KR20170135541A - A long-term stable all-polarization-maintaining fiber laser oscillator based on saturable absorber - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a laser resonator for generating an optical fiber femtosecond laser pulse, and more particularly, to a saturable absorber-based all polarization maintaining optical fiber laser resonator with long-term stability having all paths formed of polarization maintaining optical fibers stable to an environment. The laser resonator comprises a mirror, a reflective saturable absorber, a gain medium, an optical fiber buffer, and a polarization axis blocking element.

Description

장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기{A long-term stable all-polarization-maintaining fiber laser oscillator based on saturable absorber}[0001] The present invention relates to a long-term stable all-polarization-maintaining fiber laser oscillator based on a saturable absorber,

본 발명은 광섬유 펨토초 레이저 펄스 생성을 위한 레이저 공진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모든 경로가 환경에 안정적인 편광 유지 광섬유로 이루어져 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기에 관한 것이다. The present invention relates to a laser resonator for generating femtosecond laser pulses of an optical fiber, and more particularly, to a saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator having a long-term stability because all paths are made of a polarization maintaining optical fiber stable in the environment.

광섬유 펨토초 레이저는 어븀이나 이터븀, 튤륨과 같은 희토류(rare-earth) 원소를 함유한 광섬유를 이득 매질로 사용하는 레이저를 의미한다. 어븀 첨가 광섬유의 경우 980 nm, 1480 nm 파장 영역을 흡수 대역으로 하여, 1550 nm 방출 파장을 중심으로 수십 nm의 방출대역을 가지며, 이터븀 첨가 광섬유의 경우 915 nm, 980 nm 파장을 흡수 대역으로 하여 1030 nm 파장을 중심으로 수십 nm의 방출대역을 가진다. 이처럼 넓은 방출 대역의 이득매질을 갖는 레이저는 동시에 여러 개의 종 모드들이 발진될 수 있으며, 모드 잠금 기법을 통해 여러 개의 모드들이 동일한 위상을 가지게 되면 시간영역에서 매우 짧은 극초단 펄스의 형태를 띠고 발진하게 된다. Fiber optic femtosecond laser means a laser using an optical fiber containing a rare-earth element such as erbium, ytterbium, or tulium as a gain medium. The erbium-doped fiber has absorption bands of 980 nm and 1480 nm as absorption bands and has emission bands of several tens of nm around the emission wavelength of 1550 nm. In the case of ytterbium-doped optical fibers, the absorption bands of 915 nm and 980 nm are used as absorption bands And has a emission band of several tens of nm around a wavelength of 1030 nm. A laser having a gain medium having a wide emission band can oscillate several longitudinal modes at the same time, and if several modes have the same phase through a mode locking technique, the laser oscillates in the form of a very short, do.

광섬유 펨토초 레이저의 모드 잠금 기법은 크게 능동형 모드 잠금 방식과 수동형 모드 잠금 방식으로 구분된다. 능동형 모드 잠금 방식은 공진기 내부에 음향 광학 소자(Acousto-optic Modulator, AOM)와 전기 광학 소자(Electro-Optic Modulator, EOM)와 같은 능동 소자를 포함시켜, 모드 간격에 해당하는 주파수로 레이저 광을 변조하는 방식으로, 레이저 모드들은 이 변조 주파수와 위상 동기되어 잠금 된다. 이에 반해 수동형 모드 잠금 방식은 수동 소자의 비선형성을 이용하여 모드 잠금을 수행하는 방식으로, 주로 비선형 편광 회전(nonlinear polarization rotation), 비선형 증폭 루프 거울(nonlinear amplifying loop mirror), 포화흡수체(saturable absorber)를 이용하게 된다. 수동형 모드 잠금 방식은 능동형 모드 잠금보다 짧은 펄스를 얻을 수 있으며 능동형 모드 잠금 공진기 내부 능동 소자의 대역폭에 제한되지 않는다는 장점이 있다.The mode locking method of optical fiber femtosecond laser is divided into active mode locking mode and passive mode locking mode. The active mode locking method includes an active element such as an acousto-optic modulator (AOM) and an electro-optic modulator (EOM) in the resonator to modulate the laser light at a frequency corresponding to the mode interval , The laser modes are locked in phase with this modulation frequency. On the other hand, the passive mode locking method is a method of performing a mode locking using the nonlinearity of the passive element. The nonlinear polarization rotation, the nonlinear amplifying loop mirror, the saturable absorber, . The passive mode locking scheme provides a shorter pulse than the active mode locking and is not limited by the bandwidth of the active mode locking resonator internal active device.

광섬유 펨토초 레이저의 공진기 형태는 크게 페브리-페로형과 링형, 8자형으로 나눌 수 있다. 페브리-페로형은 공진기 내부에서 양방향으로 펄스가 진행하는 구조로서, 비교적 단순한 형태로 제작이 쉬우며 고 반복률로 구현하기에 용이하다. 링형은 공진기 내부에서 단일 방향으로 펄스가 진행하는 구조로서, 단방향 공진 특성에 의해 후방 산란(Backscatter) 공진이 억제되므로 자가 발진에 용이하다. 8자형은 시계 방향과 반시계 방향으로 공진하는 두 펄스가 간섭하는 구조로서, 비선형 특성을 이용하여 좁은 펄스폭을 얻을 수 있지만 구조적인 문제로 반복률이 다소 낮게 구현된다는 단점이 있다. 레이저 공진기 형태에 따라 적용 가능한 수동형 모드 잠금 기법이 서로 다르며, 일반적으로 페브리-페로형 공진기에서는 수동형 모드 잠금 기법으로 포화흡수체(특히, 포화흡수체 거울)를 이용한다. 한편, 링형 공진기에서는 주로 비선형 편광 회전 현상이나 투과형 포화흡수체를 이용하며, 8자형 공진기에서는 비선형 증폭 루프 거울 방식으로 수동형 모드 잠금이 이루어진다.  The resonator type of fiber femtosecond laser can be roughly divided into a Fabry - Perot type, a ring type, and an 8 - type. The Fabry-Perot type is a structure in which pulses propagate in both directions in the resonator. It is easy to manufacture in a relatively simple form and is easy to implement with a high repetition rate. The ring type is a structure in which a pulse propagates in a single direction within a resonator, and backscatter resonance is suppressed by the unidirectional resonance characteristic, so that it is easy to self-oscillate. The 8-shape is a structure in which two pulses resonating in the clockwise direction and the counterclockwise direction interfere with each other. Although the narrow pulse width can be obtained by using the nonlinear characteristic, the repetition rate is somewhat lowered due to the structural problem. The passive mode locking method applicable to the type of the laser resonator is different. Generally, the Febrary-type resonator uses a saturated absorber (in particular, a saturated absorber mirror) as a passive mode locking technique. On the other hand, in the ring resonator, a nonlinear polarization rotation phenomenon or a transmission type saturable absorber is used. In the 8-type resonator, a passive mode lock is performed by a nonlinear amplification loop mirror method.

수동형 모드 잠금 기법 중에서 특히 포화흡수체를 이용한 모드 잠금은 다른 모드 잠금 방식에 비해 다양한 형태의 공진기에서 쉽게 펄스 생성이 가능하고, 높은 반복률의 펨토초 레이저 형성이 가능하다는 장점이 있다. 포화흡수체 종류로는 반도체 포화흡수체(semiconductor saturable absorber), 탄소 나노튜브(carbon nanotubes), 그래핀(graphene) 기반의 포화흡수체가 사용되고 있다. Among the passive mode locking schemes, the mode lock using a saturated absorber is advantageous in that pulse generation can be easily performed in various types of resonators as compared with other mode locking schemes, and femtosecond laser formation with a high repetition rate is possible. Semiconductor saturable absorbers, carbon nanotubes, and graphene-based saturated absorbers are used as the type of saturable absorbers.

하지만, 포화흡수체는 낮은 수준의 흡수체 손상 한계점(absorber damage threshold)을 가지고 있어서 한정된 수명이 존재한다는 단점을 가지고 있다. 특히, 포화흡수체 기반의 GHz 대역을 갖는 고 반복률의 전 광섬유 레이저의 경우 공진기 구성 방법에 따라 단기간의 발진에도 레이저 파워의 심각한 손실이 발생할 수 있다. 보다 상세하게는, 레이저가 발진하는 데 있어서 포화흡수체에 전달되는 레이저 펄스 광량과 펌핑 레이저의 광량이 레이저 내부의 포화흡수체에 영구적으로 열적 손상을 입히게 된다. 또한, GHz 대역보다 다소 낮은 수십-수백 MHz 대역의 반복률의 레이저의 경우에도 펄스 에너지가 상대적으로 높기 때문에 포화흡수체의 손상이 우려되고 있다. However, the saturated absorber has a low level of absorber damage threshold, which has the disadvantage that there is a limited lifetime. Particularly, in case of a high repetition rate all fiber laser having a GHz band based on a saturated absorber, a serious loss of laser power may occur even in a short period of oscillation according to a resonator construction method. More specifically, in the oscillation of the laser, the amount of laser pulses transmitted to the saturated absorber and the amount of light of the pumping laser are permanently thermally damaged by the saturated absorber inside the laser. In addition, even in the case of a laser having a repetition rate of several tens to several hundred MHz, which is somewhat lower than the GHz band, the pulse energy is relatively high, and thus the damage of the saturated absorber is a concern.

한국공개특허 제10-2014-0049994호Korean Patent Publication No. 10-2014-0049994

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 포화흡수체의 손상으로 인한 편광 유지 광섬유 레이저의 광학적 특성 저하를 해결하기 위하여 레이저 공진기 내부의 이득 매질과 포화흡수체 사이에 이득 매질에서 흡수되지 않은 펌핑 파워 에너지와 이로 인해 발생되는 열을 완화시킬 수 있는 광섬유 완충제를 구비하고, 포화흡수체의 열 발산 설계를 통해 포화흡수체의 손상 없이 장기간 안정적인 안정성을 확보한 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기를 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide a method of compensating for the deterioration of optical characteristics of a polarization maintaining optical fiber laser due to damage of a saturated absorber, A saturable absorber having an optical fiber buffer capable of absorbing the pumping power energy not absorbed in the medium and the heat generated thereby and having a long-term stable stability without damaging the saturated absorber through the heat dissipation design of the saturated absorber, Polarization-maintaining optical fiber laser resonator.

