WO2022164027A1 - 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치 - Google Patents

마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치 Download PDF

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WO2022164027A1
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collimator
laser
mirror
micro
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PCT/KR2021/019268
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Inventor
이종훈
김현덕
황준호
정구인
이찬우
이민호
윤나래
김영철
신성선
권성민
도우종
권기완
도한명
박재현
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경북대학교 산학협력단
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    • G01J2009/028—Types
    • G01J2009/0288—Machzehnder

Definitions

  • the present invention relates to a laser light source device, and more particularly, by applying a Machzenter interferometer structure, particularly a micro-optic Mach-Zehnder interferometer that can easily align light with low loss and flexibly implement desired filter (wavelength selection) characteristics, It relates to a micro-optic Mach-Zehnder interferometer-based laser light source device capable of providing high wavelength selectivity and improving laser efficiency.
  • This project has a unique project number 1415170333 and a detailed project number N0000598, and is a system industrial technology development infrastructure (R&D) research project of the Korea Institute of Industrial Technology Promotion of the Ministry of Trade, Industry and Energy. This is a research project carried out by the Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation from April 1, 2020 to January 31, 2021.
  • R&D system industrial technology development infrastructure
  • this project has a specific project number of 1415164851 and a detailed project number P0008763. It is a research project to strengthen the capacity of industrial professionals (R&D) of the Korea Institute of Industrial Technology Promotion of the Ministry of Trade, Industry and Energy. This is a research project carried out by Handong Global University from March 1, 2020 to February 28, 2021.
  • this project has a unique project number of 1711102940 and a detailed project number 2019-0-00008-002, and the Ministry of Science and ICT, Korea Electronics and Telecommunications Research Institute R&D support (R&D) Multi-optical channel generation/shaping for multi-band signal transmission
  • R&D Research Institute R&D support
  • Multi-optical channel generation/shaping for multi-band signal transmission As a research project related to technology development, the research project title 'Manufacturing of optical filters using ultra-short laser processing (consignment research project)' is a research project carried out by Kyungpook National University Industry-University Cooperation Foundation as an institution from March 1, 2020 to November 30, 2020.
  • Laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
  • Laser is artificial light with very high coherence in time and space that cannot be obtained in nature, and has four characteristics: linearity, monochromaticity, coherence, and high luminance.
  • These lasers have been developed and developed in various forms such as solid state lasers, fiber lasers, and disk lasers, and are being used in a wide range of fields, and efforts for miniaturization, high efficiency, and high output are continuing.
  • a laser includes a laser medium or a laser gain medium, a pumping source, and an optical cavity resonator.
  • the pumping source causes a density inversion of the laser gain medium by supplying energy electrically/optically to the laser medium through light or electron impulse, current injection, or the like.
  • the laser gain medium is a material that performs the role of an amplifier by inversion of density through pumping, and all of solid, gas and liquid may be used.
  • the optical cavity resonator has a cavity structure in which two mirrors with high reflectivity face each other at a certain distance, and a light wave generated in the cavity and a reflected light wave generate complementary and destructive interference, among which only light waves of a specific wavelength All the rest are canceled and only light waves of a specific wavelength selectively pass through and output.
  • the wavelength of the output light may be selected through the lengths of the two mirrors.
  • FIGS. 2 to 4 Examples of such a laser are shown in FIGS. 2 to 4 .
  • 2 shows the structure of a diode-pumped solid-state laser providing pumping light from the side of the laser gain medium.
  • laser diodes positioned on the side of the laser gain medium generate pumped light and supply it to the laser gain medium, and a mirror is located on one side of the laser gain medium and an output coupler is located on the other side of the laser gain medium.
  • FIG. 3 shows the structure of a diode-pumped solid-state laser providing pumping light in a longitudinal section of the laser medium.
  • a laser rod that is, a laser diode positioned on one longitudinal section of a laser gain medium, generates pumped light and provides it to the laser rod, and the laser rod is a laser gain medium.
