KR20210059310A - Ultrashort pulse laser apparatus using heating element - Google Patents

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노승국
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Abstract

The present invention relates to an ultra-short laser pulse generating device using a heating element. According to an embodiment, the ultra-short laser pulse generating device comprises: a gain medium made of an active optical fiber; an optical fiber connecting a first end and a second end of the gain medium to form an optical path; a pump light source for providing pump light toward a second end side of the gain medium; a light shield machine installed at a first end side of the gain medium in the optical path; a polarizing filter installed in the optical path and passing only one light of a polarization state; and a mode locking unit disposed adjacent to the optical fiber and including a plurality of heating modules individually including one or more heating elements and a power supply unit for applying power to each heating element of the plurality of heating modules.

Description

발열소자를 이용한 극초단 펄스 레이저 생성장치 {Ultrashort pulse laser apparatus using heating element} Ultrashort pulse laser apparatus using heating element

본 발명은 펄스 레이저 생성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발열소자를 이용하여 극초단 펄스 레이저를 생성할 수 있는 펄스 레이저 생성장치에 관한 것이다. The present invention relates to a pulse laser generator, and more particularly, to a pulse laser generator capable of generating an ultra-short pulse laser using a heating element.

정밀 측정이나 가공을 위해 레이저가 사용되는데 최근에 극초단 펄스 레이저가 널리 이용되기 시작하였다. 극초단 펄스 레이저는 펨토초 레이저라고도 하며 수 펨토초에서 수 피코초의 매우 짧은 펄스폭을 갖는 레이저이며, 열 손상 및 균열 등이 거의 발생하지 않아 초정밀 가공을 필요로 하는 레이저 가공, 디스플레이, 바이오, 의료, 반도체 등 다양한 분야에서 수요가 증가하고 있다. Lasers are used for precise measurement or processing, but ultrashort pulse lasers have recently begun to be widely used. Ultra-short pulse laser, also called femtosecond laser, is a laser with a very short pulse width from several femtoseconds to several picoseconds, and rarely causes thermal damage and cracks, so laser processing, display, bio, medical, and semiconductor that require ultra-precision processing. The demand is increasing in various fields such as.

종래에 비선형 편광 회전(NPR) 방법을 이용하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 광섬유 레이저 장치는 편광 조절을 위해 내부에 여러 개의 편광판(wave plate)들을 삽입하고 편광판을 회전시켜서 극초단 펄스 레이저를 생성하였다. 그러나 편광판을 사용할 경우 광섬유만으로 레이저 장치를 구성하지 못하고 광섬유에서 레이저 광이 나와서 편광판 및 광학계를 지나 다시 광섬유에 집광되도록 구성하였으며, 편광판을 조절하는 편광조절 광학계와 광섬유에 집광하는 광학계가 추가됨으로 인해 장치 부피가 커지고 외부 진동 또는 온도 변화로 인해 광학계 정렬이 틀어져 레이저의 성능이 저하되는 문제가 있다.Conventionally, a fiber laser device that generates an ultra-short pulse laser using a nonlinear polarization rotation (NPR) method generates ultra-short pulse lasers by inserting a plurality of polarizing plates inside to control polarization and rotating the polarizing plate. . However, when a polarizing plate is used, the laser device cannot be configured with only the optical fiber, but the laser light comes out of the optical fiber and passes through the polarizing plate and the optical system and is again condensed to the optical fiber. There is a problem in that the performance of the laser is deteriorated due to an increase in volume and misalignment of the optical system due to external vibration or temperature change.

특허문헌1: 한국 공개특허 제2017-0069681호 (2017년 6월 21일 공개)Patent Document 1: Korean Patent Application Publication No. 2017-0069681 (published on June 21, 2017) 특허문헌2: 한국 등록특허 제10-1501509호 (2015년 3월 11일 공고)Patent Document 2: Korean Patent Registration No. 10-1501509 (announced on March 11, 2015)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발열소자를 이용하여 광섬유 레이저 내부의 레이저 광의 편광을 조절함으로써 극초단 펄스 레이저를 생성할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been conceived to solve the above problem, and an object of the present invention is to provide an apparatus capable of generating an ultra-short pulse laser by controlling the polarization of laser light inside an optical fiber laser using a heating element.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 발열소자를 이용한 극초단 레이저 펄스 생성장치로서, 능동 광섬유로 이루어진 이득매질(gain medium); 상기 이득매질의 제1 단부와 제2 단부를 연결하여 광경로를 형성하는 광섬유; 상기 이득매질의 제2 단부측으로 펌프광을 제공하는 펌프 광원; 상기 광경로 중 상기 이득매질의 제1 단부측에 설치되는 광차폐기; 상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 편광필터; 및 상기 광섬유에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈 및 복수개 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 모드 잠금부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 레이저 펄스 생성장치를 개시한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for generating ultra-short laser pulses using a heating element, comprising: a gain medium made of an active optical fiber; An optical fiber connecting the first end and the second end of the gain medium to form an optical path; A pump light source providing a pump light to the second end side of the gain medium; An optical shield installed on the first end side of the gain medium of the optical path; A polarization filter installed in the optical path and passing only light in one polarization state; And a mode locking unit disposed adjacent to the optical fiber and including a plurality of heating modules each comprising one or more heating elements and a power supply unit for applying power to each heating element of the plurality of heating modules. Start a pulse generating device.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 발열소자를 이용한 극초단 레이저 펄스 생성장치로서, 제1 단부와 제2 단부를 가지며 선형(linear) 광경로를 형성하는 광섬유; 상기 광경로 상에 배치되며 능동 광섬유로 이루어진 이득매질(gain medium); 이득매질의 제1 단부측에 펌프광을 제공하는 펌프 광원; 광섬유의 제1 단부에 설치되며 소정 반사율로 광을 반사시키는 제1 반사기; 광섬유의 제2 단부에 설치되며 광을 선택적으로 반사 또는 통과시키는 제2 반사기; 상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 편광필터; 및 상기 광섬유에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈 및 각각의 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 모드 잠금부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 레이저 펄스 생성장치를 개시한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided an ultrashort laser pulse generator using a heating element, comprising: an optical fiber having a first end and a second end and forming a linear optical path; A gain medium disposed on the optical path and made of an active optical fiber; A pump light source providing a pump light to the first end side of the gain medium; A first reflector installed at the first end of the optical fiber and reflecting light at a predetermined reflectance; A second reflector installed at the second end of the optical fiber and selectively reflecting or passing light; A polarization filter installed in the optical path and passing only light in one polarization state; And a mode locking unit disposed adjacent to the optical fiber and including a plurality of heating modules each including one or more heating elements and a power supply for applying power to each heating element of each heating module. Disclosed is a laser pulse generator.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 레이저 생성장치는 펄스 생성을 위한 편광 조절을 위해 편광판이나 다른 광학소자를 사용할 필요가 없고 광섬유에 열을 가하여 편광 조절을 함으로써 간단한 구성과 낮은 가격으로 극초단 펄스 레이저를 생성할 수 있다. The pulsed laser generator according to an embodiment of the present invention does not require the use of a polarizing plate or other optical element to control polarization for generating pulses, and by applying heat to the optical fiber to adjust the polarization, the ultrashort pulse laser can be achieved with a simple configuration and low cost. Can be generated.

또한 본 발명의 펄스 레이저 생성장치는 광섬유 만으로 구성이 가능하기 때문에 외부 진동이나 환경 변화에 의해 광학계의 정렬이 틀어져 성능이 저하되는 문제가 없고 아주 작은 크기의 극초단 펄스 레이저 장치를 구현하는 것도 가능해진다.In addition, since the pulsed laser generator of the present invention can be composed of only optical fibers, there is no problem of deteriorating performance due to misalignment of the optical system due to external vibrations or environmental changes, and it is also possible to implement an ultra-short pulse laser device of a very small size. .

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 생성장치의 설명하는 도면,
도2는 광섬유 굴절률 변화를 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따른 발열 모듈을 설명하는 도면,
도4는 대안적 실시예에 따른 발열 모듈을 설명하는 도면,
도5는 또 다른 대안적 실시예에 따른 발열 모듈을 설명하는 도면,
도6은 일 실시예에 따라 발열 소자를 가열하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 방법을 설명하는 흐름도,
도7은 발열 소자에 인가하는 예시적인 전압 파형을 나타내는 도면,
도8은 또 다른 실시예에 따라 발열 소자를 가열하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 방법을 설명하는 흐름도,
도9 내지 도11은 극초단 펄스 레이저 생성장치의 대안적 실시예들을 설명하는 도면이다.
1 is an explanatory diagram of an ultrashort pulse laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram illustrating a change in refractive index of an optical fiber;
3 is a diagram illustrating a heating module according to an embodiment;
4 is a diagram illustrating a heating module according to an alternative embodiment;
5 is a view for explaining a heating module according to another alternative embodiment,
6 is a flowchart illustrating a method of generating an ultra-short pulse laser by heating a heating element according to an embodiment;
7 is a diagram showing an exemplary voltage waveform applied to a heating element;
8 is a flowchart illustrating a method of generating an ultra-short pulse laser by heating a heating element according to another embodiment;
9 to 11 are diagrams illustrating alternative embodiments of an ultrashort pulse laser generating apparatus.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprise" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other components.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, a number of specific contents have been prepared to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, readers who have knowledge in this field enough to understand the present invention It can be recognized that it can be used without specific content. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not significantly related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the invention.