또한, 내부 광섬유 소자로 하나의 편광축을 차단함으로써 단일의 선형 편광의 펄스를 생성하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기를 제공함에 있다. It is also an object of the present invention to provide a saturated absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator having long-term stability, which generates a single linearly polarized pulse by blocking one polarization axis with an internal optical fiber element.

본 발명의 일실시 예에 따른 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는, 페브리-페로 형태의 광섬유 레이저 공진기에 있어서, 상기 공진기의 일단에 구비되는 미러; 상기 공진기의 타단에 구비되며, 레이저의 모드 잠금을 위한 반사형 포화흡수체; 상기 공진기로 입력된 펌핑 광을 흡수하도록, 상기 미러와 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 이득 매질; 상기 이득 매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 광섬유 완충제; 상기 공진기가 선형 편광의 출력을 생성하도록 공진기 내부 광의 두 개의 직교하는 편광축 중 어느 하나를 감쇠시키는 기능이 있는 편광축 차단 소자; 를 포함한다.A saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator having a long-term stability according to an embodiment of the present invention is a Fabry-Perot type optical fiber laser resonator, comprising: a mirror provided at one end of the resonator; A reflective saturable absorber provided at the other end of the resonator for mode locking of the laser; A gain medium disposed between the mirror and the saturable absorber to absorb pumping light input to the resonator; An optical fiber buffer disposed between the gain medium and the saturable absorber such that the gain medium is not in direct contact with the saturated absorber; A polarization axis blocking element having a function of attenuating any one of two orthogonal polarization axes of the resonator internal light so that the resonator produces an output of linear polarization; .

또한, 상기 공진기는, 상기 공진기를 구성하는 모든 광섬유가 편광 유지 광섬유로 이루어진다.In the resonator, all of the optical fibers constituting the resonator are made of a polarization maintaining optical fiber.

또한, 상기 공진기는, 상기 포화흡수체의 냉각을 위해 상기 포화흡수체 상에 구비되는 방열기; 를 더 포함한다.The resonator may further include: a radiator provided on the saturated absorber for cooling the saturated absorber; .

또한, 상기 미러는, 상기 광섬유의 일단부에 금속(metal) 박막을 증착한 미러 또는, 상기 광섬유의 일단부에 유전체(dielectric) 다층막을 증착한 미러인 것을 특징으로 한다.The mirror may be a mirror in which a metal thin film is deposited on one end of the optical fiber or a mirror in which a dielectric multilayer film is deposited on one end of the optical fiber.

또한, 상기 반사형 포화흡수체는, 반도체 포화흡수체(Semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 기반 포화흡수체, 그래핀(Graphene) 기반 포화흡수체 중 선택된 어느 하나이다. The reflective saturable absorber is any one selected from a semiconductor saturable absorber, a carbon nanotube-based saturable absorber, and a graphene-based saturable absorber.

또한, 상기 이득 매질은, 어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm) 중 선택된 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인 것을 특징으로 한다.Also, the gain medium is an optical fiber to which any one rare earth element selected from erbium (Er), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and tulium (Tm) is added.

또한, 상기 광섬유 완충제는, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 위치하는 5 mm 이상의 광섬유로 이루어진다.In addition, the optical fiber buffer is made of an optical fiber of 5 mm or more located between the gain medium and the saturated absorption body.

또한, 상기 공진기는, 펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드; 상기 미러와 상기 포화흡수체 사이에 구비되며, 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 및 상기 공진기 내부 광량의 일부를 외부로 출력하기 위한 광 커플러; 를 포함하고, 상기 미러는, 상기 이득 매질에서 방출되는 광과 상기 이득매질로 흡수되는 펌핑 광을 모두 60% 이상 반사하는 거울인 것을 특징으로 한다.The resonator may further include: a pumping laser diode for outputting pumping light; A wavelength division multiplexer provided between the mirror and the saturable absorber for supplying light output from the pumping laser diode into the resonator; And an optical coupler for outputting a part of the light amount inside the resonator to the outside; And the mirror is a mirror that reflects at least 60% of the light emitted from the gain medium and the pumping light absorbed by the gain medium.

또한, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기 및 상기 광 커플러 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.The polarization axis shielding element may be any one of the wavelength division multiplexer and the optical coupler.

또한, 상기 공진기는, 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결 또는 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 미러를 연결하는 서큘레이터; 를 더 포함한다.The resonator may include: a circulator connecting the optical fiber inside the resonator and the saturable absorber or connecting the optical fiber inside the resonator to the mirror; .

이 경우 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In this case, the polarization axis shielding element may be any one of the wavelength division multiplexer, the optical coupler, and the circulator.

또한, 상기 공진기는, 상기 공진기의 외부에 구비되며, 펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드; 및 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 를 포함하고, 상기 미러는, 상기 이득 매질에서 방출되는 광은 60% 이상 반사하고, 상기 이득 매질로 흡수되는 펌핑 광은 50% 이상 투과하는 유전체 반사 거울인 것을 특징으로 한다.The resonator may include: a pumping laser diode provided outside the resonator and outputting pumping light; And a wavelength division multiplexer for supplying light output from the pumping laser diode into the resonator; Wherein the mirror is a dielectric reflection mirror that reflects at least 60% of the light emitted from the gain medium and transmits at least 50% of the pumping light absorbed by the gain medium.

이 경우, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기인 것을 특징으로 한다.In this case, the polarization axis shielding element is the wavelength division multiplexer.

또한, 상기 공진기는, 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결 또는 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 미러를 연결하는 서큘레이터; 를 더 포함한다. The resonator may include: a circulator connecting the optical fiber inside the resonator and the saturable absorber or connecting the optical fiber inside the resonator to the mirror; .

이 경우, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In this case, the polarization axis shielding element may be any one of the wavelength division multiplexer and the circulator.

본 발명의 다른 실시 예의 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는, 폐루프를 이루는 링 형태의 광섬유 레이저 공진기에 있어서, 레이저의 모드 잠금을 위한 포화흡수체; 상기 공진기로 입력된 펌핑 광을 흡수하여 소정의 파장의 빛을 방출하는 이득 매질; 상기 이득 매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 광섬유 완충제; 및 상기 공진기가 선형 편광의 출력을 생성하도록 공진기 내부 광의 두 개의 직교하는 편광축 중 어느 하나를 감쇠시키는 기능을 갖는 편광축 차단 소자; 를 포함한다.A saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator having a long-term stability according to another embodiment of the present invention is a ring-shaped optical fiber laser resonator in the form of a closed loop, comprising: a saturable absorber for mode locking of a laser; A gain medium that absorbs pumping light input to the resonator and emits light of a predetermined wavelength; An optical fiber buffer disposed between the gain medium and the saturable absorber such that the gain medium is not in direct contact with the saturated absorber; And a polarization axis blocking element having a function of attenuating either of two orthogonal polarization axes of resonator internal light so that the resonator produces an output of linear polarization; .

또한, 상기 공진기는, 상기 공진기를 구성하는 모든 광섬유가 편광 유지 광섬유로 이루어진다.In the resonator, all of the optical fibers constituting the resonator are made of a polarization maintaining optical fiber.

또한, 상기 공진기는, 상기 포화흡수체의 냉각을 위해 상기 포화흡수체 상에 구비되는 방열기; 를 더 포함한다.The resonator may further include: a radiator provided on the saturated absorber for cooling the saturated absorber; .

또한, 상기 포화흡수체는, 반도체 포화흡수체(Semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 기반 포화흡수체, 그래핀(Graphene) 기반 포화흡수체 중 선택된 어느 하나이다.Further, the saturated absorber is any one selected from a semiconductor saturable absorber, a carbon nanotube-based saturable absorber, and a graphene-based saturable absorber.

또한, 상기 이득 매질은, 어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm) 중 선택된 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인 것을 특징으로 한다.Also, the gain medium is an optical fiber to which any one rare earth element selected from erbium (Er), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and tulium (Tm) is added.

또한, 상기 광섬유 완충제는, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 위치하는 5 mm 이상의 광섬유로 이루어진다.In addition, the optical fiber buffer is made of an optical fiber of 5 mm or more located between the gain medium and the saturated absorption body.

또한, 상기 공진기는, 펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드; 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 상기 공진기 내부 광량의 일부를 외부로 출력하기 위한 광 커플러; 및 상기 공진기 내에서 생성된 펄스를 단방향으로 진행시키는 아이솔레이터; 를 포함한다.The resonator may further include: a pumping laser diode for outputting pumping light; A wavelength division multiplexer for supplying light output from the pumping laser diode into the resonator; An optical coupler for outputting a part of the light amount inside the resonator to the outside; And an isolator for unidirectionally propagating pulses generated in the resonator; .

이 경우, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러 및 상기 아이솔레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In this case, the polarization axis shielding element may be any one of the wavelength division multiplexer, the optical coupler, and the isolator.

또한, 상기 공진기는, 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결하는 서큘레이터; 를 더 포함한다.The resonator may include: a circulator connecting the optical fiber inside the resonator and the saturable absorber; .

이 경우, 상기 편광축 차단 소자는, 상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러, 상기 아이솔레이터 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In this case, the polarization axis shielding element is any one of the wavelength division multiplexer, the optical coupler, the isolator, and the circulator.