  • a resonator (cavity) composed of mirrors is placed inside. The laser beam generated by the laser rod is emitted to the outside through an output coupler.
  • Figure 4 shows the structure of the lamp-pumped solid-state laser.
  • lamps providing pumping light are located on the side of the laser gain medium, and reflectors are located at both ends of the laser gain medium.
  • the laser light source device is packaged and configured through optical alignment of the laser gain medium and the reflectors, and a separate device capable of aligning the laser optical system is manufactured and aligned, and if necessary, the output optical fiber is aligned with the laser output.
  • the existing laser configuration is composed of a Fabry-Perot filter by a mirror constituting the cavity, and the wavelength is selected by combining it with a laser gain medium.
  • the ways to do this were very limited.
  • the low loss and high wavelength selectivity Mach-Zehnder interferometer especially the micro-optic Mach-Zehnder interferometer structure that is easy to align, i.e., the laser structure based on the wavelength selective filter, allows for easy optical alignment and excellent wavelength selectivity.
  • a new microoptic Mach-Zehnder interferometer-based laser light source that can be easily configured within the same structure has been proposed.
  • the present invention applies a low loss and high wavelength selectivity Machzenter interferometer, particularly a micro-optic Machzenter interferometer that is easy to align light and can flexibly implement desired filter (wavelength selection) characteristics, providing high wavelength selectivity and providing a variety of active
  • An object of the present invention is to provide a micro-optic Mach-Zehnder interferometer-based laser light source device capable of facilitating optical alignment of devices (including a pumped laser gain medium) and passive devices within the same structure and increasing laser efficiency.
  • Another object of the present invention is to construct a laser gain medium on the collimated and expanded light (beam) path using a collimator (hereinafter referred to as a collimator or fiber collimator) to which an optical fiber is connected, and also combine an optical plate that induces a difference in the optical path. It is to provide a laser light source device that enables efficient configuration and utilization of a laser gain medium and efficient coupling of laser output with an optical fiber by constituting a microoptic Mach-Zehnder interferometer.
  • a collimator hereinafter referred to as a collimator or fiber collimator
  • Another object of the present invention is to provide a micro-optic Mach-Zehnder interferometer-based laser light source device that can be put to practical use by minimizing the package cost by using a micro-optic Mach-Zehnder interferometer free from optical alignment.
  • another object of the present invention is to configure a micro-optic Mach-Zehnder interferometer with a cavity, so that various types of laser gain media, various active elements, passive wavelength selection elements (wavelength filters), etc. It is to provide a laser light source device based on a micro-optic Mach-Zehnder interferometer that enables the realization of a desired laser by utilizing the device.
  • a laser light source device based on a micro-optic Mach-Zehnder interferometer, comprising: a coupler for receiving a pump light and coupling it to an optical fiber; a collimator for collimating and outputting the pump light provided through the optical fiber, condensing the returned light and returning it to the optical fiber; a front mirror and a rear mirror installed to face the emitting surface of the collimated pump light output from the collimator; a laser gain medium positioned between the front mirror and the collimator, receiving the collimated pump light output from the collimator, generating light, and returning the light to the collimator; and a laser output mirror positioned between the collimator and the coupler and emitting the light returned to the optical fiber, wherein the collimator, the front mirror, and the rear mirror constitute a micro-optic Mach-Zehnder interferometer to the laser gain medium. Inducing an optical path difference with respect to the light generated by the
  • the laser light source device of the present invention provides an effect of providing high wavelength selectivity and high laser efficiency by applying a micro-optic Mach-Zehnder interferometer that is easy to align light and can flexibly implement desired filter characteristics.
  • the present invention configures a laser gain medium on a collimated and expanded light (beam) path using a collimator to which an optical fiber is connected, and also combines an optical plate that induces a difference in optical path to configure a micro-optic Mach-Zehnder interferometer. It is possible to provide a laser light source device that efficiently configures and utilizes a laser gain medium and allows laser output to be efficiently coupled to an optical fiber. That is, it is possible to enable effective laser configuration with a flexible combination of active and passive elements optimized through individual processes while having optical fiber output.
