KR20210052029A - 비선형 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치 - Google Patents

비선형 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치 Download PDF

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김광훈
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Abstract

본 발명은 광섬유 펄스 레이저 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비선헝 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치에 관한 것이다.
본 발명에서는, 레이저를 증폭하는 이득 광섬유와, 상기 이득 광섬유를 광학 펌핑하기 위한 레이저 광원과, 입력된 레이저를 서로 다른 비율로 나누어 출력하는 비대칭 커플러를 구비하는 비선형 비선형 증폭 광학 루프 거울(NALM); 및 상기 비대칭 커플러를 거쳐 입사되는 레이저의 파장을 분산시키는 단일 모드 광섬유(single mode fiber)와, 상기 단일 모드 광섬유에서 분산된 레이저에 대한 대역 통과 필터링(band pass filtering)을 수행하는 대역 통과 필터를 구비하는 비증폭 주공진기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 펄스 레이저 장치를 개시한다.

Description

비선형 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치 {Fiber pulse laser device using nonlinear amplifying loop mirror}
본 발명은 광섬유 펄스 레이저 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비선헝 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치에 관한 것이다.
일반적으로 극초단 레이저 펄스는 짧은 펄스폭, 높은 첨두 출력 등의 우수한 특성을 가지는 바, 최근 광학 정보 처리, 데이터 통신, 초정밀 가공, 레이저 수술 등 다양한 분야에 응용되고 있다.
보다 구체적으로, 광섬유 펨토초 레이저는 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber, SMF)와 이득 매질(gain medium)로 구성되는 단방향 순환 공진기(unidirectional ring cavity)를 구비하여 후방 산란(back-scattering)을 감소시켜 자가 발진(self-starting)이 용이하며, 또한 동작 환경에 대한 안정성이 뛰어나고 제조 단가도 낮출 수 있어 광통신 등 여러 분야에서 활용 가능한 다양한 장점을 가지고 있다.
이에 대하여, 도 1에서는 종래의 비선형 증폭 광학 루프 거울(Nonlinear amplifying loop mirror, NALM)을 이용한 펨토초 펄스 발생기(oscillator)를 예시하고 있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 비선형 증폭 광학 루프 거울을 이용한 펨토초 펄스 발생기는 통상적으로 비선형 투과율을 갖는 비선형 증폭 광학 루프 거울(NALM)(40)과 이를 포함하는 주공진기(main cavity)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 비선형 증폭 광학 루프 거울(NALM)(40)은 광결합기(coupler)(41)를 구비하는 광학 루프 거울 내에 광학 증폭기가 추가되는 형태로 이득 광섬유(45)와 이를 광학 펌핑하기 위한 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)(42) 및 상기 레이저 다이오드(42)에서 나온 빛을 광섬유 내로 주입하기 위한 파장 분할 다중화기(Wavelength Division Multiplexer, WDM)(43)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 주공진기에도 이득 광섬유(gain fiber)(13)와 이를 광학 펌핑하기 위한 레이저 다이오드(LD)(12)가 구비된다.
그런데, 종래의 비선형 증폭 광학 루프 거울(Nonlinear amplifying loop mirror, NALM)을 이용한 펨토초 펄스 발생기(oscillator)는 주공진기에도 이득 광섬유(13)와 레이저 다이오드(12) 및 파장 분할 다중화기(11)가 구비되는 등 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 비선형 증폭 광학 루프 거울(40)에서 발생하는 이득과 주공진기의 증폭단(10)에서 발생하는 이득이 서로 상충하면서 펨토초 펄스 발생기(2)의 구동 상태가 불안정해지는 문제가 나타날 수 있었다.
