 입력된 광을 도파로 증폭기로 출력하되, 탭 커플러 방향의 도파로 증폭기의 도파로로부터 입력된 광을 제1 미러부 방향의 도파로 증폭기의 도파로로 출력하고, 제1 미러부 방향의 도파로 증폭기의 도파로로부터 입력된 광을 탭 커플러 방향의 도파로 증폭기의 도파로로 출력하는 WDM 필터;
    상기 WDM 필터에 의해 입력된 광을 탭 커플러 방향의 도파로와 제1 미러부 방향의 도파로 사이에서 증폭시켜 탭 커플러로 출력하는 도파로 증폭기;
    상기 도파로 증폭기로부터 증폭된 파장의 광을 입력받아 광을 소정의 에너지 비율로 분할하여 출력하되, 분할된 소정 에너지 비율의 일부 광을 제2 미러부에 반사시켜 도파로 증폭기로 출력하는 탭 커플러;
    상기 도파로 증폭기의 일부의 도파로 상에 설치되어 모드 잠금(mode locking) 기능을 수행하는 포화 흡수체
    를 포함하는 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 도파로 증폭기의 도파로, 탭 커플러와 제2 미러부 사이의 도파로 및 탭 커플러로부터 상기 소정 에너지 비율의 나머지 광을 출력하는 도파로는 PLC 기법에 의한 평판형 도파로인 펨토초 모드 잠금 레이저 디바이스.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120138182A (ko) * 2011-06-14 2012-12-24 한국과학기술원 포화광 흡수체 거울과 광학 필터를 이용한 극초단 광섬유 레이저 공진기
KR20140077729A (ko) * 2012-12-14 2014-06-24 한국전자통신연구원 전계 흡수 변조기를 이용한 파장가변 외부공진 레이저
KR101550048B1 (ko) * 2013-12-31 2015-09-04 아주대학교산학협력단 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Ｑ-스위칭된 Ｙｂ:ＫＹＷ 평면 도파로 레이저 장치 및 그 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120138182A (ko) * 2011-06-14 2012-12-24 한국과학기술원 포화광 흡수체 거울과 광학 필터를 이용한 극초단 광섬유 레이저 공진기
KR20140077729A (ko) * 2012-12-14 2014-06-24 한국전자통신연구원 전계 흡수 변조기를 이용한 파장가변 외부공진 레이저
KR101550048B1 (ko) * 2013-12-31 2015-09-04 아주대학교산학협력단 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Ｑ-스위칭된 Ｙｂ:ＫＹＷ 평면 도파로 레이저 장치 및 그 제조 방법

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