한편 본 명세서에서 특별한 구별의 실익이 없는 한 '광', '빛', '레이저', '레이저 광', '레이저 빔' 등의 용어를 동일한 의미로 사용하기로 하며 따라서 본 명세서에서 이들 용어는 서로 치환 가능하다. Meanwhile, in the present specification, terms such as'light','light','laser','laser light', and'laser beam' will be used as the same meaning unless there is a particular benefit of distinction. Therefore, in the present specification, these terms are They can be substituted with each other.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 생성장치의 개략적으로 도시하였다. 도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저 생성장치(이하 간단히 "레이저 생성장치"라고도 함)는 링(ring) 타입의 폐경로를 이루는 광섬유(10), 펌프 광원(20), 파장분할 다중결합기(WDM)(30), 이득매질(40), 광차폐기(50), 편광필터(70), 커플러(80), 및 모드 잠금부(60)를 포함할 수 있다. 1 is a schematic diagram of an ultrashort pulse laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to the drawings, an ultra-short pulse laser generator (hereinafter, simply referred to as a "laser generator") according to an embodiment includes an optical fiber 10, a pump light source 20, and a wavelength forming a ring-type closed path. A division multiplexer (WDM) 30, a gain medium 40, a light shield 50, a polarization filter 70, a coupler 80, and a mode lock unit 60 may be included.

광섬유(10)는 일반적인 수동(passive) 타입의 광섬유를 사용할 수 있다. 광섬유(10)의 양 끝단이 이득매질(40)의 양쪽 단부와 각각 결합함으로써 링 캐비티(ring cavity) 타입의 광섬유 레이저를 위한 폐경로를 구성한다. The optical fiber 10 may be a general passive type optical fiber. Both ends of the optical fiber 10 are coupled with both ends of the gain medium 40 to form a closed path for a ring cavity type fiber laser.

펌프 광원(20)은 펌프광을 생성하여 이를 이득매질(40)로 공급한다. 펌프 광원(20)은 레이저 다이오드(LD) 등으로 구현될 수 있고, 예를 들어 이득매질(200의 흡수광 파장(예컨대 980nm)에 해당하는 광을 펌핑하여 파장분할 다중결합기(WDM)(30)을 통해 이득매질(40)로 공급한다. The pump light source 20 generates pump light and supplies it to the gain medium 40. The pump light source 20 may be implemented as a laser diode (LD), for example, a wavelength division multiplexer (WDM) 30 by pumping light corresponding to the absorption light wavelength of 200 (for example, 980 nm). It is supplied to the gain medium 40 through.

이득매질(40)은 예를 들어 능동(active) 광섬유로 구성될 수 있다. 능동 광섬유는 광섬유의 코어 부분에 희토류 원소가 첨가된 광섬유이다. 능동 광섬유에 첨가하는 희토류 원소는 파장에 따라 여러 종류가 있지만 일반적으로 어븀(Er), 이터븀(Yb) 및 툴륨(Tm) 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 어븀이 도핑된 광섬유(Erbium Doped Fiber, EDF)의 이득매질(40)은 980nm 또는 1480nm 파장을 흡수대역으로 하고 1550nm 파장을 중심으로 넓은 방출 대역을 가지며, 이터븀이 도핑된 광섬유(Ytterbium Doped Fiber, YDF)의 이득매질(40)은 980nm의 파장을 흡수대역으로 하고 1030nm 파장을 중심으로 수십 nm의 넓은 방출 대역을 가질 수 있다. The gain medium 40 may be composed of, for example, an active optical fiber. An active optical fiber is an optical fiber in which a rare earth element is added to the core of the optical fiber. There are several types of rare earth elements added to the active optical fiber, but erbium (Er), ytterbium (Yb), and thulium (Tm) can be used in general. For example, the gain medium 40 of an erbium doped fiber (EDF) has a wavelength of 980 nm or 1480 nm as an absorption band, a wide emission band centered on a wavelength of 1550 nm, and a ytterbium-doped optical fiber (Ytterbium The gain medium 40 of Doped Fiber, YDF) may have a wavelength of 980 nm as an absorption band and a wide emission band of several tens of nm around a wavelength of 1030 nm.

광차폐기(50)는 한쪽 방향으로만 광을 통과시키는 광학소자이며 이득매질(40)의 한쪽 단부측에 설치된다. 편광필터(70)는 광섬유(10)의 광경로의 임의의 위치에 설치될 수 있고 하나의 편광상태의 광만 통과시킬 수 있다. 커플러(80)는 커플러(80)로 들어온 광의 일부를 분할하여 외부로 출력할 수 있다.The light shield 50 is an optical element that passes light in only one direction, and is installed at one end side of the gain medium 40. The polarization filter 70 may be installed at any position in the optical path of the optical fiber 10 and may pass only light of one polarization state. The coupler 80 may divide a part of the light that has entered the coupler 80 and output it to the outside.

모드 잠금부(60)는 이득매질(40)에서 생성되어 광섬유(10)를 순환하는 레이저 광의 편광상태를 조절하여 극초단 펄스 레이저를 생성한다. 본 명세서에서 '극초단 펄스'은 예를 들어 수 펨토초(femto-second) 내지 수 피코초(pico-second)의 주파수를 갖는 펄스를 의미한다. The mode locking unit 60 generates an ultra-short pulse laser by adjusting the polarization state of the laser light generated in the gain medium 40 and circulating through the optical fiber 10. In the present specification, the'ultra-short pulse' means, for example, a pulse having a frequency of several femto-seconds to several pico-seconds.

일 실시예에서 모드 잠금부(60)는 광섬유(10)에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈 및 각각의 발열모듈에 전압을 인가하는 전원부(62), 그리고 전원부(62)를 제어하는 제어부(61)를 포함한다. 도시한 실시예의 경우 상기 복수개의 발열모듈은 2개의 발열모듈, 즉 편광필터(70)의 전단과 후단에 차례로 배열된 제1 발열모듈(HM1)과 제2 발열모듈(HM2)로 구성될 수 있다. 각 발열모듈(HM1,HM2)은 하나 이상의 발열소자를 포함할 수 있다. 그러나 구체적 실시 형태에 따라 발열모듈의 개수나 설치 위치 및 발열소자의 개수가 달라질 수 있다. In one embodiment, the mode lock unit 60 is disposed adjacent to the optical fiber 10 and includes a plurality of heating modules each comprising one or more heating elements, a power supply unit 62 for applying a voltage to each heating module, and a power supply unit 62 ) And a control unit 61 for controlling. In the illustrated embodiment, the plurality of heating modules may be composed of two heating modules, that is, a first heating module HM1 and a second heating module HM2, which are sequentially arranged at the front and rear ends of the polarizing filter 70. . Each of the heating modules HM1 and HM2 may include one or more heating elements. However, depending on the specific embodiment, the number of heating modules, installation locations, and the number of heating elements may vary.

상술한 구성에 따른 광섬유 레이저의 레이저 생성 과정을 간단히 설명하기로 한다. 우선 펌프 광원(20)에서 900nm 내지 1000nm 사이의 파장대역을 갖는 펌프광을 생성하고 WDM(30)을 통해 이득매질(40)로 공급한다. 펌프광은 이득매질(40)의 능동 광섬유에 도핑된 이득물질을 여기시켜 높은 에너지 준위 갖게 하고, 여기된 능동 광섬유 내의 이득물질은 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 떨어지며 광자(photon)들을 방출한다. 예를 들어 어븀 도핑된 광섬유(EDF)는 1550nm 파장의 레이저 광을 방출하고 이터븀 도핑된 광섬유(YDF)는 1030nm의 레이저 광을 방출한다. 이 때 레이저 광의 각 광자들의 위상 상태나 파장은 일정하지 않은 무작위 상태이다. The laser generation process of the fiber laser according to the above-described configuration will be briefly described. First, pump light having a wavelength band between 900 nm and 1000 nm is generated by the pump light source 20 and supplied to the gain medium 40 through the WDM 30. The pump light excites the gain material doped in the active optical fiber of the gain medium 40 to have a high energy level, and the gain material in the excited active optical fiber falls from a high energy level to a low energy level and emits photons. For example, an erbium-doped optical fiber (EDF) emits laser light of 1550 nm, and a ytterbium-doped optical fiber (YDF) emits laser light of 1030 nm. At this time, the phase state or wavelength of each photon of the laser light is not constant and is a random state.

생성된 광자들 중 이득매질(40)에서 광차폐기(50) 방향으로 진행하는 광자들은 광차폐기(50)에 의해 차단되고 WDM(30) 방향으로만(즉 도1에서 시계방향으로) 진행한다. WDM(30)에서 (어븀의 경우) 1550nm 또는 (이터븀의 경우) 1030nm의 광자들이 WDM(30)을 통과하여 편광필터(70) 방향으로 진행하고, 편광 필터(70)에서 편광 필터와 동일한 편광 방향의 광자들만 투과한다. 이렇게 편광 필터링된 광자들은 커플러(80)와 광차폐기(50)를 지나 다시 이득매질(40)로 진행하며 광학 캐비티(optical cavity)를 형성하게 된다. Among the generated photons, photons traveling from the gain medium 40 toward the light shield 50 are blocked by the light shield 50 and proceed only in the direction of the WDM 30 (ie, clockwise in FIG. 1). In the WDM 30, photons of 1550 nm (in the case of erbium) or 1030 nm (in the case of ytterbium) pass through the WDM 30 and proceed in the direction of the polarization filter 70, and the polarization in the polarization filter 70 is the same as the polarization filter. Only photons in the direction are transmitted. The polarization-filtered photons pass through the coupler 80 and the light shield 50 and proceed to the gain medium 40 again to form an optical cavity.

이득매질(40)의 능동 광섬유로 입사된 광자들은 여기되어 있는 이득물질로부터 위상과 파장이 동일한 복제된 광자를 생성하며, 광자들은 광학 캐비티를 계속 순환하며 복제된 광자들을 생성하는 유도방출 과정을 통해 레이저 광을 발생시킨다. 이 때 생성된 레이저 광은 처음 레이저를 발진시킨 광자들이 복제 및 증폭되어 단일 파장을 가지는 레이저 광이다. 그리고 이 순환 과정에서 커플러(80)에서 일정 비율의 레이저 광을 레이저 출력으로 외부로 방출할 수 있다. Photons incident on the active optical fiber of the gain medium 40 generate replicated photons of the same phase and wavelength from the excited gain material, and the photons continue to circulate through the optical cavity to generate replicated photons through an induced emission process. It generates laser light. The laser light generated at this time is a laser light having a single wavelength by copying and amplifying the photons that initially oscillated the laser. In this circulation process, the coupler 80 may emit laser light of a certain ratio to the outside as a laser output.