  • the laser light source of the present invention uses a micro-optic Mach-Zehnder interferometer with easy optical alignment to minimize the package cost, thereby providing the effect of enabling practical use.
  • the laser light source device of the present invention can configure a micro-optic Mach-Zehnder interferometer together with a cavity, so that various types of laser gain media and wavelength selection devices (wavelength filters), that is, various active devices and passive devices, can be used It provides an effect that can implement a laser.
  • 1 is a diagram schematically illustrating a laser oscillation principle
  • 2 and 3 are diagrams schematically showing the structure of a diode-pumped solid-state laser.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the structure of a lamp-pumped solid-state laser
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a laser light source device based on a micro-optic Mach-Zehnder interferometer according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the operation of the micro-optic Machzenter interferometer according to the first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view illustrating the front and rear surfaces of the mirror unit of the micro-optic Mach-Zehnder interferometer according to the first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a laser output mirror according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a laser light source device based on a micro-optic Mach-Zehnder interferometer according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 is a diagram illustrating a laser output mirror according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram of a micro-optic Mach-Zehnder interferometer-based laser light source device according to a third preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a laser output mirror according to a third preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram of a micro-optic Mach-Zehnder interferometer-based laser light source device according to a fourth preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a laser output mirror according to a fourth preferred embodiment of the present invention.
  • the laser light source device of the present invention applies a Mach-Zehnder interferometer with high wavelength selectivity, particularly a micro-optic Mach-Zehnder interferometer that is easy to align light and can flexibly implement desired filter (wavelength selection) characteristics, thereby providing high wavelength selectivity and to increase the laser efficiency.
  • the laser light source device of the present invention configures a laser gain medium on a collimated and expanded light (beam) path using a collimator to which an optical fiber is connected, and combines an optical plate that induces a difference in the optical path to create a micro-optic Mach-Zehnder interferometer. It is possible to provide a laser light source device that allows efficient configuration and utilization of a laser gain medium and efficient combination of laser output with an optical fiber by configuring . That is, it is possible to enable effective laser configuration with a flexible combination of active and passive elements optimized through individual processes while having optical fiber output.
  • the laser light source of the present invention uses a micro-optic Mach-Zehnder interferometer with easy optical alignment to minimize package cost, thereby enabling practical use.
  • the laser light source device of the present invention can configure a micro-optic Mach-Zehnder interferometer together with a cavity, so that various types of laser gain media and wavelength selection devices (wavelength filters), that is, various active devices and passive devices, can be used It enables lasers to be implemented.
  • the laser light source device includes a first pumping source 100 , a first coupler 102 , a first laser output mirror 104 , a first collimator 106 , and a first laser gain medium 108 . ) and a first front mirror 110 and a first rear mirror 112 .
  • the first pumping source 100 generates a first pumping light for causing a density inversion in the first laser gain medium 108 to be provided to the first coupler 102 .
  • the first coupler 102 makes the first pumping light incident on the optical fiber, and the first pumping light incident on the optical fiber passes through the optical fiber and the first laser output mirror 104 and is transmitted to the first collimator 106 . .
  • the first collimator 106 collimates the first pumping light and transmits it to the first laser gain medium 108 .
  • the first laser gain medium 108 generates light by lasing by inverting the density by the first pumping light.
  • the light generated by the first laser gain medium 108 is transmitted to the first front mirror 110 and the first rear mirror 112 .
  • the first front mirror 110 and the first rear mirror 112 are pre-determined on a surface opposite to the emission surface of the light collimated and output by the first collimator 106 . installed at a distance apart from each other.
  • the first front mirror 110 has a pattern in which a reflective surface for reflecting light and a light passing surface for passing light are alternately formed, and a stripe stripe pattern may be adopted as the pattern.
  • the first rear mirror 112 is formed of a reflective surface that reflects light.