또한, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 주공진기에서 이득 광섬유와 레이저 다이오드를 제거하고, 비선형 증폭 광학 루프 거울에서 생성되는 이득(gain)을 이용하여 레이저를 구동하는 방식도 시도되었으나, 이러한 방식에는 비선형 증폭 광학 루프 거울 내에서 발생하는 위상차에 의한 투과율 변조가 충분하지 못하여 레이저가 연속파(continuous wave) 상태에서 극초단 광펄스를 생성하는 모드 잠금(mode-locking) 상태로 전이되는 자가 발진(self-starting) 현상이 일어나기 어려우며, 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 상기 주공진기 내에 손실 변조기(50)와 이를 구동하는 전기 신호원(52)를 추가적으로 구비하여야 하는 문제가 따른다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0021188호(2013.03.05)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 광섬유 펄스 레이저 장치의 구조를 단순하게 구성하여 소요되는 부품을 줄이고 단가를 절감하면서 동시에 안정적인 동작을 구현할 수 있는 비선헝 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치는, 레이저를 증폭하는 이득 광섬유와, 상기 이득 광섬유를 광학 펌핑하기 위한 레이저 광원과, 입력된 레이저를 서로 다른 비율로 나누어 출력하는 비대칭 커플러를 구비하는 비선형 비선형 증폭 광학 루프 거울(NALM); 및 상기 비대칭 커플러를 거쳐 입사되는 레이저의 파장을 분산시키는 단일 모드 광섬유(single mode fiber)와, 상기 단일 모드 광섬유에서 분산된 레이저에 대한 대역 통과 필터링(band pass filtering)을 수행하는 대역 통과 필터를 구비하는 비증폭 주공진기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 이득 광섬유는, 상기 비대칭 커플러로부터 시계 방향으로 이격된 제1 거리와, 반시계 방향으로 이격된 제2 거리가 서로 상이한 비대칭 위치에 구비될 수 있다.
또한, 비대칭 커플러는, 입력된 레이저를 40:60 내지 30:70의 범위 내의 비율로 나누어 출력할 수 있다.
또한, 상기 비선형 비선형 증폭 광학 루프 거울의 제1 구간에는, 상기 이득 광섬유와, 상기 레이저 광원에서 생성된 레이저를 상기 이득 광섬유로 인가하기 위한 파장 분할 다중화기(WDM)가 구비되고, 상기 제1 구간에 대향하는 제2 구간에는 단일 모드 광섬유가 구비될 수 있다.
또한, 상기 비증폭 주공진기에는, 상기 레이저가 미리 정해진 방향으로만 진행하도록 제한하는 아이솔레이터(isolator)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 비증폭 주공진기에서는, 상기 레이저가 상기 비증폭 주공진기의 전체 구간을 진행하더라도 그 세기가 증폭되지 않을 수 있다.
또한, 상기 비증폭 주공진기에서, 상기 단일 모드 광섬유를 진행한 레이저는 후속하는 대역 통과 필터를 거치면서 대역 통과 필터링될 수 있다.
또한, 상기 비증폭 주공진기에서, 상기 단일 모드 광섬유의 길이는 상기 대역 통과 필터의 통과 대역폭을 고려하여 결정될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 비선헝 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치에서는, 주공진기에서 광학 증폭기를 제거하고 자가 발진(self-starting) 성능을 개선하기 위하여 광학 대역 통과 필터(optical bandpass filter)를 추가하여 주공진기 내에 손실 변조기를 구비하지 않고도 안정적으로 자가 발진(self-starting)할 수 있는 비선헝 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치를 개시한다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1과 도 2는 종래의 따른 레이저 발생 장치의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치의 구체적인 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치의 비증폭 주공진기에서의 레이저의 진행에 따른 파형을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 광학 루프 거울을 이용한 광섬유 펄스 레이저 장치의 특성을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.
이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에 대한 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 차례로 설명한다.
먼저, 도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)의 블록도가 도시되어 있다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)는, 레이저를 증폭하는 이득 광섬유(111)와, 상기 이득 광섬유를 광학 펌핑하기 위한 레이저 광원(112)과, 입력된 레이저를 서로 다른 비율로 나누어 출력하는 비대칭 커플러(113)를 구비하는 비선형 비선형 증폭 광학 루프 거울(NALM)(110), 및 상기 비대칭 커플러(113)를 거쳐 입사되는 레이저의 파장을 분산시키는 단일 모드 광섬유(single mode fiber)(121)와, 상기 단일 모드 광섬유(121)에서 분산된 레이저에 대한 대역 통과 필터링(band pass filtering)을 수행하는 대역 통과 필터(122)를 구비하는 비증폭 주공진기(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서는 장치의 구조를 단순하게 구성하여 소요되는 부품을 줄이고 단가를 절감하면서 동시에 안정적인 동작을 구현할 수 있게 된다.