광학 캐비티 내부의 레이저 광의 강도가 세지게 되면 빛의 강도에 따라 자기위상변조(self-phase modulation), FWM(four-wave mixing), 커 효과(Kerr effect)와 같은 비선형 현상이 발생하게 되어 진행하는 레이저 광의 편광상태와 주파수의 성분 등이 변하게 된다. 이러한 비선형 현상과 더불어 캐비티 내부의 분산(dispersion) 조건과 캐비티 내부를 진행하는 빛의 편광 조건을 적절히 조절하게 되면 펄스폭이 수 펨토초에서 수 피코초 사이의 펄스폭을 갖는 극초단 펄스 레이저를 생성할 수 있다. When the intensity of the laser light inside the optical cavity increases, nonlinear phenomena such as self-phase modulation, FWM (four-wave mixing), and Kerr effect occur according to the intensity of the light. The polarization state and frequency components of the laser light are changed. In addition to this nonlinear phenomenon, if the dispersion condition inside the cavity and the polarization condition of the light traveling inside the cavity are properly adjusted, it is possible to generate an ultrashort pulse laser with a pulse width between several femtoseconds and several picoseconds. I can.

본 발명의 일 실시예에서 이러한 극초단 펄스를 생성할 수 있는 편광상태를 만들기 위해 광섬유(10)의 일부에 열을 가할 수 있는 발열소자를 사용한다. 이와 관련하여 도2는 가열에 의해 광섬유의 굴절률 변화를 나타내는 도면으로 도2(a)는 광섬유(10) 일부의 길이방향의 단면이고 도2(b)는 폭방향의 단면을 개략적으로 도시하였다. 가장 일반적이고 간단한 형태의 광섬유는 도2(a)와 같이 소정의 제1 굴절률(n1)을 갖는 코어(11)와 제1 굴절률(n1)보다 작은 굴절률(n2)의 클래드(12)로 구성된다. 제1 굴절률(n1)이 제2 굴절률(n2)보다 크기 때문에 레이저 광은 빛의 전반사 과정을 겪으며 광섬유를 통하여 전파된다. In an embodiment of the present invention, a heating element capable of applying heat to a part of the optical fiber 10 is used to create a polarization state capable of generating such an ultra-short pulse. In this regard, FIG. 2 is a diagram showing a change in refractive index of an optical fiber by heating. FIG. 2(a) is a cross-section in the longitudinal direction of a part of the optical fiber 10, and FIG. 2(b) schematically shows a cross-section in the width direction. The most common and simple optical fiber is composed of a core 11 having a predetermined first refractive index n1 and a cladding 12 having a refractive index n2 smaller than the first refractive index n1 as shown in Fig. 2(a). . Since the first refractive index n1 is greater than the second refractive index n2, the laser light is propagated through the optical fiber while undergoing a total reflection process of light.

그런데 도2(b)에 도시한 것처럼 광섬유(10)에 열을 가하게 되면 광섬유의 굴절률이 광섬유 단면에서 균일하지 않고 온도 구배를 가지며 달라지게 된다. 예를 들어, 도2(b)에 나타낸 것처럼 광섬유에 X축의 한쪽 방향으로 열을 가하면 이 방향의 클래드(12) 표면이 가열되면서 클래드(12)의 굴절률이 낮아지고, 상대적으로 굴절률이 낮은 축(즉, 도면에서는 X축)에서는 빛의 전파 속도가 빨라지고 굴절률이 높은 축(즉 도면에서는 Y축)에서는 속도가 느려진다. However, as shown in Fig. 2(b), when heat is applied to the optical fiber 10, the refractive index of the optical fiber is not uniform in the cross-section of the optical fiber, but varies with a temperature gradient. For example, as shown in Fig. 2(b), when heat is applied to the optical fiber in one direction of the X-axis, the surface of the clad 12 in this direction is heated and the refractive index of the clad 12 is lowered, and the axis ( That is, the propagation speed of light increases in the X-axis in the drawing and the speed decreases in the axis having a high refractive index (ie, the Y-axis in the drawing).

이와 같이 레이저 광이 광섬유(10)의 가열된 영역을 통과할 때 X방향 편광성분과 Y방향 편광성분 사이에 빛이 전파하는 속도가 달라지게 되며 이에 의해 각 광 성분의 위상 지연 정도에 따라 다양한 편광상태(선형편광, 타원편광, 원형편광 등)가 만들어진다. As described above, when the laser light passes through the heated region of the optical fiber 10, the speed at which light propagates between the X-direction polarization component and the Y-direction polarization component varies, and thereby, various polarizations depending on the degree of phase delay of each optical component. A state (linear polarization, elliptic polarization, circular polarization, etc.) is created.

따라서 도1에 도시한 것처럼 각각 하나 이상의 발열소자를 구비한 복수개의 발열모듈(HM1,HM2)을 광섬유(10)를 따라 배치하고 각 발열모듈의 발열소자의 각각이 광섬유(10)에 가하는 발열량을 다양하게 변경하며 조합함으로써 극초단 펄스 레이저가 생성되는 특정 편광상태를 만들어낼 수 있다. Therefore, as shown in Fig. 1, a plurality of heating modules (HM1, HM2) each having one or more heating elements are arranged along the optical fiber 10, and the amount of heat applied to the optical fiber 10 by each of the heating elements of each heating module is calculated. By changing and combining variously, it is possible to create a specific polarization state in which an ultrashort pulse laser is generated.

이 때 바람직하게는 복수개 중 일부 발열모듈(HM1)은 편광필터(70) 전단의 광경로에 설치하고 나머지 일부 발열모듈(HM2)은 편광필터(70) 후단의 광경로에 설치하여 편광상태를 조절할 수 있다. 각 발열모듈 내에는 1개 이상의 발열소자가 광섬유(10)를 따라 배치되도록 구성되며 구체적 실시 형태에 따라 각 발열모듈이 구비하는 발열소자의 개수와 설치 위치가 달라질 수 있다. In this case, preferably, some of the plurality of heating modules (HM1) are installed in the optical path in front of the polarizing filter 70, and some of the heating modules (HM2) are installed in the optical path in the rear of the polarizing filter 70 to adjust the polarization state. I can. In each heating module, at least one heating element is configured to be disposed along the optical fiber 10, and the number and installation position of the heating elements provided in each heating module may vary according to specific embodiments.

이제 도3 내지 도5를 참조하여 제1 발열모듈(HM1)의 다양한 예시적 구성을 설명하기로 한다. 이하에서 설명하는 제1 발열모듈(HM1)의 구성은 제2 발열모듈(HM2)에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다. Now, various exemplary configurations of the first heating module HM1 will be described with reference to FIGS. 3 to 5. The configuration of the first heating module HM1 described below may be applied to the second heating module HM2 in the same or similar manner.

도3은 일 실시예에 따른 제1 발열 모듈(HM1)을 나타내는 도면으로 도3(a)는 길이방향의 단면이고 도3(b)는 폭방향의 단면을 개략적으로 도시하였다. FIG. 3 is a view showing a first heat generating module HM1 according to an exemplary embodiment. FIG. 3(a) is a cross-section in the longitudinal direction and FIG. 3(b) is a schematic cross-section in the width direction.

도면을 참조하면, 제1 발열모듈(HM1)은 열전도성 케이스(63) 내에 배치된다. 열전도성 케이스(63)는 예컨대 열전도성을 갖는 금속 또는 합금 성분의 케이스일 수 있다. 열전도성 케이스(63)는 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸도록 구성된다. 도시한 실시예에서 제1 발열모듈(HM1)은 2개의 발열소자, 즉 제1 채널의 발열소자(631)와 제2 채널의 발열소자(632)를 포함한다. 본 명세서에서 "채널"은 인가하는 전원(전압 또는 전류)의 전기신호가 서로 상이한 발열소자를 구분하기 위해 사용한 용어로, 예컨대 하나의 채널 내에 여러개의 발열소자가 포함된 경우에도 이들 발열소자에는 동일 전압 또는 전류가 인가되며 서로 다른 채널의 발열소자들 간에는 서로 상이한 전압 또는 전류가 인가된다. Referring to the drawings, the first heating module HM1 is disposed in the thermally conductive case 63. The thermally conductive case 63 may be, for example, a case of a metal or alloy component having thermal conductivity. The thermally conductive case 63 is configured to surround the optical fiber 10 for a predetermined length. In the illustrated embodiment, the first heat generating module HM1 includes two heat generating elements, that is, a heat generating element 631 of a first channel and a heat generating element 632 of a second channel. In this specification, "channel" is a term used to distinguish heating elements in which the electric signals of the applied power (voltage or current) are different from each other. For example, even when several heating elements are included in one channel, these heating elements are the same. Voltage or current is applied, and different voltages or currents are applied between the heating elements of different channels.

제1 채널의 발열소자(631)는 열전도성 케이스(63) 내에서 광섬유(10)를 따라 배열되고 제2 채널의 발열소자(632)는 광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 채널의 발열소자(631)에서 이격되어 배치된다. 각 채널의 발열소자(631,632)는 각각 별개의 도선(635)에 의해 전원부(62)에 전기적으로 연결된다. The heating elements 631 of the first channel are arranged along the optical fiber 10 in the thermal conductive case 63, and the heating elements 632 of the second channel are formed of the first channel along the length direction of the optical fiber 10. It is arranged to be spaced apart from the heating element 631. The heating elements 631 and 632 of each channel are electrically connected to the power supply unit 62 by separate conductors 635, respectively.