또한, 상기 공진기는, 상기 공진기의 후단에 광섬유를 이용하여 연결된 증폭기; 를 더 포함하며, 상기 증폭기는, 희토류 원소가 첨가된 광섬유로 이루어진 이득 매질; 펌핑 광을 출력하는 하나 이상의 펌핑 레이저 다이오드; 및 상기 이득 매질의 양단 중 어느 한단 또는 양단 모두에 구비되어 이득 매질을 단방향이나 양방향으로 펌핑하도록 상기 하나 이상의 펌핑 레이저 다이오드를 상기 이득매질에 연결하는, 하나 이상의 파장 분할 다중화기; 를 포함한다.The resonator may further include: an amplifier connected to the rear end of the resonator using an optical fiber; Wherein the amplifier comprises: a gain medium comprising an optical fiber doped with a rare earth element; One or more pumping laser diodes outputting pumping light; And one or more wavelength division multiplexers provided at either or both ends of the gain medium to couple the at least one pumping laser diode to the gain medium to pump the gain medium in a unidirectional or bidirectional manner; .

아울러, 상기 공진기는, 펄스에 처프를 가하여 펄스의 시간폭 퍼짐을 유발한 후 증폭기에 공급하도록, 상기 공진기와 증폭기 사이에 구비되는, 분산 보상 광섬유; 상기 증폭기를 통해 증폭된 펄스의 시간폭을 좁게 압축하도록 상기 증폭기의 후단에 구비되는 편광 유지 광섬유; 및 상기 압축된 펄스의 주파수 대역폭을 확장하도록 편광 유지 광섬유의 후단에 구비된 고비선형 광섬유; 를 포함한다.The resonator may include a dispersion compensating optical fiber disposed between the resonator and the amplifier so as to apply a chirp to the pulse to cause a time width spread of the pulse to be supplied to the amplifier. A polarization maintaining optical fiber disposed downstream of the amplifier for narrowly compressing the time width of the pulse amplified by the amplifier; And a high nonlinear optical fiber provided at a rear end of the polarization maintaining optical fiber to expand a frequency bandwidth of the compressed pulse; .

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는, 포화흡수체의 열적 손상 없이 장기간 안정적인 구동이 가능하고, 내부 광섬유 소자로 하나의 편광축을 차단함으로써 안정적인 선형 편광의 모드 잠금이 가능한, 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기를 구현하는 효과가 있다.The saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator of the present invention having the above-described construction according to the present invention can stably drive for a long period of time without thermal damage to the saturated absorber and can shield a single polarization axis with an internal optical fiber element, There is an effect of realizing a saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator capable of mode locking of linear polarization.

또한, 전체 공진기를 편광 유지 광섬유로 구성함으로써 환경 변화에 둔감하면서도 간결하고 광 결정이 어긋날 가능성이 없는 신뢰성이 높은 산업용 극초단 광원을 장기간 광학적 특성의 저하 없이 구동할 수 있다.Further, by configuring the entire resonator with the polarization maintaining optical fiber, it is possible to drive an industrial ultra-simple light source that is insensitive to environmental changes but is simple and does not deviate from a photonic crystal, without deteriorating optical characteristics for a long period of time.

또한, 편광 유지 광섬유 레이저 공진기의 면밀한 모드 잠금 구간 조사를 통하여 신뢰성 있는 단일의 펄스 생성이 보장된 구간을 정의하고, 정의된 구간에서 레이저 뒷단에 증폭기를 연결함으로써 MOPA(Master-oscillator-power-amplifier) 구조를 통해 레이저의 높은 운용 안정성과 높은 파워의 장점을 모두 취합한 광원을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라 높은 파워로 증폭된 MOPA 형태의 광원에 고비선형 광섬유(Highly nonlinear Fiber, HNLF), 광자 결정 광섬유(Photonic Crystal Fiber, PCF)를 적용함으로써 넓은 스펙트럼 특성을 제공할 수 있다.A master-oscillator-power-amplifier (MOPA) is defined by defining an interval in which a reliable single pulse generation is ensured through a detailed mode locking interval investigation of a polarization-maintaining optical fiber laser resonator and connecting an amplifier to the rear of the laser in a defined interval. Structure can provide a light source that combines the advantages of high operating stability and high power of the laser. In addition, high spectral characteristics can be provided by applying high nonlinear fiber (HNLF) and photonic crystal fiber (PCF) to MOPA type light source amplified with high power.

궁극적으로는, 본 발명의 공진기는 전 광섬유로 구성되어 부피와 중량이 작고, 공진기 내부의 광섬유 소자로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있으며, 편광 유지 광섬유를 사용하여 환경 변화에 안정적이면서도, 공진기 내부 소자의 위치 선정을 통해 장기간 포화흡수체의 성능 저하 없이 신뢰성 있는 극초단 펄스를 출력하므로, 환경변화에 큰 영향을 받지 않고 장기간 안정적인 극초단 광원의 구동이 요구되는 산업 분야, 레이저 가공 및 정밀 거리 측정 및 형상 측정, 분광, 생체 의료 영상 및 장비 분야에 다양하게 응용될 수 있다.Ultimately, the resonator of the present invention is constituted by all optical fibers and has a small volume and weight. It can generate linearly polarized light output by blocking one polarization axis with an optical fiber element inside the resonator, , It is possible to reliably output the ultrashort pulses without deteriorating the performance of the saturated absorber over a long period of time by selecting the position of the internal elements of the resonator. Processing and precision distance measurement and shape measurement, spectroscopy, biomedical imaging and equipment.

도 1은 본 발명의 페브리-페로형 광섬유 레이저 공진기의 구성도
도 2는 본 발명의 링형 광섬유 레이저 공진기의 구성도.
도 3은 도 1의 페브리-페로형 저반복률 공진기의 실시 예를 나타낸 구성도
도 4는 도 1의 페브리-페로형 고반복률 공진기의 실시 예를 나타낸 구성도
도 5는 도 2의 링형 공진기의 실시 예를 나타낸 구성도
도 6은 본 발명의 광섬유 레이저 공진기 기반의 MOPA
(Master-Oscillator-Power-Amplifier) 시스템 구성도
도 7은 도 6의 MOPA 시스템 기반의 초광대역 광원(supercontinuum source) 시스템 구성도
도 8은 도 3의 공진기에서 발생하는 펄스의 광학적 특성을 시간 영역과 주파수 영역에서 보여주는 그래프
도 9는 도 3의 공진기의 유일한 변수인 펌핑 레이저 다이오드 광량을 조절함에 따라 상이한 펄스의 광학적 특성을 보여주는 그래프
도 10은 도 4의 공진기에서 발생하는 펄스의 광학적 특성을 보여주는 그래프
도 11은 도 5의 공진기에서 발생하는 펄스의 광학적 특성을 보여주는 그래프
도 12는 본 발명에 따른 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 페브리-페로형 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기 MOPA 시스템 광학적 특성과 초광대역 광원(supercontinuum source)의 광학적 특성을 보여주는 그래프
도 13은 본 발명에 따라 공진기를 디자인하지 않은 경우, 포화흡수체의 열적 손상으로 인한 레이저 공진기의 광학적 특성 변화1 is a schematic diagram of a Fabry-Perot type optical fiber laser resonator of the present invention
2 is a configuration diagram of a ring-type optical fiber laser resonator of the present invention.
3 is a diagram showing an embodiment of the Fabry-Perot type low repetition rate resonator of FIG. 1
Fig. 4 is a schematic view showing an embodiment of the Fabry-Perot type high repetition rate resonator of Fig. 1
Fig. 5 is a configuration diagram showing an embodiment of the ring resonator of Fig. 2
FIG. 6 is a schematic diagram of an optical fiber laser resonator based MOPA
(Master-Oscillator-Power-Amplifier) System configuration diagram
FIG. 7 is a block diagram of a supercontinuum source system based on the MOPA system of FIG.
FIG. 8 is a graph showing the optical characteristics of pulses generated in the resonator of FIG. 3 in the time domain and the frequency domain; FIG.
Fig. 9 is a graph showing the optical characteristics of different pulses as the pumping laser diode light amount, which is the only variable of the resonator of Fig. 3,
Fig. 10 is a graph showing optical characteristics of pulses generated in the resonator of Fig. 4
Fig. 11 is a graph showing optical characteristics of pulses generated in the resonator of Fig. 5
Fig. 12 is a graph showing the optical characteristics of an MOPA system and the optical characteristics of a supercontinuum source of a Fabry-Perot type pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator with a long-term stability according to the present invention,
13 is a graph showing changes in optical characteristics of a laser resonator due to thermal damage of a saturated absorber when the resonator is not designed according to the present invention.

본 발명에 따른 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는, 광섬유 전체가 편광 유지 광섬유로 이루어진 펨토초 레이저 공진기이며, 공진기 내부의 편광 유지 광섬유 편광축 차단 소자로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다.The saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator having a long-term stability according to the present invention is a femtosecond laser resonator in which the entire optical fiber is made of a polarization maintaining optical fiber. The polarization maintaining optical fiber polarization axis interrupter inside the resonator blocks one polarization axis The output of the linearly polarized light can be generated.

또한, 상기 공진기는 페브리페로형 혹은 링형으로 구성된 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기이며 공진기 내부에 공진기의 모드 잠금을 구현하는 포화흡수체를 포함하여 구성된다. 페브리-페로형 공진기의 경우 공진기 양단이 반사 거울과 포화흡수체 거울(반사형 포화흡수체)로 구성되어 공진기를 형성하며, 링형 공진기의 경우 반사 거울 없이 공진기의 형성이 가능하고, 내부에 투과형 포화흡수체 또는 반사형 포화흡수체를 포함할 수 있다. In addition, the resonator is a pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator constituted by a Fabry-Perot type or a ring type, and includes a saturated absorber for implementing mode locking of a resonator inside the resonator. In the case of the Fabry-Perot type resonator, both ends of the resonator are composed of a reflection mirror and a saturated absorber mirror (reflection type saturable absorber) to form a resonator. In the case of the ring resonator, a resonator can be formed without a reflection mirror. Or a reflective saturable absorber.