  • the path of the light generated by the first laser gain medium 108 is different by the first front mirror 110 and the first rear mirror 112 .
  • the first collimator 106 , the first front mirror 110 , and the first rear mirror 112 constitute a micro-optic Mach-Zehnder interferometer, with respect to the light generated by the first laser gain medium 108 .
  • the light with the optical path difference is incident on the first collimator 106 and is filtered (wavelength selected).
  • the first collimator 106 collects the light induced by the optical path difference and transmits it to the optical fiber, and the light transmitted to the optical fiber is returned to the optical fiber to constitute a Mach-Zehnder interferometer and filtered (wavelength selection), and the first laser It is emitted through the output mirror (104).
  • the first laser output mirror 104 is positioned between the first collimator 106 and the first coupler 102 , and a dichroic mirror may be employed.
  • FIG. 8 shows a configuration example of a laser output mirror capable of distinguishing the pumping wavelength of the first pumping light and the wavelength of the laser light emitted through the first output mirror 104 .
  • the laser light source device includes a second pumping source 200 , a second coupler 202 , a second laser output mirror 204 , a second collimator 206 , and a second laser gain medium 208 . ), a second front mirror 210 and a second rear mirror 212 .
  • the second pumping source 200 generates a second pumping light for causing a density inversion in the second laser gain medium 208 to be provided to the second coupler 202 .
  • the second coupler 202 makes the second pumping light incident on the optical fiber, and the second pumping light incident on the optical fiber is transmitted to the second collimator 206 through the optical fiber.
  • the second collimator 206 collimates the second pumping light and transmits it to the second laser gain medium 208 .
  • the second laser gain medium 208 generates light by inverting the density by the second pumping light.
  • the light generated by the second laser gain medium 208 is transmitted to the second front mirror 210 and the second rear mirror 212 .
  • the second front mirror 210 and the second rear mirror 212 are installed to be spaced apart from each other by a predetermined distance on a surface opposite to the emission surface of the collimated pump light output from the second collimator 206 .
  • the second front mirror 210 has a pattern in which a reflective surface that reflects light and a passage surface that passes light are alternately positioned.
  • the first rear mirror 112 is formed of a reflective surface that reflects light on the front side.
  • the second collimator 206 , the second front mirror 210 , and the second rear mirror 212 constitute a micro-optic Mach-Zehnder interferometer with respect to the light generated by the second laser gain medium 208 .
  • the optical path difference is induced, and the light from which the optical path difference is induced is incident on the second collimator 206 and is filtered (wavelength selected).
  • the second collimator 206 condenses the light induced by the optical path difference, transmits it to the optical fiber, configures a Mach-Zehnder interferometer, and filters (wavelength selection), and the light transmitted to the optical fiber passes through the second laser output mirror 204 . is emitted through
  • the second laser output mirror 204 may be a dichroic mirror.
  • FIG. 10 shows a configuration example of a laser output mirror capable of distinguishing the pumping wavelength of the second pumping light and the wavelength of the laser light emitted through the second output mirror 204 .
  • the output mirror is positioned at the front end of the coupler for coupling the pumping light, which minimizes the effect of the pumping light on the laser output light. do.
  • the laser light source device includes a third pumping source 300 , a third coupler 302 , a third laser output mirror 304 , a third collimator 306 , and a third laser gain medium 308 . ), a third front mirror 310 and a third rear mirror 312 .
  • the third pumping source 300 generates a third pumping light for causing a density inversion in the third laser gain medium 308 to be provided to the third coupler 302 .
  • the third coupler 302 makes the third pumping light incident on the optical fiber, and the third pumping light incident on the optical fiber passes through the optical fiber and the third laser output mirror 304 and is transmitted to the third collimator 306 . .
  • the third collimator 306 collimates the third pumping light and provides it to the first front mirror 310 , the third laser gain medium 308 , and the third rear mirror 312 .
  • the third laser gain medium 308 generates light by inverting the density by the third pumping light.