일 실시예에서 열전도성 케이스(63)의 적어도 한쪽 면에 히트싱크(64)가 부착될 수 있다. 정밀한 편광 제어를 위해서는 광섬유(10)가 발열소자 이외에는 외부 열에 영향을 받지 않도록 하는 것이 필요하다. 따라서 열전도성 케이스(63) 내부에 쌓인 열이 광섬유(10)에 영향을 주지 않도록 하기 위해 열전도성 케이스(63)의 적어도 한쪽면에 히트싱크(64)를 부착하여 열전도성 케이스(63)의 열을 외부로 신속히 방출하도록 구성할 수 있다. In one embodiment, the heat sink 64 may be attached to at least one surface of the thermally conductive case 63. For precise polarization control, it is necessary to prevent the optical fiber 10 from being affected by external heat other than the heating element. Therefore, in order to prevent the heat accumulated inside the thermally conductive case 63 from affecting the optical fiber 10, a heat sink 64 is attached to at least one side of the thermally conductive case 63 to prevent the heat of the thermally conductive case 63. Can be configured to release quickly to the outside.

각 발열소자(631,632)의 길이는 특별히 제한되지 않는다. 일반적으로 발열소자의 길이가 길어지면 위상 지연이 되는 길이가 길어지므로 작은 전류로 위상변화를 많이 일으킬 수 있고 발열소자의 길이가 짧으면 위상 지연이 상대적으로 작으므로 더 큰 전류가 필요하다. 그러므로 전류량을 줄이려면 발열소자를 길게 구성하는 것이 유리하지만 그러나 이 경우 긴 거리에 걸쳐 광섬유(10)에 열이 인가되므로 광섬유(10)의 물리적 길이가 팽창하여 위상지연이나 편광상태 제어에 방해가 될 수 있다. 따라서 광섬유 재질이나 인가할 전원의 크기 등 구체적 실시 형태에 따라 발열소자 길이를 적절히 설정하는 것이 바람직하다. The length of each of the heating elements 631 and 632 is not particularly limited. In general, when the length of the heating element is longer, the length of the phase delay becomes longer, so that a small current can cause a lot of phase change, and when the length of the heating element is short, the phase delay is relatively small, so a larger current is required. Therefore, in order to reduce the amount of current, it is advantageous to configure the heating element long. However, in this case, since heat is applied to the optical fiber 10 over a long distance, the physical length of the optical fiber 10 expands, which may interfere with the phase delay or polarization state control. I can. Therefore, it is desirable to appropriately set the length of the heating element according to the specific embodiment, such as the material of the optical fiber or the size of the power to be applied.

도4는 대안적 실시예에 따른 제1 발열모듈(HM1)을 설명하는 도면으로 도4(a)는 길이방향의 단면이고 도4(b)는 폭방향의 단면을 개략적으로 도시하였다. FIG. 4 is a diagram illustrating a first heat generating module HM1 according to an alternative embodiment. FIG. 4(a) is a cross-section in the longitudinal direction and FIG. 4(b) schematically shows a cross-section in the width direction.

도면을 참조하면, 대안적 실시예에 따른 제1 발열모듈(HM1)은 열전도성 케이스(63) 내에 제1 채널의 발열소자(631)와 제2 채널의 발열소자(632)를 포함하며 적어도 일 측면에 히트싱크(64)가 부착되는 점에서 도3의 구성과 동일하며, 다만 도4의 실시예에서는 각 채널의 발열소자가 한 쌍의 발열소자로 구성되는 점에 차이가 있다. Referring to the drawings, a first heating module HM1 according to an alternative embodiment includes a heating element 631 of a first channel and a heating element 632 of a second channel in a thermal conductive case 63, and at least one It is the same as that of FIG. 3 in that the heat sink 64 is attached to the side, except that in the embodiment of FIG. 4, the heating element of each channel is composed of a pair of heating elements.

즉 도4에서 제1 채널의 발열소자(631)는 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 발열소자(631a,631b)로 구성된다. 제2 채널의 발열소자(632)는 광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 제1 채널의 발열소자(631)와 마찬가지로, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 발열소자로 구성된다. That is, in FIG. 4, the heating element 631 of the first channel is a pair of heating elements arranged side by side along the optical fiber 10 at a position symmetrical in the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case ( 631a, 631b). The heating element 632 of the second channel is disposed adjacent to the first heating element 631 along the longitudinal direction of the optical fiber 10, and, like the heating element 631 of the first channel, in a thermally conductive case. It is composed of a pair of heating elements arranged side by side along the optical fiber 10 at a position symmetrical in the first radial direction around the optical fiber 10.

이와 같이 각 채널의 발열소자를 광섬유(10)에 대해 방사상 방향으로 대칭인 위치에 각각 하나씩 배치된 쌍의 발열소자로 구성할 경우 이 방사상 방향을 따라 굴절률이 동일하게 변한다. 즉 방사상 방향의 동일 축상에서 굴절률이 동일하게 변하므로 편광상태 변화를 정량적으로 분석하고 제어할 수 있는 이점이 있다. In this way, when the heating elements of each channel are composed of a pair of heating elements arranged one at a position symmetrical in the radial direction with respect to the optical fiber 10, the refractive index is changed equally along the radial direction. That is, since the refractive index changes equally on the same axis in the radial direction, there is an advantage in that the change in polarization state can be quantitatively analyzed and controlled.

도5는 또 다른 대안적 실시예에 따른 제1 발열모듈(HM1)을 설명하는 도면으로 도5(a)는 길이방향의 단면이고 도5(b)와 도5(c)는 각각 도5(a)의 A-A'선과 B-B'선을 따라 절단했을 때의 폭방향 단면을 개략적으로 도시하였다. 5 is a view for explaining a first heating module HM1 according to another alternative embodiment. FIG. 5(a) is a cross-section in the longitudinal direction, and FIGS. 5(b) and 5(c) are respectively shown in FIG. 5( The cross-section in the width direction when cut along the lines A-A' and B-B' in a) is schematically shown.

도면을 참조하면, 도5의 제1 발열모듈(HM1)이 열전도성 케이스(63) 내에 제1 채널의 한 쌍의 발열소자(631)와 제2 채널의 한 쌍의 발열소자(632)를 포함하며 적어도 일 측면에 히트싱크(64)가 부착되는 점에서 도4의 구성과 동일하다. 다만 도5의 실시예에서는 재1 채널의 한 쌍의 발열소자(631)의 방사상 배열 방향과 제2 채널의 한 쌍의 발열소자(632)의 방사상 배열 방향이 상이한 점이서 도4의 실시예와 차이가 있다. Referring to the drawings, the first heating module HM1 of FIG. 5 includes a pair of heating elements 631 of a first channel and a pair of heating elements 632 of a second channel in a thermally conductive case 63. It is the same as the configuration of FIG. 4 in that the heat sink 64 is attached to at least one side. However, in the embodiment of FIG. 5, the radial arrangement direction of the pair of heating elements 631 of the first channel and the radial arrangement direction of the pair of heating elements 632 of the second channel are different from the embodiment of FIG. There is a difference.

즉 도5에서 제1 채널의 발열소자(631)는 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 발열소자(631a,631b)로 구성된다. 제2 채널의 발열소자(632)는 광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향에 수직인 제2 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 발열소자(632a,632b)로 구성된다. That is, in FIG. 5, the heating elements 631 of the first channel are a pair of heating elements arranged side by side along the optical fiber 10 at a position symmetrical in the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case ( 631a, 631b). The heating element 632 of the second channel is disposed adjacent to the first heating element 631 along the longitudinal direction of the optical fiber 10, and in the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case. It is composed of a pair of heating elements (632a, 632b) arranged side by side along the optical fiber 10 at a position symmetrical in the second radial direction perpendicular to the.

이와 같이 제1 채널의 발열소자(631)와 제2 채널의 발열소자(632)를 광섬유(10)에 대해 서로 상이한 방사상 방향으로 배치할 경우 더 다양한 편광상태를 만들 수 있는 이점이 있다. 모든 채널의 발열소자가 모두 동일한 방사상 방향으로 배열되는 경우에는 편광상태를 나타내는 푸앵카레 구(Poincare sphere) 상에서 한정된 경로를 따라 편광상태가 변화하므로 극초단 펄스 레이저를 생성하는 편광조건을 찾기가 어려우며, 적절한 편광조건을 찾기 위해 각 발열소자에 상대적으로 더 높은 전원(전압 또는 전류)를 인가해야 하는 문제가 있다. 그러나 도5의 실시예와 같이 두 채널의 발열소자를 방사상 방향으로 서로 수직으로 배열할 경우 다양한 편광상태를 만들 수 있어 극초단 펄스 레이저 생성에 최적의 편광조건을 찾을 수 있고 상대적으로 더 적은 전원을 사용하는 이점도 있다. In this way, when the heating element 631 of the first channel and the heating element 632 of the second channel are arranged in different radial directions with respect to the optical fiber 10, there is an advantage of creating more diverse polarization states. When all the heating elements of all channels are arranged in the same radial direction, it is difficult to find a polarization condition for generating an ultrashort pulse laser because the polarization state changes along a limited path on the Poincare sphere representing the polarization state. There is a problem in that a relatively higher power (voltage or current) must be applied to each heating element in order to find a polarization condition. However, when the heating elements of the two channels are arranged vertically with each other in the radial direction as in the embodiment of FIG. 5, various polarization states can be created, so that the optimum polarization conditions for ultrashort pulse laser generation can be found, and relatively less power can be used. There are also advantages to using it.