또한, 상기 공진기는 공진기의 이득 매질을 구현하는 희토류 원소 첨가 광섬유를 포함하여 구성된다. 공진기 구조에 따라 상기 이득 매질의 흡수 파장에 해당하는 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드, 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 발진된 광을 희토류 원소 첨가 광섬유로 입사시켜주는 파장 분할 다중화기는 공진기 내부 혹은 외부에 위치할 수 있다. In addition, the resonator includes a rare-earth element-doped optical fiber that realizes a gain medium of a resonator. A pumping laser diode for outputting light corresponding to an absorption wavelength of the gain medium according to a resonator structure, a wavelength division multiplexer for introducing light emitted from the pumping laser diode into a rare earth element doped optical fiber, have.

포화흡수체를 사용한 공진기의 경우 공진기 구성 방법에 따라 단기간 발진에도 레이저 내부의 포화흡수체가 영구적으로 손상을 입고, 레이저 광량에 심각한 손실이 발생할 수 있다. 보다 상세하게는 이득 매질과 포화흡수체가 직접 연결되어 있는 경우에는 이득 매질에서 흡수되지 못한 펌핑 레이저 광량이 레이저 펄스와 함께 포화흡수체에 전달된다. 남는 펌핑 레이저 광량은 이득 매질 내부의 광섬유 코어(core)의 온도를 높이므로 이득 매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉되는 경우 포화흡수체에 영구적인 열적 손상이 생길 수 있다. In the case of a resonator using a saturated absorber, the saturated absorber inside the laser may be permanently damaged even in a short period of oscillation depending on the resonator construction method, resulting in a serious loss of the laser light quantity. More specifically, when the gain medium and the saturated absorber are directly connected, the amount of the pumping laser light that is not absorbed in the gain medium is transmitted to the saturated absorber together with the laser pulse. The remaining pumping laser light intensity increases the temperature of the optical fiber core in the gain medium, so that permanent thermal damage may occur to the saturated absorber if the gain medium is in direct contact with the saturated absorber.

따라서 포화흡수체와 상기 이득 매질 사이에 충분할 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제를 구비하여 포화흡수체와 이득 매질이 서로 직접적으로 접촉되지 않도록 하고, 편광 유지 광섬유 완충제를 통해 펌핑 레이저의 진행 면적을 변화시켜 펌핑 레이저가 멀티모드 발진을 하도록 함으로써 포화흡수체에 가해지는 펌핑 레이저의 면적 변화를 유도하여 펌핑 레이저의 에너지 밀도를 줄이면서도 광섬유 완충제를 지나면서 충분한 펌핑 레이저의 출력의 감소를 일으키도록 할 수 있다. 또한, 포화흡수체의 열적 변형이나 손상을 방지하도록 포화흡수체의 방열 효율을 높이기 위해 실리콘-구리 기반의 방열기가 구비될 수 있다. Accordingly, a polarization maintaining optical fiber buffer having a sufficient length between the saturated absorber and the gain medium is provided so that the saturated absorber and the gain medium are not in direct contact with each other. By changing the traveling area of the pumping laser through the polarization maintaining optical fiber buffer, Mode oscillation can induce a change in the area of the pumping laser applied to the saturated absorber to reduce the energy density of the pumping laser while allowing a sufficient reduction in the output of the pumping laser through the optical fiber buffer. In addition, a silicon-copper-based radiator may be provided to increase the heat dissipation efficiency of the saturated absorber to prevent thermal deformation or damage of the saturated absorber.

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기(이하 "공진기")에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator (hereinafter referred to as "resonator") having long-term stability according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1에는, 본 발명의 페브리-페로형 광섬유 레이저 공진기(100)의 구성도가 도시되어 있다. 공진기(100)는 광섬유 및 광섬유 기반의 부품들로 이루어지며, 공진기(100)의 타단에는 반사형 포화흡수체(110)가 구비되고, 공진기의 일단에는 미러(150)가 구비된다. 따라서 공진기에서 생성된 펄스가 반사형 포화흡수체(110)와 미러(150) 사이에서 양방향으로 왕복 공진하게 된다. 반사형 포화흡수체(110)는 포화흡수부재의 타측에 리플렉터를 구성하여 구현할 수 있다.Fig. 1 shows a configuration diagram of a Fabry-Perot type fiber laser resonator 100 according to the present invention. The resonator 100 is composed of optical fiber and optical fiber-based components. The resonator 100 has a reflective saturable absorber 110 at the other end, and a mirror 150 is provided at one end of the resonator. Thus, a pulse generated in the resonator is reciprocally resonated between the reflective saturable absorber 110 and the mirror 150 in both directions. The reflection type saturated absorption body 110 can be realized by constructing a reflector on the other side of the saturated absorption body.

한편, 반사형 포화흡수체(110)는 반도체 포화흡수체(semiconductor saturable absorber), 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 중 선택된 하나로 구성할 수 있다. 공진기(100)는, 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(140)로 하며, 공진기(100) 내부나 외부로부터 공진기(100) 내부로 입력된 펌핑 레이저를 이용하여 이득 매질을 단방향 펌핑 한다. 이득매질(140)은 어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm), 등의 희토류 원소가 첨가된 광섬유일 수 있다. 이때 공진기(100)는, 반사형 포화흡수체(110)가 펌핑 레이저 및 열로 인한 손상을 최소화하기 위해 반사형 포화흡수체(110)와, 이득매질(140) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(120)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(110)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(160)가 포화흡수체(110) 상에 구비될 수 있다. The reflective saturable absorber 110 may be formed of one selected from a semiconductor saturable absorber, a carbon nanotube, and a graphene. The resonator 100 uses the rare earth element-doped optical fiber as the gain medium 140 and pumping the gain medium in a unidirectional manner using a pumping laser input from inside or outside the resonator 100 into the resonator 100. The gain medium 140 may be an optical fiber to which rare earth elements such as erbium (Er), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and tulium (Tm) are added. Wherein the resonator 100 comprises a reflective saturable absorber 110 and a polarization maintaining fiber optic buffer 110 having a predetermined length between the reflective saturable absorber 110 and the gain medium 140 to minimize damage from pumping lasers and heat, (120) may be provided. In addition, a silicon-copper-based radiator 160 may be provided on the saturable absorber 110 to enhance the heat dissipation efficiency of the saturable absorber 110.

또한, 공진기(100)는 공진기 내부에 구비된 광섬유 편광축 차단 소자(130)를 통해 공진기(100) 내부 광에 있어서 두 개의 직교하는 편광축 중 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다. Also, the resonator 100 can generate one of the polarization axes of two orthogonal polarization axes in the internal light of the resonator 100 through the optical fiber polarization axis interrupter 130 provided in the resonator, thereby generating an output of linearly polarized light .

도 2에는, 본 발명의 링형 광섬유 레이저 공진기(200)의 구성도가 도시되어 있다. 공진기(200)는 광섬유 및 광섬유 기반의 부품들로 이루어지며, 반사 미러 없이 폐루프 형태로 공진기를 형성한다. 공진기(200)의 모드 잠금 소자로 사용되는 포화흡수체(210)는 투과형 포화흡수체, 또는 반사형 포화흡수체일 수 있다. 본실시 예에서는 폐루프 형상의 공진기 상에 포화흡수체(210)가 구비됨에 따라 투과형 포화흡수체가 적용될 수 있다. Fig. 2 shows a configuration diagram of the ring-type optical fiber laser resonator 200 of the present invention. The resonator 200 is made of optical fiber and optical fiber based components and forms a resonator in a closed loop form without a reflection mirror. The saturated absorber 210 used as a mode locking element of the resonator 200 may be a transmissive saturated absorber, or a reflective saturated absorber. In this embodiment, the transmissive saturated absorber can be applied as the saturated absorber 210 is provided on the closed loop resonator.

포화흡수체(210)는 반도체 포화흡수체(semiconductor saturable absorber), 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 중 선택된 어느 하나로 구성할 수 있다. 공진기(200)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(240)로 하며, 공진기(200) 내부에 입력된 펌핑 레이저를 이용하여 이득 매질을 단방향 펌핑 한다. 상기 이득매질은 어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm), 등의 희토류 원소가 첨가된 광섬유일 수 있다. 이때 공진기(200)는, 포화흡수체(210)의 열적 손상을 최소화하기 위해 포화흡수체(210)와, 이득매질(240) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(220)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(210)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(260)가 포화흡수체(210) 상에 구비될 수 있다. The saturable absorber 210 may be formed of any one selected from a semiconductor saturable absorber, a carbon nanotube, and a graphene. The resonator 200 converts the rare earth element-doped optical fiber into a gain medium 240, and unidirectionally pumps the gain medium using a pumping laser input into the resonator 200. The gain medium may be an optical fiber to which rare earth elements such as erbium (Er), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and tulium (Tm) are added. The resonator 200 may be provided with a polarization maintaining optical fiber buffer 220 having a predetermined length between the saturable absorber 210 and the gain medium 240 in order to minimize the thermal damage of the saturable absorber 210 . In addition, a silicon-copper-based radiator 260 may be provided on the saturable absorber 210 to enhance the heat dissipation efficiency of the saturable absorber 210.

또한, 공진기(200)는 공진기 내부의 광섬유 편광축 차단 소자(230)로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다.In addition, the resonator 200 can cut out one polarization axis by the optical fiber polarization axis interrupter 230 in the resonator to generate an output of linearly polarized light.