또한, 도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)의 구체적인 구성 및 동작을 설명하고 있다.
이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)를 각 구성별로 나누어 보다 자세하게 살핀다.
먼저, 상기 증폭 광학 루프 거울(Nonlinear Amplifying Loop Mirror, NALM)(110)에는 이득 광섬유(111)와 레이저 광원(112) 및 비대칭 커플러(113)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 이득 광섬유(111)에서는 상기 비선형 증폭 광학 루프 거울(110)을 진행하는 레이저를 증폭하게 된다.
여기서, 상기 이득 광섬유(111)는 도 4에 도시된 바와 같이 이터븀(Ytterbium, Yb) 도핑 광섬유로 구성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 에르븀(Erbium, Ef), 네오디뮴(Neodymium), 홀뮴(Holmium) 등의 희토류가 도핑된 광섬유 등 레이저를 증폭할 수 있는 다양한 광섬유로 구현하는 것이 가능하다.
또한, 상기 레이저 광원(112)에서는 미리 정해진 파장의 레이저를 생성하여 상기 이득 광섬유(111)를 광학 펌핑(optical pumping)하게 된다.
보다 구체적으로, 도 4에서는 상기 레이저 광원(112)으로서 976nm 파장의 레이저를 생성하는 레이저 다이오드(Lazer Diode, LD)를 사용하는 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 사용 용도에 따라 정해지는 파장의 레이저를 생성할 수 있는 다양한 장치가 사용될 수 있다.
상기 레이저 광원(112)에서 생성된 레이저는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 파장 분할 다중화기(Wavelength Division Multiplexer, WDM)(114)를 거쳐 상기 이득 광섬유(111)로 인가될 수 있다.
또한, 상기 비대칭 커플러(113)는 입력된 레이저를 서로 다른 비율로 나누어 출력하게 된다.
이때, 도 4에서는 상기 비대칭 커플러(113)가 40:60의 비율로 비대칭 출력하는 예를 들고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 나아가 상기 비대칭 커플러(113)는 입력된 레이저를 40:60 내지 30:70의 범위 내의 비율로 나누어 출력할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서는, 상기 비대칭 커플러에 의하여 루프 내에서 시계 방향(도 4의 ① 방향)과 반시계 방향(도 4의 ② 방향)으로 진행하는 레이저의 위상차가 대칭 커플러(50:50)의 경우보다 커지게 되어 자가 발진이 보다 용이하게 발생할 수 있게 된다.
또한, 상기 비선형 비선형 증폭 광학 루프 거울(110)에서, 상기 이득 광섬유(111)는 상기 비대칭 커플러(113)로부터 시계 방향(도 4의 ① 방향)으로 이격된 제1 거리(도 4에서 L1 + L2 + L3)와, 반시계 방향(도 4의 ② 방향)으로 이격된 제2 거리(도 4에서 L5)가 서로 상이한 비대칭 위치에 구비될 수 있다.
나아가, 상기 비선형 비선형 증폭 광학 루프 거울(110)의 제1 구간(도 4의 (A) 구간)에는 상기 이득 광섬유(111)와, 상기 레이저 광원에서 생성된 레이저를 상기 이득 광섬유로 인가하기 위한 파장 분할 다중화기(114)가 구비되고, 상기 제1 구간에 대향하는 제2 구간(도 4의 (B) 구간)에는 단일 모드 광섬유가 구비될 수 있다.
또한, 상기 비증폭 주공진기(Non-amplifying Main Cavity)(120)에는 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber, SMF)(121)와 대역 통과 필터(Band Pass Filter, BPF)(122)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 단일 모드 광섬유(121)에서는 상기 비대칭 커플러(113)를 거쳐 입사되는 레이저의 파장을 분산시키게 된다.
보다 구체적으로, 상기 비선형 증폭 루프 거울(110)에서 출력되는 레이저 광펄스는 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 출력 커플러(124)를 거치면서 일부가 분할되어 외부 장치 등으로 출력되며, 나머지 부분은 상기 단일 모드 광섬유(도 4에서 SMF2)(121)를 거치면서 군속도 분산(group velocity dispersion)을 겪게 되며, 이에 따라 상기 레이저 광펄스의 파장 성분이 시간축 상에서 분산되어 구배를 가지게 된다.