일 실시예에서 펄스가 생성될 때까지 다수의 채널의 발열소자에 가하는 전기신호를 변화시키면서 최적의 펄스 생성 조건을 찾는 과정을 자동화할 수 있다. 펄스 검출부(90)가 커플러(80)로부터 출력되는 레이저 출력에서 펄스를 검출하여 제어부(61)로 전달하고, 제어부(61)는 펄스가 생성되는 조건(모드 잠금)이 될 때까지 발열소자에 가해지는 전류 또는 전압을 변화시키다가 극초단 펄스가 생성되는 것을 감지하면 이 때 각 발열소자에 인가하는 전압 또는 전류를 모드 잠금 조건을 만족하는 전압 또는 전류로 저장하고 이 전압 또는 전류를 유지하도록 한다. 또한 내부 또는 외부 환경의 변화에 의해 레이저의 모드 잠금 조건이 변경된 경우 제어부(61)는 상술한 모드 잠금 조건을 찾는 과정을 다시 반복하여 새로운 모드 잠금 조건을 찾아 극초단 펄스 레이저를 발생시킬 수 있다. In an exemplary embodiment, a process of finding an optimal pulse generation condition may be automated while changing an electric signal applied to a heating element of a plurality of channels until a pulse is generated. The pulse detection unit 90 detects a pulse from the laser output output from the coupler 80 and transmits it to the control unit 61, and the control unit 61 applies it to the heating element until a condition (mode lock) is achieved in which the pulse is generated. When an ultra-short pulse is detected while changing the losing current or voltage, the voltage or current applied to each heating element is stored as a voltage or current that satisfies the mode lock condition and maintains this voltage or current. In addition, when the mode lock condition of the laser is changed due to changes in the internal or external environment, the controller 61 may repeat the process of finding the mode lock condition described above again to find a new mode lock condition and generate the ultrashort pulse laser.

이와 관련하여 도6은 일 실시예에 따라 발열소자를 가열하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 예시적 방법의 흐름도이다. In this regard, FIG. 6 is a flowchart of an exemplary method of generating an ultrashort pulse laser by heating a heating element according to an exemplary embodiment.

도면을 참조하면, 우선 단계(S110)에서 각 채널에 인가할 전기신호의 주기를 설정한다. 전기신호의 주기는 각 채널별로 다르게 설정되며 이러한 전기신호의 일 예를 도7에 도시하였다. 펄스 발생부(60)의 전체 발열소자 채널의 개수가 4개인 경우, 도7(a)에 도시한 것처럼 시간주기가 상이한 4개의 삼각파 형태의 전기신호를 각 채널의 발열소자에 인가할 수 있다. 시간주기가 서로 다르기 때문에 수많은 조합의 전기신호 인가 조건이 생성되므로 다양한 편광 상태를 만들 수 있다. Referring to the drawings, first, in step S110, a period of an electric signal to be applied to each channel is set. The period of the electric signal is set differently for each channel, and an example of such an electric signal is shown in FIG. 7. When the total number of heating element channels of the pulse generator 60 is four, as shown in Fig. 7(a), electric signals in the form of four triangular waves having different time periods may be applied to the heating elements of each channel. Since the time periods are different, many combinations of electric signal application conditions are created, so that various polarization states can be created.

전기신호는 삼각파 형태에 한정되지 않으며, 예컨대 사인파 형태의 전기신호를 인가할 수도 있다. 그러나 사인파의 경우 시간에 따라 파형의 기울기가 일정하지 않으므로 발열소자에 의해 발생하는 열의 증감이 일정하지 않아 편광 제어가 어려운 단점이 있으며, 시간에 따른 파형의 기울기가 일정한 삼각파형을 사용하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 각 채널에 인가할 전기신호의 진폭(V_2π)은, 전기신호에 의한 열에 의해 발생하는 빛의 두 편광 성분의 위상 차이가 적어도 2π 이상이 되도록 하는 전압값으로 설정할 수 있다. The electric signal is not limited to a triangular wave type, and for example, a sine wave type electric signal may be applied. However, in the case of a sine wave, since the slope of the waveform is not constant over time, it is difficult to control polarization because the increase or decrease of heat generated by the heating element is not constant. . In an embodiment, the amplitude (V_2π) of the electric signal to be applied to each channel may be set to a voltage value such that a phase difference between two polarization components of light generated by heat generated by the electric signal is at least 2π or more.

이 때 바람직하게는 각 삼각파형의 전기신호의 각각이 미세한 시간 간격마다 단위 스텝씩 증가하는 파형으로 이루어진다. 예를 들어 도7(b)는 도7(a)의 제1 채널 인가 전기신호(V1)를 확대하여 개략적으로 나타낸 것으로(단, 도7(a)와 도7(b)의 X축 및 Y축 스케일이 다름), 도7(b)에 도시한 것처럼 전기신호(V1)는 소정 분해능(각 스텝의 Y축 간격)을 가지며 소정 시간 간격마다 한 스텝씩 증가하는 파형으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 소정의 분해능(한 스텝의 전압 간격)은 전기신호의 인가로 인해 발생하는 빛의 두 편광 성분의 위상 차이가 2π/36 rad 보다 작은 값이 되도록 할 때의 전압 간격일 수 있다. 한편 제2 내지 제4 채널에 인가하는 전기신호(V2 내지 V4)는 도시하지 않았지만 이들 전기신호도 도7(b)와 유사하게 소정 시간간격마다 한 스텝씩 증가하는 스텝 파형의 전기신호로 구성됨을 이해할 것이다. 다만 이 때 각 전기신호(V1 내지 V4)의 기울기가 서로 다르므로, 각 전기신호(V1 내지 V4)의 한 스텝의 전압 증가분(분해능)이 서로 상이함을 이해할 것이다. In this case, preferably, each of the electric signals of each triangular waveform is formed of a waveform that increases by a unit step at every minute time interval. For example, Fig. 7(b) is an enlarged schematic view of the first channel applied electric signal V1 of Fig. 7(a) (however, the X-axis and Y in Figs. 7(a) and 7(b)). The axial scale is different), and as shown in Fig. 7(b), the electric signal V1 has a predetermined resolution (the Y-axis interval of each step) and may be composed of a waveform that increases by one step at a predetermined time interval. In one embodiment, the predetermined resolution (voltage interval of one step) may be a voltage interval when the phase difference between two polarization components of light generated by application of an electric signal is less than 2π/36 rad. . On the other hand, the electric signals (V2 to V4) applied to the second to fourth channels are not shown, but similar to Fig. 7(b), these electric signals are also composed of electric signals of step waveforms that increase by one step at predetermined time intervals. I will understand. However, at this time, since the slopes of the electric signals V1 to V4 are different from each other, it will be understood that the voltage increment (resolution) of one step of the electric signals V1 to V4 is different from each other.

다시 도6을 참조하면, 위와 같이 각 채널에 인가할 전기신호(V1 내지 V4)를 설정하고 저장한 후 펌프 광원(20)을 켜서 레이저를 발생시킨다(S120). 그 후 위 단계(S110)에서 설정한 각 채널의 전기신호 값을 읽어서 이 전기신호를 각 채널에 동시에 인가한다. 즉 제1 내지 제4 채널의 각 채널에 도7(a)의 제1 내지 제4 전기신호(V1 내지 V4)를 각각 인가하며, 소정 시간마다(예컨대, 도7(b)의 전기신호에서 전압을 한 스텝씩 증가시키는 시간 간격마다) 펄스 레이저가 생성되었는지를 판단하고(S140) 펄스가 생성되지 않으면 상기 소정 시간 간격마다 각 전기신호의 크기를 한 스텝씩 증가시키고(S160) 저장한 후(S150) 이 증가된 값으로 각 채널에 전기신호를 다시 인가하는(S130) 동작을 반복한다. Referring back to FIG. 6, after setting and storing the electric signals V1 to V4 to be applied to each channel as above, the pump light source 20 is turned on to generate a laser (S120). After that, the electric signal value of each channel set in the above step (S110) is read and the electric signal is simultaneously applied to each channel. That is, the first to fourth electrical signals (V1 to V4) of Fig. 7(a) are applied to each channel of the first to fourth channels, respectively, and at a predetermined time (e.g., voltage in the electric signal of Fig. 7(b)). It is determined whether a pulsed laser is generated (S140), and if the pulse is not generated, the size of each electric signal is increased by one step at each predetermined time interval (S160) and stored (S150). ) Repeat the operation of applying the electric signal to each channel again (S130) with the increased value.

만일 펄스가 생성되었다면 모드 잠금 조건이 충족하였다고 판단하고 이 때의 각 채널의 인가신호(전압 값)를 저장하고(S150), 이후부터는 이 저장된 전압 값으로 각 채널에 전기신호를 인가하여(S130) 모드 잠금 조건을 유지시키며 펄스 레이저를 지속적으로 생성할 수 있다. If a pulse is generated, it is determined that the mode lock condition is satisfied, and the applied signal (voltage value) of each channel is stored at this time (S150), and thereafter, an electric signal is applied to each channel with this stored voltage value (S130). It maintains the mode lock condition and can continuously generate pulsed lasers.

도8은 또 다른 실시예에 따라 발열소자를 가열하여 극초단 펄스 레이저를 생성하는 방법의 흐름도이다. 8 is a flowchart of a method of generating an ultrashort pulse laser by heating a heating element according to another embodiment.

도면을 참조하면, 단계(S210)에서 각 채널에 인가할 전기신호의 주기를 설정하고(S220) 펌프 광원(20)을 켜고 각 채널에 전기신호를 인가하며(S230), 이 단계는 도6의 단계(S110 내지 S130)과 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다. Referring to the drawings, in step S210, a period of an electric signal to be applied to each channel is set (S220), the pump light source 20 is turned on, and an electric signal is applied to each channel (S230), and this step is shown in FIG. Since it is the same as or similar to steps S110 to S130, a description will be omitted.

이 때 최초에 단계(S230)에서 모든 채널의 전기신호를 0으로 설정할 수 있고, 제1 채널의 발열소자에 0부터 소정 피크전압(V_2π)까지 제1 전압신호(V_ch1)를 한 스텝씩 증가시키며 인가하면서 펄스 레이저 생성여부를 판단한다(S240, S250, S251, S290, S230, S240을 순환하는 제1 판단 단계). At this time, the electrical signals of all channels can be initially set to 0 in step S230, and the first voltage signal V_ch1 is increased by one step from 0 to a predetermined peak voltage V_2π in the heating element of the first channel. It is determined whether or not a pulsed laser is generated while applying (a first determination step of circulating S240, S250, S251, S290, S230, and S240).