도 3은 도 1에 도시된 페브리-페로형 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기(100)의 실시 예 중 하나로 저 반복률 공진기(300)의 실시 예를 나타낸 것으로써, 공진기의 양단에는 반사형 포화흡수체(310)와 반사 미러(350)가 각각 구비되어 페브리-페로형 공진기를 형성한다. 미러(350)는 이득매질(340)의 흡수 파장과 방출 파장에서 모두 100%의 반사율을 갖는다. 공진기(300)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(340)로 하며, 공진기 내부에서 펌핑 레이저 다이오드(370)를 이용하여 이득 매질(340)을 단방향 펌핑 한다. 펌핑 레이저 다이오드(370)에서 출력되는 펌핑 광은 파장 분할 다중화기(331)를 통하여 공진기 내부로 입력될 수 있다. 공진기(300) 내부 광량의 일부는 이득매질(340)과, 미러(350) 사이에 구비되는 광 커플러(332)를 통하여 외부로 출력될 수 있다. 이때 공진기(300)는, 포화흡수체(310)의 열적 손상을 최소화하기 위해 포화흡수체(310)와, 이득매질(340) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(320)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(310)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(360)가 포화흡수체(310) 상에 구비될 수 있다. 아울러 공진기(300)는 공진기 내부의 광섬유 편광축 차단 소자를 포함하여 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다. 광섬유 편광축 차단 소자는 저 반복률 공진기 내부의 파장 분할 다중화기(331) 및 광 커플러(332) 중에서 선택되는 하나 이상을 편광축 차단 소자로 선정할 수 있다.FIG. 3 shows an embodiment of the low repetition rate resonator 300 as one embodiment of the Fabry-Perot type pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator 100 shown in FIG. 1, (310) and a reflection mirror (350), respectively, to form a Fabry-Perot type resonator. The mirror 350 has a reflectance of 100% at both the absorption wavelength and the emission wavelength of the gain medium 340. The resonator 300 converts the rare-earth element-doped optical fiber into a gain medium 340 and pumping the gain medium 340 unidirectionally using a pumping laser diode 370 inside the resonator. The pumping light output from the pumping laser diode 370 may be input into the resonator through the wavelength division multiplexer 331. A part of the internal light amount of the resonator 300 may be output to the outside through the optical coupler 332 provided between the gain medium 340 and the mirror 350. [ At this time, the resonator 300 may be provided with a polarization maintaining optical fiber buffer 320 having a predetermined length between the saturated absorber 310 and the gain medium 340 to minimize thermal damage of the saturated absorber 310 . A silicon-copper-based radiator 360 may be provided on the saturable absorber 310 to increase the heat dissipation efficiency of the saturable absorber 310. In addition, the resonator 300 may include an optical fiber polarization axis interrupter in the resonator to generate a linear polarization output by blocking one polarization axis. The optical fiber polarization axis interrupter can select at least one polarization splitter device among the wavelength division multiplexer 331 and the optical coupler 332 in the low repetition rate resonator.

도 4는 도 1의 페브리-페로형 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기(100)의 실시 예 중 하나로 고 반복률 공진기(400)를 나타낸 것으로써, 공진기의 양단에는 반사형 포화흡수체(410)와 유전체 반사 미러(450)가 각각 구비되어 페브리-페로형 공진기를 형성한다. 유전체 반사 미러(450)는 이득 매질(440)에서 방출되는 파장에서 95% 이상의 반사율을 갖고, 이득 매질로 흡수되는 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는다. 즉 이득 매질(440)에서 방출되는 파장은 반사하며, 이득 매질(440)로 흡수되는 파장은 투과시키도록 구성함으로써 공진기 외부에서 펌핑이 가능하도록 하여 고 반복률을 구현하는 형태로 설계하였다.FIG. 4 shows a high repetition rate resonator 400 as one embodiment of the Fabry-Perot type pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator 100 of FIG. 1, in which the reflective saturable absorber 410 and the dielectric And a reflection mirror 450 are respectively formed to form a Fabry-Perot type resonator. The dielectric reflecting mirror 450 has a reflectance of 95% or more at a wavelength emitted from the gain medium 440, and has a transmittance of 90% or more at a wavelength absorbed by the gain medium. In other words, the wavelength emitted from the gain medium 440 is reflected, and the wavelength absorbed by the gain medium 440 is transmitted, thereby enabling pumping from the outside of the resonator, thereby realizing a high repetition rate.

공진기(400)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(440)로 한다. 유전체 반사 미러(450)는 이득 매질의 흡수파장과 방출파장에서 투과 및 반사특성이 서로 다르게 구성되기 때문에, 공진기 내부가 아닌 외부에 파장 분할 다중화기(431)를 구성하고, 펌핑 레이저 다이오드(470)를 연결하여 펌핑 하더라도, 펌핑 레이저 다이오드(470)에서 펌핑된 광이 유전체 반사 미러(450)를 투과하여 이득 매질을 펌핑할 수 있다. 따라서 본 발명의 공진기(400)는 유전체 반사 미러(450)의 일측에 펌핑 레이저 다이오드(470)와, 파장 분할 다중화기(431)를 구성하여 공진기 외부에서 펌핑된 광을 공진기 내부로 입력시킬 수 있다. 또한 공진기 내부 광량의 일부가 출력 커플러(output coupler)의 역할을 하는 유전체 반사 미러(450)를 통해 출력될 수 있다. 이때 공진기(400)는, 포화흡수체(410)의 열적 손상을 최소화하기 위해 포화흡수체(410)와, 이득매질(440) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(420)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(410)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(460)가 포화흡수체(410) 상에 구비될 수 있다. 상기 공진기는 공진기 내부의 광섬유 편광축 차단 소자로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다. 광섬유 편광축 차단 소자는 고 반복률 공진기 내부의 파장 분할 다중화기(432)를 편광축 차단 소자로 선정할 수 있다. The resonator 400 converts the rare earth element-doped optical fiber into a gain medium 440. Since the dielectric reflection mirror 450 has different transmission and reflection characteristics at the absorption wavelength and the emission wavelength of the gain medium, the wavelength division multiplexer 431 is formed outside the resonator, and the pumping laser diode 470, The pumped light from the pumping laser diode 470 can be transmitted through the dielectric reflection mirror 450 to pump the gain medium. Therefore, the resonator 400 of the present invention can form a pumping laser diode 470 and a wavelength division multiplexer 431 on one side of the dielectric reflection mirror 450 to input light pumped outside the resonator into the resonator . Also, a part of the light amount inside the resonator can be outputted through the dielectric reflection mirror 450 serving as an output coupler. The resonator 400 may be provided with a polarization maintaining optical fiber buffer 420 having a predetermined length between the saturable absorber 410 and the gain medium 440 in order to minimize the thermal damage of the saturable absorber 410 . A silicon-copper-based radiator 460 may be provided on the saturable absorber 410 to enhance the heat dissipation efficiency of the saturable absorber 410. The resonator is capable of generating linearly polarized light output by blocking one polarization axis with an optical fiber polarization axis interrupter inside the resonator. The optical fiber polarization axis interrupter can select the wavelength division multiplexer 432 inside the high repetition rate resonator as the polarization axis interrupter.

도 5는 도 2의 링형 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기(500)의 실시 예를 나타낸 것이다. 공진기(500)는 모드 잠금 소자로 반사형 포화흡수체(510)를 공진기에서 폐루프를 이루고 있는 광섬유 상에 연결한다. 공진기(500)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(540)로 하며, 공진기 내부에서 펌핑 레이저 다이오드(570)를 이용하여 이득 매질을 단방향 펌핑한다. 펌핑 레이저 다이오드(570)에서 출력되는 펌핑 광은 파장 분할 다중화기(531)를 통하여 공진기 내부로 연결할 수 있다. 공진기(500)는 공진기 내에 구비되는 아이솔레이터(533)를 통하여 단방향 공진 특성을 구현할 수 있으며, 공진기 내부 광량의 일부가 광 커플러(532)를 통하여 출력될 수 있다. 이때 공진기(500)는, 포화흡수체(510)의 열적 손상을 최소화하기 위해 포화흡수체(510)와, 이득매질(540) 사이에 소정의 길이를 갖는 편광 유지 광섬유 완충제(520)가 구비될 수 있다. 또한, 포화흡수체(510)의 방열 효율을 높이기 위하여 실리콘-구리 기반의 방열기(560)가 포화흡수체(510) 상에 구비될 수 있다. 공진기(500)는 공진기 내부의 광섬유 편광축 차단 소자로 하나의 편광축을 차단하여 선형 편광의 출력을 생성할 수 있다. 광섬유 편광축 차단 소자는 공진기 내부의 서큘레이터(511), 파장 분할 다중화기(531), 광 커플러(532) 및 아이솔레이터(533) 중에서 선택되는 하나 이상을 편광축 차단 소자로 선정할 수 있다.FIG. 5 shows an embodiment of the ring-type pre-polarization maintaining fiber laser resonator 500 of FIG. The resonator 500 connects the reflective saturable absorber 510 with the mode-locking element on the optical fiber forming the closed loop in the resonator. The resonator 500 converts the rare-earth element-doped optical fiber into a gain medium 540, and pumping the gain medium unidirectionally using a pumping laser diode 570 inside the resonator. The pumping light output from the pumping laser diode 570 may be connected to the inside of the resonator through the wavelength division multiplexer 531. The resonator 500 can realize unidirectional resonance characteristics through the isolator 533 provided in the resonator and a part of the light amount inside the resonator can be output through the optical coupler 532. [ At this time, the resonator 500 may be provided with a polarization maintaining optical fiber buffer 520 having a predetermined length between the saturated absorber 510 and the gain medium 540 to minimize thermal damage to the saturated absorber 510 . In addition, a silicon-copper based radiator 560 may be provided on the saturated absorbent body 510 to enhance the heat dissipation efficiency of the saturated absorbent body 510. The resonator 500 may cut off one polarization axis by an optical fiber polarization axis interrupter in the resonator to generate an output of linearly polarized light. The optical fiber polarization axis shielding element can select at least one of the circulator 511, the wavelength division multiplexer 531, the optical coupler 532 and the isolator 533 in the resonator as the polarization axis shielding element.