이에 대하여, 도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)의 비증폭 주공진기(120)에서의 레이저의 진행에 따른 파형을 예시하고 있다.
보다 구체적으로, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 비증폭 주공진기(120)에서 상기 비선형 증폭 루프 거울(110)로부터 입사된 레이저 광펄스(도 5의 (A))는 상기 단일 모드 광섬유(121)를 거치면서(도 5의 (B)), 군속도 분산(group velocity dispersion)에 따라 상기 레이저 광펄스의 파장 성분이 시간축 상에서 분산되어 구배를 가지게 된다(도 5의 (C)).
이어서, 상기 대역 통과 필터(122)는 상기 단일 모드 광섬유(121)에서 분산된 레이저에 대한 대역 통과 필터링(band pass filtering)을 수행하게 된다.
이에 따라, 상기 단일 모드 광섬유(121)를 진행한 레이저는 후속하는 대역 통과 필터(122)를 거치면서 대역 통과 필터링된다.
보다 구체적으로, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 단일 모드 광섬유(121)에서 출력된 레이저 광펄스는 파장이 시간축 상에서 분산된 구배를 가지게 되며(도 5의 (C)), 이어서 상기 레이저 광펄스가 상기 대역 통과 필터(122)를 통과하게 되면서(도 5의 (D)) 상기 레이저 광펄스에서 세기(intensity)가 낮은 양측 부분을 잘라내는 스펙트럴 필터링(spectral filtering)을 통해 세기 변조 효과를 가지게 된다(도 5의 (E)).
이때, 상기 비증폭 주공진기(120)에서, 상기 단일 모드 광섬유(121)의 길이는 상기 대역 통과 필터(122)의 통과 대역폭을 고려하여 결정될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 단일 모드 광섬유(121)를 거친 레이저 광펄스의 분산 정도는 상기 단일 모드 광섬유(121)의 길이에 비례하므로, 상기 단일 모드 광섬유(121)의 길이는 상기 대역 통과 필터(122)의 통과 대역폭에 대응하는 길이로 구성함으로써 요구되는 펄스 레이저 신호를 효과적으로 생성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서, 상기 비증폭 주공진기(120)에는 아이솔레이터(isolator)(123)가 구비되어 상기 비증폭 주공진기(120)의 루프 내에서 레이저가 미리 정해진 방향(예를 들어, 도 4에서 ③ 방향)으로만 진행하도록 제한할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서, 상기 비증폭 주공진기(120)에는 이득 광섬유 등 별도의 증폭 수단이 구비되지 않으며, 이에 따라 상기 레이저가 상기 비증폭 주공진기의 전체 구간을 진행하더라도 그 세기가 증폭되지 않게 된다.
또한, 도 6에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)의 특성을 보여주는 그래프를 도시하고 있다.
보다 구체적으로, 도 6에서는 도 4의 비선형 증폭 광학 루프 거울(110)과 비증폭 주공진기(120)를 구비하는 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서 생성된 펨토초 레이저 펄스의 특성을 보여준다.
먼저, 도 6(a)에서 볼 수 있는 바와 같이 출력 커플러(124)를 통해 출력된 펨토초 레이저 펄스의 중심 파장은 1032nm이고 반치 전폭(Full Width Half Maximum, FWHM)은 9.11nm이며, 또한 도 6(b)에서 볼 수 있는 바와 같이 펄스폭 늘임 현상으로 4.9ps를 가지게 된다.
또한, 도 6(c)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)가 스스로 모드 잠금(mode-locking)되어 자가 발진(self-starting)하는 것을 확인하였으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서 생성된 레이저의 반복률은 16.96MHz이었다.