상기 제1 판단 단계에서 펄스 레이저가 생성되지 않으면, 제2 채널의 발열소자에 0부터 상기 피크전압(V_2π)까지 제2 전압신호(V_ch2)를 소정 스텝씩 증가시키며 인가하되 이 때 제2 전압신호의 매 스텝 증가시마다 상기 제1 판단 단계 전체를 반복한다(S240, S260, S261, S290, S230, S240을 순환하는 제2 판단 단계). If the pulsed laser is not generated in the first determination step, a second voltage signal V_ch2 is applied to the heating element of the second channel from 0 to the peak voltage V_2π in increments of a predetermined step. The entire first determination step is repeated for every step increase of (S240, S260, S261, S290, S230, S240).

만일 상기 제2 판단 단계에서도 펄스 레이저가 생성되지 않으면, 제3 채널의 발열소자에 0부터 상기 피크전압(V_2π)까지 제3 전압신호(V_ch3)를 소정 스텝 전압씩 증가시키며 인가하되 이 때 제3 전압신호의 매 스텝 증가시마다 상기 제2 판단 단계의 전체를 반복한다(S240, S270, S271, S290, S230, S240을 순환하는 제3 판단 단계). If the pulsed laser is not generated even in the second determination step, a third voltage signal V_ch3 is applied to the heating element of the third channel from 0 to the peak voltage V_2π by increasing a predetermined step voltage. The entire second determination step is repeated every time the voltage signal increases by every step (a third determination step circulating S240, S270, S271, S290, S230, and S240).

그리고 만일 상기 제3 판단 단계에서도 펄스 레이저가 생성되지 않으면, 제4 채널의 발열소자에 0부터 상기 피크전압(V_2π)까지 제4 전압신호(V_ch4)를 소정 스텝씩 증가시키며 인가하되 이 때 제4 전압신호의 매 스텝 증가시마다 상기 제3 판단 단계의 전체를 반복한다(S240, S280, S281, S290, S230, S240을 순환하는 제4 판단 단계). And if the pulsed laser is not generated even in the third determination step, the fourth voltage signal V_ch4 is applied to the heating element of the fourth channel from 0 to the peak voltage V_2π in increments of a predetermined step. The entire third determination step is repeated every time the voltage signal is increased by every step (a fourth determination step circulating S240, S280, S281, S290, S230, S240).

상기 제1 내지 제4 판단 단계를 수행하는 도중 만일 펄스가 생성되었다면, 모드 잠금 조건이 충족하였다고 판단하고 이 때의 각 채널의 인가신호(전압 값)를 저장하고(S290) 이후부터는 이 저장된 전압 값으로 각 채널에 전기신호를 인가하여(S230) 모드 잠금 조건을 유지시키며 펄스 레이저를 지속적으로 생성하게 된다. If a pulse is generated while performing the first to fourth determination steps, it is determined that the mode lock condition is satisfied, and the applied signal (voltage value) of each channel at this time is stored (S290), and the stored voltage value thereafter. As an electrical signal is applied to each channel (S230), the mode lock condition is maintained and pulsed lasers are continuously generated.

이제 도9 내지 도11을 참조하여 극초단 펄스 레이저 생성장치의 다양한 변형례들을 설명하기로 한다. Now, various modifications of the ultrashort pulse laser generating apparatus will be described with reference to FIGS. 9 to 11.

도9는 도1의 대안적 실시예에 따른 펄스 레이저 생성장치를 나타낸다. 도1과 비교할 때 도9의 레이저 생성장치는 편광필터(70)를 편광 빔스플리터(PBS)(75)로 대체하였고 광경로 상에 배치되는 포화흡수체(100)를 추가로 설치하였다. 9 shows an apparatus for generating a pulsed laser according to an alternative embodiment of FIG. 1. Compared with FIG. 1, the laser generating apparatus of FIG. 9 replaced the polarizing filter 70 with a polarizing beam splitter (PBS) 75, and additionally installed a saturation absorber 100 disposed on the optical path.

PBS(75)는 펄스 레이저를 편광상태에 따라 투과 또는 반사시키는 광학소자이다. 따라서 펄스 레이저의 편광상태에 따라 일부는 PBS(75)를 통과하여 광섬유(10)를 계속 순환하고 일부는 PBS(75)에서 반사되어 레이저 출력으로 외부로 내보낼 수 있으며 이렇게 출력되는 펄스 레이저를 소정 용도에 따라 활용할 수 있다. The PBS 75 is an optical device that transmits or reflects a pulsed laser according to a polarization state. Therefore, depending on the polarization state of the pulsed laser, some of them pass through the PBS 75 and continue to circulate the optical fiber 10, and some of them can be reflected from the PBS 75 and sent out as laser output. Can be utilized according to.

한편 포화흡수체(saturable absorber: SA)(100)는 펄스 생성을 쉽게 하기 위해 펄스 생성을 유도할 수 있는 광학소자이다. 포화흡수체(100)는 예를 들어 반도체 포화흡수체(semiconductor saturable absorber), 탄소나노튜브, 그래핀 등으로 만들어지며, 광이 포화흡수체(100)를 통과할 때 펄스의 피크값 주위의 광은 통과시키고 펄스의 양측 사이드 영역은 흡수하여 차단하는 역할을 한다. 따라서 레이저 광이 포화흡수체(100)를 계속 통과할 때마다 펄스폭이 점차 작아져서 펨토초 수준의 펄스 레이저를 발생시킬 수 있다. Meanwhile, the saturable absorber (SA) 100 is an optical device capable of inducing pulse generation to facilitate pulse generation. The saturable absorber 100 is made of, for example, a semiconductor saturable absorber, carbon nanotubes, graphene, etc., and when light passes through the saturable absorber 100, light around the peak value of the pulse passes through. Both side areas of the pulse absorb and block. Therefore, whenever the laser light continuously passes through the saturation absorber 100, the pulse width gradually decreases, thereby generating a femtosecond-level pulse laser.

한편 도9에서 PBS(75)와 포화흡수체(100)가 동시에 사용되어야 할 필요는 없으며, 예컨대 도1의 레이저 생성장치에 포화흡수체(100)만 추가할 수도 있고 도1의 레이저 생성장치에서 편광필터(70)를 PBS(75)로 대체하기만 한 구성도 가능함은 물론이다. Meanwhile, it is not necessary to use the PBS 75 and the saturated absorber 100 at the same time in FIG. 9, for example, only the saturated absorber 100 may be added to the laser generating device of FIG. 1, or a polarization filter in the laser generating device of FIG. It goes without saying that a configuration simply replacing 70 with PBS 75 is also possible.

도10은 도1의 또 다른 대안적 실시예에 따른 펄스 레이저 생성장치를 나타낸다. 도1과 비교할 때 도10의 레이저 생성장치는 지연라인(110), 주파수 비교기(120), 및 제어부(130)를 더 포함한다. Fig. 10 shows an apparatus for generating a pulsed laser according to another alternative embodiment of Fig. 1; Compared with FIG. 1, the laser generating device of FIG. 10 further includes a delay line 110, a frequency comparator 120, and a control unit 130.

지연라인(110)은 광경로의 길이를 조절할 수 있으며 예컨대 커플러(80)와 광차폐기(50) 사이에 배치될 수 있다. 주파수 비교기(120)는 펄스 검출부(90)에 검출한 펄스 생성 주파수를 받아서 이를 기설정된 기준 주파수와 비교하며, 제어부(1130)는 이 비교 결과에 따라 펄스 레이저의 펄스 생성 주파수가 기준 주파수에 일치하도록 지연라인(110)을 제어하여 광경로의 길이를 조절한다. The delay line 110 may adjust the length of the optical path and may be disposed between the coupler 80 and the light shield 50, for example. The frequency comparator 120 receives the pulse generation frequency detected by the pulse detection unit 90 and compares it with a preset reference frequency, and the control unit 1130 makes the pulse generation frequency of the pulsed laser coincide with the reference frequency according to the comparison result. By controlling the delay line 110, the length of the optical path is adjusted.

일반적으로 링 캐비티(ring cavity) 타입의 레이저 생성장치에서 펄스 레이저는 c/L의 주기로 펄스를 생성하며, 여기서 c는 광속도이고 L은 링 캐비티의 전체 길이이다. 그런데 주위 환경이나 광학소자들의 변경에 의해 펄스 생성주기가 변할 수 있는데, 위와 같이 출력되는 펄스 레이저의 펄스 생성 주파수를 기설정된 기준 주파수에 맞추도록 지연라인(110)을 조절하면 항상 일정한 펄스 생성주기로 펄스 레이저를 생성할 수 있게 된다. In general, in a ring cavity type laser generator, a pulsed laser generates pulses with a period of c/L, where c is the speed of light and L is the total length of the ring cavity. However, the pulse generation period may change due to changes in the surrounding environment or optical elements. If the delay line 110 is adjusted to match the pulse generation frequency of the pulsed laser output as above to a preset reference frequency, the pulse is always pulsed at a constant pulse generation period. It becomes possible to create a laser.

도11은 본 발명의 또 다른 대안적 실시예에 따른 펄스 레이저 생성장치를 나타낸다. 11 shows an apparatus for generating a pulsed laser according to another alternative embodiment of the present invention.

도1, 도9, 및 도10의 실시예는 링 캐비티 타입의 광섬유 레이저 생성장치이지만, 본 발명의 모드 잠금부(60)는 도11과 같은 리니어 캐비티(linear cavity) 타입의 광섬유 레이저 생성장치에도 적용 가능하며, 도11은 이러한 리니어 캐비티 타입의 예시적인 레이저 생성장치를 개략적으로 도시하였다. 1, 9, and 10 are a ring cavity type optical fiber laser generating device, but the mode locking part 60 of the present invention is also used in a linear cavity type optical fiber laser generating device as shown in FIG. Applicable, Fig. 11 schematically shows an exemplary laser generating device of this linear cavity type.