도 6은 상술된 다양한 실시 예의 본 발명에 따른 공진기(100, 200, 300, 400, 500, 이하 도번 "1000") 뒷단에 편광 유지 광섬유(2100)를 이용하여 증폭기(2000)와 연결함으로써 MOPA(3000) 구조를 통해 레이저의 높은 운용 안정성과 높은 파워의 장점을 모두 취합한 광원을 제공할 수 있다. 공진기(1000)는 도 1 내지 도 5에 도시된 공진기 중에서 선택된 하나일 수 있다. 증폭기(2000)는 희토류 원소 첨가 광섬유를 이득 매질(2400)로 하며, 두 개의 펌핑 레이저 다이오드(2500, 2600)를 이용하여 이득 매질을 양방향 펌핑한다. 이득매질(2400)은 편광 유지 광섬유와 반대방향의 분산(dispersion)을 가진 희토류 원소 첨가 광섬유를 사용함으로써 내부에 비선형 효과를 강하게 유도하여, 주파수 대역폭을 확장하는 데 이용할 수 있다. 상기 두 개의 펌핑 레이저 다이오드(2500, 2600)에서 출력되는 펌핑 광을 두 개의 파장 분할 다중화기(2200, 2300)를 통하여 이득매질(2400)에 연결할 수 있다.6 is a block diagram of an embodiment of the MOPA (100), 200, 300, 400, 500 (hereinafter referred to as " 1000 " 3000) structure, it is possible to provide a light source that combines the advantages of high operating stability and high power of the laser. The resonator 1000 may be one selected from the resonators shown in Figs. The amplifier 2000 converts the rare earth element-doped optical fiber into a gain medium 2400 and bi-directionally pumps the gain medium using two pumping laser diodes 2500 and 2600. The gain medium 2400 can be used to expand the frequency bandwidth by strongly inducing a nonlinear effect internally by using a rare earth element doped optical fiber having a dispersion opposite to that of the polarization maintaining optical fiber. The pumping light output from the two pumping laser diodes 2500 and 2600 may be coupled to the gain medium 2400 through the two wavelength division multiplexers 2200 and 2300.

도 7은 상술된 다양한 실시 예의 본 발명에 따른 공진기(1000)를 이용한 MOPA(3000) 구조에서 처프 펄스 증폭(chirped pulse amplification) 방식으로 펄스를 증폭한 후 고비선형 광섬유(5000)를 통하여 초광대역 광원(6000)을 생성한 시스템의 예를 도시하였다. 공진기(1000) 뒷단에 일반 편광 유지 광섬유와 반대 방향의 분산을 가진 분산 보상 광섬유(4000)를 이용하여 펄스에 처프(chirp)를 줌으로써 증폭 전에 펄스를 시간적으로 충분히 늘린 후 펄스 증폭기(2000)를 통과함으로써 증폭단의 이득 포화나 손상 없이 충분히 증폭한 후 편광 유지 광섬유(2100)를 연결하여 펄스폭을 매우 좁게 압축 할 수 있다. 압축된 펄스는 고비선형 광섬유(5000)를 통과하면서 주파수 대역폭이 매우 크게 확장된 초광대역광원(6000)을 생성할 수 있다. 고비선형 광섬유(5000)는 고 비선형 광섬유(Highly nonlinear Fiber, HNLF) 또는 광자 결정 광섬유(Photonic Crystal Fiber, PCF) 중에 선택된 하나로 구성될 수 있다.FIG. 7 is a view illustrating a method of amplifying a pulse in a chirped pulse amplification scheme in an MOPA 3000 structure using the resonator 1000 according to the present invention and then transmitting the ultra- (6000). ≪ / RTI > A chirp pulse is applied to the rear end of the resonator 1000 using a dispersion compensating optical fiber 4000 having dispersion in the opposite direction to that of the ordinary polarization maintaining optical fiber so that the pulse is sufficiently amplified in time before amplification and then passed through the pulse amplifier 2000 The amplification stage can be sufficiently amplified without gain saturation or damage, and then the polarization maintaining optical fiber 2100 can be connected to compress the pulse width very narrowly. The compressed pulse can generate an ultra-wideband light source 6000 having a very large frequency bandwidth while passing through the highly nonlinear optical fiber 5000. The highly nonlinear optical fiber 5000 may be composed of one selected from a highly nonlinear fiber (HNLF) or a photonic crystal fiber (PCF).

도 8은 도 3의 공진기에서 어븀첨가 광섬유를 이득 매질로 하였을 경우, 공진기 내에서 모드 잠금 되어 발진된 펨토초 레이저의 펄스열(도 8a)과 RF스펙트럼(도 8b), 광스펙트럼(도 8c), 자기상관신호(도 8d), 공진기 내부 PZT를 통해 안정화된 반복률 주파수의 알란 분산 그래프(도 8e)이다. 주파수 영역에서 약 1560 nm 중심으로 3dB 기준으로 8 nm 수준의 파장 대역폭을 갖고 시간 영역에서 약 500fs의 펄스가 생성됨을 보여준다. 50 MHz의 반복률은 루비듐 원자시계에 안정화되어 루비듐 원자시계에 소급한 안정도를 보인다.FIG. 8 is a graph showing the relationship between the pulse string (FIG. 8A), the RF spectrum (FIG. 8B), the optical spectrum (FIG. 8C), and the magnetic spectrum of the mode locked oscillator femtosecond laser in the resonator when the erbium- A correlation signal (Fig. 8D), and an allan dispersion graph of the repetition rate frequency stabilized through the resonator internal PZT (Fig. 8E). And a pulse width of about 500 fs in the time domain is generated with a wavelength bandwidth of about 8 nm as a 3 dB reference centered at about 1560 nm in the frequency domain. The repetition rate of 50 MHz is stabilized on the rubidium atomic clock and shows retrograde stability to the rubidium atomic clock.

도 9는 도 3의 공진기의 유일한 변수인 펌핑 레이저 다이오드 광량을 조절함에 따라 상이한 펄스의 광학적 특성을 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 9a는 도 3의 공진기에서 펌핑 레이저 다이오드의 광량에 따른 모드 잠금 구간 변화 그래프이다. 포화흡수체 기반 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기는 유일한 조절 변수인 펌핑 레이저 다이오드의 광량을 증가시킴에 따라 상이한 펄스의 광학적 특성을 보여주는데, 낮은 펌핑 레이저 다이오드 광량에서 큐스위칭 모드 잠금의 특성(도 9b-도 9e)을 보이며, 펌핑 레이저 다이오드 광량을 높이면 매우 안정적인 단일의 펄스 발진 구간이 존재하고(도 8 참조), 펌핑 레이저 다이오드 광량이 과도하게 높아져 공진기 내부 광량이 솔리톤에서 펄스를 유지하는 한계를 넘었을 경우 다중 펄스 발진 구간이 존재한다. 다중 펄스 발진 구간에서는, 다중 펄스 모드 잠금의 특성(도 9f-도 9i)을 보이나 noiselike 펄스 모드 잠금의 특성(도 9j- 도 9m)을 보이는 경우도 존재한다.FIG. 9 is a graph showing optical characteristics of different pulses as the amount of pumping laser diode light, which is the only variable of the resonator of FIG. 3, is regulated. FIG. 9A is a graph showing a mode lock interval change according to the light amount of the pumping laser diode in the resonator of FIG. 3. FIG. The saturable absorber-based pre-polarization maintaining fiber laser resonator shows the optical characteristics of different pulses as increasing the amount of light of the pumping laser diode, which is the only control variable. The characteristic of the cue switching mode locking at low pumping laser diode light intensity (See FIG. 8). When the amount of light of the pumping laser diode becomes excessively high and the amount of light in the resonator exceeds the limit of maintaining the pulse at the soliton, There are multiple pulse oscillation periods. In the multi-pulse oscillation section, the characteristics of the multi-pulse mode lock (FIG. 9F-FIG. 9I) are shown but the characteristics of the noiselike pulse mode lock (FIG. 9J-FIG.

도 10은 도 4의 공진기에서 어븀첨가 광섬유를 이득 매질로 하였을 경우, 공진기 내에서 모드 잠금 되어 발진된 펨토초 레이저의 펄스열(도 10a)과 RF스펙트럼(도 10b), 광스펙트럼(도 10c), 자기상관신호(도 10d), 공진기 내부 PZT를 통해 안정화된 반복률 주파수의 알란 분산 그래프(도 10e)이다. 주파수 영역에서 약 1560 nm 중심으로 3dB 기준으로 5 nm 수준의 파장 대역폭을 갖고 시간 영역에서 약 900fs 의 펄스가 생성됨을 보여준다. 200 MHz의 반복률은 루비듐 원자시계에 안정화되어 루비듐 원자시계에 소급한 안정도를 보인다.FIG. 10 is a graph showing a relationship between a pulse string (FIG. 10A), an RF spectrum (FIG. 10B), a light spectrum (FIG. 10C), and a magnetic spectrum of the femtosecond laser oscillated in mode- locked mode in the resonator when the erbium-doped optical fiber is used as a gain medium in the resonator of FIG. (Fig. 10D), and an allan dispersion graph of the repetition rate frequency stabilized through the PZT in the resonator (Fig. 10E). It has a wavelength bandwidth of about 5 nm at the center of about 1560 nm in the frequency domain and a pulse of about 900 fs in the time domain. The repetition rate of 200 MHz is stabilized on the rubidium atomic clock and shows a retrograde stability to the rubidium atomic clock.