또한, 도 6(d)에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서 0 ~ 3GHz 대역의 주파수 스펙트럼을 보여주고 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서 세기 변조 없이 안정적인 펄스열의 생성이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서는, 비선형 증폭 광학 루프 거울(110)을 구성하는 비대칭 커플러(113)의 분기 비율을 비대칭으로 구성하여, 상기 비선형 증폭 광학 루프 거울(110)을 서로 반대 방향으로 순환하는 두 광펄스 간의 위상차를 강화시키고, 비증폭 주공진기(120) 내에 대역 통과 필터(122)와 상기 대역 통과 필터(122)의 대역폭에 대응하는 길이를 가지는 단일 모드 광섬유(121)를 구비하여, 광섬유 펄스 레이저 장치(100)의 구조를 단순하게 구성하여 소요되는 부품을 줄이고 단가를 절감하면서 동시에 안정적인 펄스 생성이 가능하도록 하였다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 펄스 레이저 장치(100)에서는, 종래 펨토초 모드 잠금 레이저 장치에서 폭넓게 사용되었던 반도체 포화 흡수체 거울(Semiconductor Saturable Absorber Mirror, SESAM)을 대체할 수 있는 기술로서 반도체 포화 흡수체 거울(SESAM)이 가지는 성능 감쇠(degradation), 열 손상(thermal damage), 높은 세기 잡음(intensity noise) 등의 기술적 한계를 해결할 수 있다는 장점을 가지며, 이에 따라 반도체 포화 흡수체 거울(SESAM)의 기술적 문제점을 해결할 수 있는 펨토초 레이저 응용 분야 등에도 다양하게 활용이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 광섬유 펄스 레이저 장치
110 : 비선형 증폭 광학 루프 거울
111 : 이득 광섬유
112 : 레이저 광원
113 : 비대칭 커플러
114 : 파장 분할 다중화기
115 : 단일 모드 광섬유
120 : 비증폭 주공진기
121 : 단일모드 광섬유
122 : 대역 통과 필터
123 : 아이솔레이터
124 : 출력 커플러

Claims (8)

  1. 레이저를 증폭하는 이득 광섬유와,
    상기 이득 광섬유를 광학 펌핑하기 위한 레이저 광원과,
    입력된 레이저를 서로 다른 비율로 나누어 출력하는 비대칭 커플러를 구비하는 비선형 비선형 증폭 광학 루프 거울(NALM); 및
    상기 비대칭 커플러를 거쳐 입사되는 레이저의 파장을 분산시키는 단일 모드 광섬유(single mode fiber)와,
    상기 단일 모드 광섬유에서 분산된 레이저에 대한 대역 통과 필터링(band pass filtering)을 수행하는 대역 통과 필터를 구비하는 비증폭 주공진기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 펄스 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이득 광섬유는,
    상기 비대칭 커플러로부터 시계 방향으로 이격된 제1 거리와, 반시계 방향으로 이격된 제2 거리가 서로 상이한 비대칭 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유 펄스 레이저 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    비대칭 커플러는,
    입력된 레이저를 40:60 내지 30:70의 범위 내의 비율로 나누어 출력하는 것을 특징으로 하는 광섬유 펄스 레이저 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비선형 비선형 증폭 광학 루프 거울의 제1 구간에는,
    상기 이득 광섬유와, 상기 레이저 광원에서 생성된 레이저를 상기 이득 광섬유로 인가하기 위한 파장 분할 다중화기(WDM)가 구비되고,
    상기 제1 구간에 대향하는 제2 구간에는 단일 모드 광섬유가 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유 펄스 레이저 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비증폭 주공진기에는,
    상기 레이저가 미리 정해진 방향으로만 진행하도록 제한하는 아이솔레이터(isolator)가 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유 펄스 레이저 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비증폭 주공진기에서는,
    상기 레이저가 상기 비증폭 주공진기의 전체 구간을 진행하더라도 그 세기가 증폭되지 않는 것을 특징으로 하는 광섬유 펄스 레이저 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 비증폭 주공진기에서,
    상기 단일 모드 광섬유를 진행한 레이저는 후속하는 대역 통과 필터를 거치면서 대역 통과 필터링되는 것을 특징으로 하는 광섬유 펄스 레이저 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 비증폭 주공진기에서,
    상기 단일 모드 광섬유의 길이는 상기 대역 통과 필터의 통과 대역폭을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 펄스 레이저 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130021188A (ko) 2011-08-22 2013-03-05 한국전기연구원 레이저 다이오드 광펌핑 모듈을 이용한 펨토초 레이저 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130021188A (ko) 2011-08-22 2013-03-05 한국전기연구원 레이저 다이오드 광펌핑 모듈을 이용한 펨토초 레이저 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102661706B1 (ko) * 2022-11-23 2024-04-29 한국전기연구원 커플러를 갖는 모드잠금 광섬유 레이저

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