도면을 참조하면, 도11의 레이저 생성장치를 구성하는 광섬유(10), 펌프 광원(20), WDM(30), 이득매질(40), 모드 잠금부(60), 및 편광필터(70)는 도1의 각 구성요소(10, 20, 30, 40, 60, 70)에 동일하게 대응되므로 동일한 부재번호를 사용하였고 설명도 생략하기로 한다. Referring to the drawings, the optical fiber 10, the pump light source 20, the WDM 30, the gain medium 40, the mode locking part 60, and the polarization filter 70 constituting the laser generating device of FIG. 11 are Since the components 10, 20, 30, 40, 60, and 70 of FIG. 1 correspond equally to each other, the same reference numerals are used, and a description thereof will be omitted.

도11의 리니어 타입에서 레이저 광은 광섬유(10) 양끝단의 반사기(150, 160)에서 반사되면서 증폭된다. 반사기(150)는 광섬유(10)의 제1 단부에 설치되며 소정 반사율로 광을 반사시킨다. 제2 반사기(160)는 광섬유(10)의 제2 단부에 설치되며 광을 선택적으로 반사 또는 통과시킬 수 있다. In the linear type of FIG. 11, laser light is amplified while being reflected by reflectors 150 and 160 at both ends of the optical fiber 10. The reflector 150 is installed at the first end of the optical fiber 10 and reflects light at a predetermined reflectance. The second reflector 160 is installed at the second end of the optical fiber 10 and may selectively reflect or pass light.

도1의 실시예와 유사하게 모드 잠금부(60)는 복수개의 발열모듈을 구비하며 편광필터(70)의 전단과 후단에 각각 설치될 수 있다. 또한 도11에 도시하지 않았지만 도1과 마찬가지로 모드 잠금부(60)는 레이저 출력에서 펄스를 검출하는 펄스 검출부(도1의 90)와 제어부(도1의 60)를 더 포함하며, 제어부는 펄스가 생성될 때까지 각 채널의 발열소자에 전기신호를 가변하면서 인가하도록 제어할 수 있다. Similar to the embodiment of FIG. 1, the mode locking unit 60 includes a plurality of heat generating modules and may be installed at the front and rear ends of the polarizing filter 70, respectively. In addition, although not shown in Fig. 11, as in Fig. 1, the mode lock unit 60 further includes a pulse detection unit (90 in Fig. 1) and a control unit (60 in Fig. 1) for detecting a pulse from the laser output. It is possible to control to apply an electric signal while varying to the heating element of each channel until it is generated.

또한 이 때 모드 잠금부(60)의 각 발열모듈은 도3 내지 도5에 도시한 구성을 가질 수 있으며 펄스 레이저를 생성하는 구체적 방법으로서 도6 또는 도8의 방법을 사용할 수 있다. In this case, each heat generating module of the mode locking unit 60 may have the configuration shown in FIGS. 3 to 5, and the method of FIG. 6 or FIG. 8 may be used as a specific method of generating a pulsed laser.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains can understand that various modifications and variations are possible from the description of this specification. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by the claims to be described later, as well as those equivalent to the claims.

10: 광섬유 20: 펌프 광원
30: WDM 40: 이득매질
50: 광차폐기 60: 모드 잠금부
70: 편광필터 80: 커플러
90: 펄스 검출부 100: 포화흡수체
110: 지연라인 120: 주파수 비교기
130: 제어부
10: optical fiber 20: pump light source
30: WDM 40: gain medium
50: light shield 60: mode lock
70: polarization filter 80: coupler
90: pulse detection unit 100: saturated absorber
110: delay line 120: frequency comparator
130: control unit

Claims (15)