도 11은 도 5의 공진기에서 어븀첨가 광섬유를 이득 매질로 하였을 경우, 공진기 내에서 모드 잠금 되어 발진된 펨토초 레이저의 펄스열(도 11a)과 자기상관신호(도 11b), 광스펙트럼(도 11c)이다. 주파수 영역에서 약 1560 nm 중심으로 3dB 기준으로 5 nm 수준의 파장 대역폭을 갖고 시간 영역에서 25 MHz 반복률을 가진, 약 900 fs의 펄스폭의 펄스가 생성됨을 보여준다. 11 shows a pulse string (FIG. 11A), an autocorrelation signal (FIG. 11B), and a light spectrum (FIG. 11C) of a mode locked oscillator femtosecond laser in the resonator when the erbium-doped optical fiber is used as a gain medium in the resonator of FIG. . Shows that a pulse having a pulse width of about 900 fs having a wavelength bandwidth of about 5 nm at a frequency of about 1560 nm centered at about 1560 nm and a repetition rate of 25 MHz in the time domain is generated.

도 12는 도 7에서 도 3의 공진기를 사용한 경우, 초광대역 광원 출력 광량 및 전체 분산 특성 그래프(도 12a)와, 고비선형 광섬유 앞단의 압축된 자기상관신호(도 12b) 및 고 비선형 광섬유 뒷단의 초광대역광원 광스펙트럼 그래프(도 12c)이다. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the output power of the ultra-wideband light source and the total dispersion characteristic (FIG. 12A), the compressed auto-correlation signal at the front end of the highly nonlinear optical fiber (FIG. 12B) An ultra wideband light source optical spectrum graph (Fig. 12C).

도 13은 편광 유지 광섬유 완충제와 방열기를 포함시키지 않은 디자인을 가지고 있는 수십 MHz 반복률의 공진기가 수 시간 후 내부 포화흡수체의 열적 손상에 의해, 레이저 공진기에 나타난 광학적 특성이 변화하는 것을 나타낸 것이다. 시간에 따른 전체 스펙트럼 주파수 변화 그래프(도 13a)로부터 단일 펄스 발진 구간에 있는 공진기의 스펙트럼이 시간에 따라 계속적으로 감소하고 회복되는 경향을 반복하다가 완전하게 모드 잠금 구간이 변경되어 더 이상 단일 펄스 발진이 가능하지 않는 상태가 되는 것을 확인할 수 있다. 스펙트럼이 시간에 따라 감소하는 경향을 Kelly sidebands 중 낮은 파장의 sideband의 파장 변화 그래프(도 13b)에서 자세히 확인할 수 있으며, 단일 펄스의 모드 잠금 상태가 큐스위칭 모드 잠금 상태로 완전히 변경되는 경향을 스펙트럼 변화 그래프(도 13c)에서 자세히 확인할 수 있다.Fig. 13 shows that the optical characteristics exhibited by the laser resonator change due to the thermal damage of the inner saturated absorber after several hours of the resonator having the tens of MHz frequency repetition rate, which has the design not including the polarization maintaining optical fiber buffer and the radiator. From the graph of the total spectral frequency change over time (FIG. 13A), the spectrum of the resonator in the single pulse oscillation section repeatedly tends to decrease and recover with time, and the mode lock section is completely changed so that the single pulse oscillation It can be confirmed that the state becomes impossible. The tendency of the spectrum to decrease with time can be seen in detail in the graph of the wavelength change of the sideband of the lower wavelength side of the Kelly sidebands (Fig. 13B), and the tendency that the mode lock state of the single pulse is completely changed to the cue switching mode lock state The graph can be seen in detail in FIG. 13C.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical idea should not be construed as being limited to the above-described embodiment of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, such modifications and changes are within the scope of protection of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

100, 200, 300, 400, 500 : 광섬유 레이저 공진기
110, 210, 310, 410, 510 : 포화흡수체
120, 220, 320, 420, 520 : 편광 유지 광섬유 완충제
130, 230 : 광섬유 편광축 차단 소자
140, 240, 340, 440, 540 : 이득 매질
150, 350, 450 : 반사 미러
160, 260, 360, 460, 560 : 방열기
331, 431, 432, 531 : 파장 분할 다중화기
332, 532 : 광 커플러
370, 470, 570 : 펌핑 레이저 다이오드
511 : 서큘레이터 533 : 아이솔레이터
1000 : 광섬유 레이저 공진기
2000 : 증폭기 2100 : 편광 유지 광섬유
2200, 2300 : 파장 분할 다중화기 2400 : 이득 매질
2500, 2600 : 펌핑 레이저 다이오드
3000 : MOPA
4000 : 분산 보상 광섬유
5000 : 고비선형 광섬유
6000 : 초광대역 광원100, 200, 300, 400, 500: optical fiber laser resonator
110, 210, 310, 410, 510: Saturated absorber
120, 220, 320, 420, 520: polarization maintaining optical fiber buffer
130, 230: Optical fiber polarization axis interrupter
140, 240, 340, 440, 540: gain medium
150, 350, 450: reflection mirror
160, 260, 360, 460, 560: radiator
331, 431, 432, 531: wavelength division multiplexer
332, 532: optical coupler
370, 470, 570: pumping laser diode
511: Circulator 533: Isolator
1000: Fiber laser laser resonator
2000: amplifier 2100: polarization maintaining optical fiber
2200, 2300: Wavelength division multiplexer 2400: Gain medium
2500, 2600: pumping laser diode
3000: MOPA
4000: dispersion compensation optical fiber
5000: High nonlinear optical fiber
6000: ultra-wideband light source

Claims (27)