발열소자를 이용한 극초단 펄스 레이저 생성장치로서,
능동 광섬유로 이루어진 이득매질(gain medium)(40);
상기 이득매질의 제1 단부와 제2 단부를 연결하여 광경로를 형성하는 광섬유(10);
상기 이득매질의 제2 단부측으로 펌프광을 제공하는 펌프 광원(20);
상기 광경로 중 상기 이득매질의 제1 단부측에 설치되는 광차폐기(50);
상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 광학소자; 및
상기 광섬유(10)에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈 및 각각의 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 모드 잠금부(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
As an ultra-short pulse laser generator using a heating element,
A gain medium 40 made of an active optical fiber;
An optical fiber 10 connecting the first end and the second end of the gain medium to form an optical path;
A pump light source 20 providing a pump light toward the second end of the gain medium;
A light shield (50) installed on the first end side of the gain medium of the optical path;
An optical device installed in the optical path and allowing only light of one polarization state to pass through; And
Including; a mode locking unit 60 disposed adjacent to the optical fiber 10 and including a plurality of heating modules each comprising one or more heating elements and a power supply for applying power to each heating element of each heating module. Ultra-short pulse laser generating device characterized by.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 발열모듈은, 상기 광학소자의 전단에서 광섬유(10)를 따라 배열된 제1 발열모듈(HM1) 및 상기 광학소자의 후단에서 광섬유(10)를 따라 배열된 제2 발열모듈(HM2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 1,
The plurality of heating modules include a first heating module HM1 arranged along the optical fiber 10 at the front end of the optical device and a second heating module HM2 arranged along the optical fiber 10 at the rear end of the optical device. Ultra-short pulse laser generator comprising a.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 발열모듈(HM1)은 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸는 열전도성 케이스(63) 내에 배치되고,
상기 제1 발열모듈(HM1)은,
열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제1 발열소자(631); 및
광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제2 발열소자(632);를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 2,
The first heating module HM1 is disposed in a thermally conductive case 63 surrounding the optical fiber 10 for a predetermined length,
The first heating module HM1,
A pair of first heating elements 631 arranged side by side along the optical fiber 10 at a position symmetrical in the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case; And
The optical fiber 10 is disposed adjacent to the first heating element 631 along the longitudinal direction of the optical fiber 10, and the optical fiber 10 is symmetrical in the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case. A pair of second heating elements (632) arranged side by side along the; ultra-short pulse laser generating apparatus comprising a.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 발열모듈(HM1)은 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸는 열전도성 케이스(63) 내에 배치되고,
상기 제1 발열모듈(HM1)은,
열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제1 발열소자(631); 및
광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향에 수직인 제2 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 제2 발열소자(632);를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 2,
The first heating module HM1 is disposed in a thermally conductive case 63 surrounding the optical fiber 10 for a predetermined length,
The first heating module HM1,
A pair of first heating elements 631 arranged side by side along the optical fiber 10 at a position symmetrical in the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case; And
It is disposed adjacent to the first heating element 631 along the longitudinal direction of the optical fiber 10, and is symmetrical in a second radial direction perpendicular to the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case. A second heating element (632) arranged side by side along the optical fiber (10) at the position; Ultrashort pulse laser generating apparatus comprising a.
제 2 항에 있어서,
상기 모드 잠금부(60)는, 상기 광섬유(10)에서 출력되는 출력 레이저에 기초하여 상기 복수개의 발열모듈의 각 발열소자의 각각에 서로 상이한 시간주기의 전압을 인가하도록 하는 제어신호를 생성하는 제어부(61)를 더 포함하고,
상기 모드 잠금부는,
서로 상이한 시간주기를 갖는 전압신호를 상기 복수개의 발열소자의 각각에 동시에 인가하고(S130), 소정 시간마다, 펄스 레이저가 생성되었는지를 판단하고(S140), 펄스 레이저가 생성되었을 때 이 때의 전압신호의 각 전압 값을 저장하고(S150), 이 저장된 전압 값으로 상기 복수개의 발열소자의 각각에 전압신호를 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 2,
The mode locking unit 60 is a control unit that generates a control signal for applying voltages of different time periods to each of the heating elements of the plurality of heating modules based on the output laser output from the optical fiber 10 Including (61) further,
The mode locking unit,
Voltage signals having different time periods are simultaneously applied to each of the plurality of heating elements (S130), and at each predetermined time, it is determined whether a pulsed laser is generated (S140), and the voltage at this time when the pulsed laser is generated And storing each voltage value of the signal (S150), and applying a voltage signal to each of the plurality of heating elements with the stored voltage value.
제 2 항에 있어서,
상기 모드 잠금부(60)는, 상기 광섬유(10)에서 출력되는 출력 레이저에 기초하여 상기 복수개의 발열소자의 각각에 서로 상이한 전압을 인가하도록 하는 제어신호를 생성하는 제어부(61)를 더 포함하고,
상기 모드 잠금부는,
제1 발열소자에 0부터 소정 피크전압(V_2π)까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제1 전압신호를 인가하면서 펄스 레이저 생성여부를 판단하고(1단계),
펄스 레이저 생성이 없으면, 제2 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제2 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 1단계를 반복하고(2단계),
펄스 레이저 생성이 없으면, 제3 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제3 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 2단계를 반복하고(3단계),
펄스 레이저 생성이 없으면, 제4 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제4 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 3단계를 반복(4단계)하도록 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 2,
The mode locking unit 60 further includes a control unit 61 for generating a control signal for applying different voltages to each of the plurality of heating elements based on the output laser output from the optical fiber 10, and ,
The mode locking unit,
The first heating element is increased by a predetermined step voltage from 0 to a predetermined peak voltage (V_2π), and the first voltage signal is applied to determine whether or not a pulse laser is generated (step 1),
If there is no pulse laser generation, the second heating element is increased by a predetermined step voltage from 0 to the peak voltage, and a second voltage signal is applied, but the step 1 is repeated with each increase (step 2),
If there is no pulse laser generation, the third heating element is increased by a predetermined step voltage from 0 to the peak voltage, and a third voltage signal is applied, but the step 2 is repeated with each increase (step 3),
When there is no pulse laser generation, the fourth heating element is increased by a predetermined step voltage from 0 to the peak voltage, and the fourth voltage signal is applied, but the third step is repeated (step 4) with each increase. Pulse laser generator.
제 2 항에 있어서,
상기 광경로에 설치되는 포화흡수체를 더 포함하며, 상기 포화흡수체는 반도체 포화흡수체, 탄소나노튜브, 및 그래핀 중 적어도 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 2,
A saturation absorber installed in the optical path, wherein the saturation absorber comprises at least one of a semiconductor saturation absorber, a carbon nanotube, and graphene.
제 2 항에 있어서,
상기 광학소자가 편광필터(70) 또는 편광 빔스플리터(PBS)(75) 중 하나인 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 2,
Ultrashort pulse laser generator, characterized in that the optical element is one of a polarization filter (70) or a polarization beam splitter (PBS) (75).
제 2 항에 있어서,
상기 광경로에 설치되는 지연라인(110);
상기 광섬유(10)에서 출력되는 펄스 레이저의 펄스 생성 주파수와 기설정된 기준 주파수를 비교하는 주파수 비교기(120); 및
상기 주파수 비교기의 비교 결과에 기초하여 상기 펄스 레이저의 펄스 생성 주파수와 기준 주파수가 일치하도록 지연라인(110)을 제어하는 제어부(130);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 2,
A delay line 110 installed in the optical path;
A frequency comparator 120 comparing a pulse generation frequency of the pulsed laser output from the optical fiber 10 with a preset reference frequency; And
A control unit 130 for controlling the delay line 110 so that the pulse generation frequency of the pulsed laser and the reference frequency coincide based on the comparison result of the frequency comparator.
발열소자를 이용한 극초단 펄스 레이저 생성장치로서,
제1 단부와 제2 단부를 가지며 선형(linear) 광경로를 형성하는 광섬유(10);
상기 광경로 상에 배치되며 능동 광섬유로 이루어진 이득매질(gain medium)(40);
이득매질의 제1 단부측에 펌프광을 제공하는 펌프 광원(20);
광섬유의 제1 단부에 설치되며 소정 반사율로 광을 반사시키는 제1 반사기(150);
광섬유의 제2 단부에 설치되며 광을 선택적으로 반사 또는 통과시키는 제2 반사기(160);
상기 광경로에 설치되며 하나의 편광상태의 광만 통과시키는 광학소자; 및
상기 광섬유(10)에 인접하게 배치되며 각각 하나 이상의 발열소자로 이루어진 복수개의 발열모듈 및 각각의 발열모듈의 각 발열소자에 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 모드 잠금부(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
As an ultra-short pulse laser generator using a heating element,
An optical fiber 10 having a first end and a second end and forming a linear optical path;
A gain medium 40 disposed on the optical path and made of an active optical fiber;
A pump light source 20 providing a pump light to the first end side of the gain medium;
A first reflector 150 installed at the first end of the optical fiber and reflecting light at a predetermined reflectance;
A second reflector 160 installed at the second end of the optical fiber and selectively reflecting or passing light;
An optical device installed in the optical path and allowing only light of one polarization state to pass through; And
Including; a mode locking unit 60 disposed adjacent to the optical fiber 10 and including a plurality of heating modules each comprising one or more heating elements and a power supply for applying power to each heating element of each heating module. Ultra-short pulse laser generating device characterized by.
제 10 항에 있어서,
상기 복수개의 발열모듈은, 광경로상에서 상기 광학소자의 전단에 배열된 제1 발열모듈 및 상기 광학소자의 후단에 배열된 제2 발열모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 10,
The plurality of heat generating modules include a first heat generating module arranged at a front end of the optical element on an optical path and a second heat generating module arranged at a rear end of the optical element.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 발열모듈은 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸는 열전도성 케이스(63) 내에 배치되고,
상기 제1 발열모듈은,
열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제1 발열소자; 및
광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제2 발열소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 11,
The first heating module is disposed in a thermally conductive case 63 surrounding the optical fiber 10 for a predetermined length,
The first heating module,
A pair of first heating elements arranged side by side along the optical fiber 10 at a position symmetrical in the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case; And
The optical fiber 10 is disposed adjacent to the first heating element 631 along the longitudinal direction of the optical fiber 10, and the optical fiber 10 is symmetrical in the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case. Ultra-short pulse laser generating apparatus comprising a; a pair of second heating elements arranged side by side along the line.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 발열모듈은 광섬유(10)를 소정 길이 둘러싸는 열전도성 케이스(63) 내에 배치되고,
상기 제1 발열모듈은,
열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 제1 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제1 발열소자; 및
광섬유(10)의 길이방향을 따라 상기 제1 발열소자(631)에 인접하게 배치되며, 열전도성 케이스 내에서 광섬유(10)를 중심으로 상기 제1 방향에 수직인 제2 방사상 방향으로 대칭되는 위치에서 광섬유(10)를 따라 나란히 배열된 한 쌍의 제2 발열소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 11,
The first heating module is disposed in a thermally conductive case 63 surrounding the optical fiber 10 for a predetermined length,
The first heating module,
A pair of first heating elements arranged side by side along the optical fiber 10 at a position symmetrical in the first radial direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case; And
A position adjacent to the first heating element 631 along the longitudinal direction of the optical fiber 10 and symmetrical in a second radial direction perpendicular to the first direction around the optical fiber 10 in the thermal conductive case In the ultra-short pulse laser generating apparatus comprising a; a pair of second heating elements arranged side by side along the optical fiber (10).
제 11 항에 있어서,
상기 모드 잠금부(60)는, 상기 광섬유(10)에서 출력되는 출력 레이저에 기초하여 상기 복수개의 발열모듈의 각 발열소자의 각각에 서로 상이한 시간주기의 전압을 인가하도록 하는 제어신호를 생성하는 제어부(61)를 더 포함하고,
상기 모드 잠금부는,
서로 상이한 시간주기를 갖는 전압신호를 상기 복수개의 발열소자의 각각에 동시에 인가하고(S130), 소정 시간마다, 펄스 레이저가 생성되었는지를 판단하고(S140), 펄스 레이저가 생성되었을 때 이 때의 전압신호의 각 전압 값을 저장하고(S150), 이 저장된 전압 값으로 상기 복수개의 발열소자의 각각에 전압신호를 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 11,
The mode locking unit 60 is a control unit that generates a control signal for applying voltages of different time periods to each of the heating elements of the plurality of heating modules based on the output laser output from the optical fiber 10 Including (61) further,
The mode locking unit,
Voltage signals having different time periods are simultaneously applied to each of the plurality of heating elements (S130), and at each predetermined time, it is determined whether a pulsed laser is generated (S140), and the voltage at this time when the pulsed laser is generated And storing each voltage value of the signal (S150), and applying a voltage signal to each of the plurality of heating elements with the stored voltage value.
제 11 항에 있어서,
상기 모드 잠금부(60)는, 상기 광섬유(10)에서 출력되는 출력 레이저에 기초하여 상기 복수개의 발열소자의 각각에 서로 상이한 전압을 인가하도록 하는 제어신호를 생성하는 제어부(61)를 더 포함하고,
상기 모드 잠금부는,
제1 발열소자에 0부터 소정 피크전압(V_2π)까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제1 전압신호를 인가하면서 펄스 레이저 생성여부를 판단하고(1단계),
펄스 레이저 생성이 없으면, 제2 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제2 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 1단계를 반복하고(2단계),
펄스 레이저 생성이 없으면, 제3 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제3 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 2단계를 반복하고(3단계),
펄스 레이저 생성이 없으면, 제4 발열소자에 0부터 상기 피크전압까지 소정 스텝 전압씩 증가시키며 제4 전압신호를 인가하되 매 증가시마다 상기 3단계를 반복(4단계)하도록 구성된 것을 특징으로 하는 극초단 펄스 레이저 생성장치.
The method of claim 11,
The mode locking unit 60 further includes a control unit 61 for generating a control signal for applying different voltages to each of the plurality of heating elements based on the output laser output from the optical fiber 10, and ,
The mode locking unit,
The first heating element is increased by a predetermined step voltage from 0 to a predetermined peak voltage (V_2π), and the first voltage signal is applied to determine whether or not a pulse laser is generated (step 1),
If there is no pulse laser generation, the second heating element is increased by a predetermined step voltage from 0 to the peak voltage, and a second voltage signal is applied, but the step 1 is repeated with each increase (step 2),
If there is no pulse laser generation, the third heating element is increased by a predetermined step voltage from 0 to the peak voltage, and a third voltage signal is applied, but the step 2 is repeated with each increase (step 3),
When there is no pulse laser generation, the fourth heating element is increased by a predetermined step voltage from 0 to the peak voltage, and the fourth voltage signal is applied, but the third step is repeated (step 4) with each increase. Pulse laser generator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160035283A (en) * 2014-09-23 2016-03-31 한양대학교 산학협력단 Saturable absorber based polarization-maintaining pulse laser
US20160294150A1 (en) * 2015-04-06 2016-10-06 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. System and method for increasing power emitted from a fiber laser
KR20170069681A (en) 2015-12-11 2017-06-21 한국전기연구원 Optical Fiber Femtosecond Laser Osillator and Apparatus Including The Same
KR101912130B1 (en) * 2017-02-01 2018-10-29 서울시립대학교 산학협력단 Saturable absorber, method of manufacturing saturable absorber and laser generating apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101501509B1 (en) 2013-10-28 2015-03-11 한국표준과학연구원 Dual Optical-comb Femto-second Optical Fiber Laser
KR20160035283A (en) * 2014-09-23 2016-03-31 한양대학교 산학협력단 Saturable absorber based polarization-maintaining pulse laser
US20160294150A1 (en) * 2015-04-06 2016-10-06 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. System and method for increasing power emitted from a fiber laser
KR20170069681A (en) 2015-12-11 2017-06-21 한국전기연구원 Optical Fiber Femtosecond Laser Osillator and Apparatus Including The Same
KR101912130B1 (en) * 2017-02-01 2018-10-29 서울시립대학교 산학협력단 Saturable absorber, method of manufacturing saturable absorber and laser generating apparatus

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