페브리-페로 형태의 광섬유 레이저 공진기에 있어서,
상기 공진기의 일단에 구비되는 미러;
상기 공진기의 타단에 구비되며, 레이저의 모드 잠금을 위한 반사형 포화흡수체;
상기 공진기로 입력된 펌핑 광을 흡수하도록, 상기 미러와 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 이득 매질;
상기 이득 매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 광섬유 완충제;
상기 공진기가 선형 편광의 출력을 생성하도록 공진기 내부 광의 두 개의 직교하는 편광축 중 어느 하나를 감쇠시키는 기능이 있는 편광축 차단 소자;
를 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
In a Fabry-Perot type optical fiber laser resonator,
A mirror provided at one end of the resonator;
A reflective saturable absorber provided at the other end of the resonator for mode locking of the laser;
A gain medium disposed between the mirror and the saturable absorber to absorb pumping light input to the resonator;
An optical fiber buffer disposed between the gain medium and the saturable absorber such that the gain medium is not in direct contact with the saturated absorber;
A polarization axis blocking element having a function of attenuating any one of two orthogonal polarization axes of the resonator internal light so that the resonator produces an output of linear polarization;
And a long-term stability saturable absorber based pre-polarization maintaining fiber laser resonator.
제 1항에 있어서,
상기 공진기는,
상기 공진기를 구성하는 모든 광섬유가 편광 유지 광섬유로 이루어진, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
The method according to claim 1,
The resonator includes:
Wherein the optical fiber of the resonator is made of a polarization maintaining optical fiber, and the long-term stability is achieved by a saturated absorber based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator.
제 1항에 있어서,
상기 공진기는,
상기 포화흡수체의 냉각을 위해 상기 포화흡수체 상에 구비되는 방열기; 를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
The method according to claim 1,
The resonator includes:
A radiator provided on the saturated absorber for cooling the saturated absorber; Further comprising a long-term stable saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator.
제 1항에 있어서,
상기 미러는,
상기 광섬유의 일단부에 금속(metal) 박막을 증착한 미러 또는, 상기 광섬유의 일단부에 유전체(dielectric) 다층막을 증착한 미러인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
The method according to claim 1,
The mirror may further comprise:
Wherein the optical fiber is a mirror in which a metal thin film is deposited on one end of the optical fiber or a mirror in which a dielectric multilayer film is deposited on one end of the optical fiber, Fiber laser resonator.
제 1항에 있어서,
상기 반사형 포화흡수체는,
반도체 포화흡수체(Semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 기반 포화흡수체, 그래핀(Graphene) 기반 포화흡수체 중 선택된 어느 하나인, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
The method according to claim 1,
The reflective saturable absorber may be formed by a method comprising:
A saturable absorber-based pre-polarization maintaining fiber laser resonator having long-term stability, the saturable absorber being a semiconductor saturable absorber, a carbon nanotube-based saturable absorber, and a graphene-based saturable absorber.
제 1항에 있어서,
상기 이득 매질은,
어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm) 중 선택된 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
The method according to claim 1,
Wherein the gain medium comprises:
Wherein the optical fiber is an optical fiber to which any one rare earth element selected from erbium (Er), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and tulium (Tm) Laser resonator.
제 1항에 있어서,
상기 광섬유 완충제는,
상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 위치하는 5 mm 이상의 광섬유로 이루어진, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
The method according to claim 1,
The optical fiber buffer may comprise,
Wherein the saturable absorber comprises an optical fiber of at least 5 mm positioned between the gain medium and the saturable absorber.
제 1항에 있어서,
상기 공진기는,
펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드;
상기 미러와 상기 포화흡수체 사이에 구비되며, 상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 및
상기 공진기 내부 광량의 일부를 외부로 출력하기 위한 광 커플러; 를 포함하고,
상기 미러는,
상기 이득 매질에서 방출되는 광과 상기 이득매질로 흡수되는 펌핑 광을 모두 60% 이상 반사하는 거울인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
The method according to claim 1,
The resonator includes:
A pumping laser diode for outputting pumping light;
A wavelength division multiplexer provided between the mirror and the saturable absorber for supplying light output from the pumping laser diode into the resonator; And
An optical coupler for outputting a part of the light amount inside the resonator to the outside; Lt; / RTI >
The mirror may further comprise:
And a mirror for reflecting at least 60% of the light emitted from the gain medium and the pumping light absorbed by the gain medium.
제 8항에 있어서,
상기 편광축 차단 소자는,
상기 파장분할 다중화기 및 상기 광 커플러 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
9. The method of claim 8,
Wherein the polarization axis shielding element comprises:
Wherein the optical fiber coupler is at least one of the wavelength division multiplexer and the optical coupler.
제 8항에 있어서,
상기 공진기는,
상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결 또는 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 미러를 연결하는 서큘레이터;
를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
9. The method of claim 8,
The resonator includes:
A circulator connecting the optical fiber inside the resonator to the saturable absorber or connecting the optical fiber inside the resonator to the mirror;
Further comprising a long-term stable saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator.
제 10항에 있어서,
상기 편광축 차단 소자는,
상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
11. The method of claim 10,
Wherein the polarization axis shielding element comprises:
Wherein the optical fiber coupler is at least one of the wavelength division multiplexer, the optical coupler, and the circulator.
제 1항에 있어서,
상기 공진기는,
상기 공진기의 외부에 구비되며, 펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드; 및
상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기; 를 포함하고,
상기 미러는,
상기 이득 매질에서 방출되는 광은 60% 이상 반사하고, 상기 이득 매질로 흡수되는 펌핑 광은 50% 이상 투과하는 유전체 반사 거울인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
The method according to claim 1,
The resonator includes:
A pumping laser diode provided outside the resonator and outputting pumping light; And
A wavelength division multiplexer for supplying light output from the pumping laser diode into the resonator; Lt; / RTI >
The mirror may further comprise:
Polarization maintaining optical fiber based on a saturated absorber having a long-term stability, characterized in that the light emitted from the gain medium is at least 60% reflected, and the pumping light absorbed by the gain medium is at least 50% Laser resonator.
제 12항에 있어서,
상기 편광축 차단 소자는,
상기 파장분할 다중화기인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
13. The method of claim 12,
Wherein the polarization axis shielding element comprises:
Wherein the wavelength division multiplexer is a wavelength division multiplexer, and the wavelength division multiplexer is a wavelength division multiplexer.
제 12항에 있어서,
상기 공진기는,
상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결 또는 상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 미러를 연결하는 서큘레이터;
를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
13. The method of claim 12,
The resonator includes:
A circulator connecting the optical fiber inside the resonator to the saturable absorber or connecting the optical fiber inside the resonator to the mirror;
Further comprising a long-term stable saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator.
제 14항에 있어서,
상기 편광축 차단 소자는,
상기 파장분할 다중화기 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
15. The method of claim 14,
Wherein the polarization axis shielding element comprises:
Wherein the wavelength-division multiplexer and the circulator are at least one of the wavelength division multiplexer and the circulator.
폐루프를 이루는 링 형태의 광섬유 레이저 공진기에 있어서,
레이저의 모드 잠금을 위한 포화흡수체;
상기 공진기로 입력된 펌핑 광을 흡수하여 소정의 파장의 빛을 방출하는 이득 매질;
상기 이득 매질이 포화흡수체에 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 구비되는 광섬유 완충제; 및
상기 공진기가 선형 편광의 출력을 생성하도록 공진기 내부 광의 두 개의 직교하는 편광축 중 어느 하나를 감쇠시키는 기능을 갖는 편광축 차단 소자;
를 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
In a ring-shaped optical fiber laser resonator constituting a closed loop,
A saturable absorber for mode locking of the laser;
A gain medium that absorbs pumping light input to the resonator and emits light of a predetermined wavelength;
An optical fiber buffer disposed between the gain medium and the saturable absorber such that the gain medium is not in direct contact with the saturated absorber; And
A polarization axis blocking element having a function of attenuating any one of two orthogonal polarization axes of resonator internal light so that the resonator produces an output of linear polarization;
And a long-term stability saturable absorber based pre-polarization maintaining fiber laser resonator.
제 16항에 있어서,
상기 공진기는,
상기 공진기를 구성하는 모든 광섬유가 편광 유지 광섬유로 이루어진, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
17. The method of claim 16,
The resonator includes:
Wherein the optical fiber of the resonator is made of a polarization maintaining optical fiber, and the long-term stability is achieved by a saturated absorber based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator.
제 16항에 있어서,
상기 공진기는,
상기 포화흡수체의 냉각을 위해 상기 포화흡수체 상에 구비되는 방열기; 를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
17. The method of claim 16,
The resonator includes:
A radiator provided on the saturated absorber for cooling the saturated absorber; Further comprising a long-term stable saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator.
제 16항에 있어서,
상기 포화흡수체는,
반도체 포화흡수체(Semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브(Carbon nanotube) 기반 포화흡수체, 그래핀(Graphene) 기반 포화흡수체 중 선택된 어느 하나인, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
17. The method of claim 16,
The saturable absorber may be formed,
A saturable absorber-based pre-polarization maintaining fiber laser resonator having long-term stability, the saturable absorber being a semiconductor saturable absorber, a carbon nanotube-based saturable absorber, and a graphene-based saturable absorber.
제 16항에 있어서,
상기 이득 매질은,
어븀(Er), 이터븀(Yb), 네오디뮴(Nd), 튤륨(Tm) 중 선택된 어느 하나의 희토류 원소가 첨가된 광섬유인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
17. The method of claim 16,
Wherein the gain medium comprises:
Wherein the optical fiber is an optical fiber to which any one rare earth element selected from erbium (Er), ytterbium (Yb), neodymium (Nd), and tulium (Tm) Laser resonator.
제 16항에 있어서,
상기 광섬유 완충제는,
상기 이득 매질과 상기 포화흡수체 사이에 위치하는 5 mm 이상의 광섬유로 이루어진 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
17. The method of claim 16,
The optical fiber buffer may comprise,
A saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator having a long-term stability consisting of an optical fiber of 5 mm or more located between the gain medium and the saturable absorber.
제 16항에 있어서,
상기 공진기는,
펌핑 광을 출력하는 펌핑 레이저 다이오드;
상기 펌핑 레이저 다이오드에서 출력된 광을 상기 공진기 내부로 공급하기 위한 파장분할 다중화기;
상기 공진기 내부 광량의 일부를 외부로 출력하기 위한 광 커플러; 및
상기 공진기 내에서 생성된 펄스를 단방향으로 진행시키는 아이솔레이터;
를 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
17. The method of claim 16,
The resonator includes:
A pumping laser diode for outputting pumping light;
A wavelength division multiplexer for supplying light output from the pumping laser diode into the resonator;
An optical coupler for outputting a part of the light amount inside the resonator to the outside; And
An isolator for unidirectionally propagating pulses generated in the resonator;
And a long-term stability saturable absorber based pre-polarization maintaining fiber laser resonator.
제 22항에 있어서,
상기 편광축 차단 소자는,
상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러 및 상기 아이솔레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
23. The method of claim 22,
Wherein the polarization axis shielding element comprises:
Wherein the wavelength-division multiplexer, the optical coupler, and the isolator are at least one of the wavelength division multiplexer, the optical coupler, and the isolator.
제 22항에 있어서,
상기 공진기는,
상기 공진기 내부의 광섬유와 상기 포화흡수체를 연결하는 서큘레이터; 를 더 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
23. The method of claim 22,
The resonator includes:
A circulator connecting the optical fiber inside the resonator and the saturable absorber; Further comprising a long-term stable saturable absorber-based pre-polarization maintaining optical fiber laser resonator.
제 24항에 있어서,
상기 편광축 차단 소자는,
상기 파장분할 다중화기, 상기 광 커플러, 상기 아이솔레이터 및 상기 서큘레이터 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
25. The method of claim 24,
Wherein the polarization axis shielding element comprises:
Wherein the optical fiber coupler is any one of the wavelength division multiplexer, the optical coupler, the isolator, and the circulator.
제 1항 또는 제 16항에 있어서,
상기 공진기는,
상기 공진기의 후단에 광섬유를 이용하여 연결된 증폭기; 를 더 포함하며,
상기 증폭기는,
희토류 원소가 첨가된 광섬유로 이루어진 이득 매질;
펌핑 광을 출력하는 하나 이상의 펌핑 레이저 다이오드; 및
상기 이득 매질의 양단 중 어느 한단 또는 양단 모두에 구비되어 이득 매질을 단방향이나 양방향으로 펌핑하도록 상기 하나 이상의 펌핑 레이저 다이오드를 상기 이득매질에 연결하는, 하나 이상의 파장 분할 다중화기;
를 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.
17. The method of claim 1 or 16,
The resonator includes:
An amplifier connected to the rear end of the resonator using an optical fiber; Further comprising:
The amplifier includes:
A gain medium made of an optical fiber doped with a rare earth element;
One or more pumping laser diodes outputting pumping light; And
One or more wavelength division multiplexers provided at either or both ends of the gain medium to couple the at least one pumping laser diode to the gain medium to pump the gain medium in a unidirectional or bidirectional manner;
And a long-term stability saturable absorber based pre-polarization maintaining fiber laser resonator.
제 26항에 있어서,
상기 공진기는,
펄스에 처프를 가하여 펄스의 시간폭 퍼짐을 유발한 후 증폭기에 공급하도록, 상기 공진기와 증폭기 사이에 구비되는, 분산 보상 광섬유;
상기 증폭기를 통해 증폭된 펄스의 시간폭을 좁게 압축하도록 상기 증폭기의 후단에 구비되는 편광 유지 광섬유; 및
상기 압축된 펄스의 주파수 대역폭을 확장하도록 편광 유지 광섬유의 후단에 구비된 고비선형 광섬유;
를 포함하는, 장기간 안정성을 갖는 포화흡수체 기반의 전-편광 유지 광섬유 레이저 공진기.27. The method of claim 26,
The resonator includes:
A dispersion compensating optical fiber provided between the resonator and the amplifier so as to apply a chirp to the pulse to cause a time width spread of the pulse to be supplied to the amplifier;
A polarization maintaining optical fiber disposed downstream of the amplifier for narrowly compressing the time width of the pulse amplified by the amplifier; And
A high nonlinear optical fiber disposed at a rear end of the polarization maintaining optical fiber to expand the frequency bandwidth of the compressed pulse;
And a long-term stability saturable absorber based pre-polarization maintaining fiber laser resonator.
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