  • the third laser gain medium 308 is positioned between the third front mirror 310 and the third rear mirror 312, and the third front mirror 310 and the third rear mirror 312 are It constitutes a resonator together with the laser output mirror 304 and induces an optical path difference between the third front mirror 310 and the third rear mirror 312 with respect to the light generated by the third laser gain medium 308. print out
  • the third front mirror 310, the third rear mirror 312, and the third collimator 306 constitute a micro-optic Mach-Zehnder interferometer, so that the light generated by the third laser medium 308 is transmitted to the third front mirror.
  • the optical path difference is induced by the mirror 310 and the third rear mirror 312 , and the light induced with the optical path difference is incident on the third collimator 206 and is filtered (wavelength selected).
  • the third collimator 306 collects the light induced by the optical path difference and transmits it to the optical fiber, configures a Mach-Zehnder interferometer and filters (wavelength selection), and the light transmitted to the optical fiber is the third laser output mirror 304 . is emitted through The third laser output mirror 304 may be a dichroic mirror.
  • FIG. 12 shows a configuration example of a laser output mirror capable of distinguishing the pumping wavelength of the third pumping light and the wavelength of the laser light emitted through the third laser output mirror 304 .
  • the laser light source device includes a fourth pumping source 400 , a fourth coupler 402 , a fourth laser output mirror 404 , a fourth collimator 406 , and a fourth laser gain medium 408 . ), a fourth front mirror 410 and a fourth rear mirror 412 .
  • the fourth pumping source 400 generates a fourth pumping light for causing a density inversion in the fourth laser gain medium 408 to be provided to the fourth coupler 402 .
  • the fourth coupler 402 makes the fourth pumping light incident on the optical fiber, and the fourth pumping light incident on the optical fiber is transmitted to the fourth collimator 406 through the optical fiber.
  • the fourth collimator 406 collimates the fourth pumping light and provides it to the fourth front mirror 410 , the fourth laser gain medium 408 , and the fourth rear mirror 412 .
  • the fourth laser gain medium 408 generates light by inverting the density by the fourth pumping light.
  • the fourth laser gain medium 408 is positioned between the fourth front mirror 410 and the fourth rear mirror 412, and the fourth front mirror 410 and the fourth rear mirror 412 are It constitutes a resonator together with the laser output mirror 304 and induces an optical path difference between the fourth front mirror 410 and the fourth rear mirror 412 for the light generated by the fourth laser gain medium 408 . print out
  • the fourth front mirror 410, the fourth rear mirror 412, and the fourth collimator 406 constitute a micro-optic Mach-Zehnder interferometer, so that the light generated by the fourth laser gain medium 408 is transmitted to the fourth
  • the optical path difference is induced by the front mirror 410 and the fourth rear mirror 412 , and the light induced with the optical path difference is incident on the fourth collimator 406 , and thus is filtered (wavelength selected).
  • the fourth collimator 406 collects the light induced by the optical path difference and transmits it to the optical fiber, constitutes a Mach-Zehnder interferometer and filters (wavelength selection), and the light transmitted to the optical fiber is transmitted to the fourth laser output mirror 404 . is emitted through The fourth laser output mirror 404 may be a dichroic mirror.
  • FIG. 14 shows a configuration example of a laser output mirror capable of distinguishing the pumping wavelength of the fourth pumping light and the wavelength of the laser light emitted through the fourth laser output mirror 404 .
  • the optical cavity resonator can be configured with the components of the Mach-Zehnder interferometer (filter) having the same pumping path and laser oscillation and output area, and having excellent wavelength selectivity with low loss. , a high-efficiency laser can be realized.
  • the input position of the pumping source for exciting the laser gain medium is set in the resonator (cavity) configuration of the present invention, that is, between the laser output mirror and the front mirror and the rear mirror. It can be said that the operation or configuration is equivalent with the difference of whether it is placed or placed outside the resonator configuration.
  • the present invention based on a micro-optic Mach-Zehnder interferometer can accommodate both the advantages of both sides because it is possible to combine the advantages of a fiber-optic laser and individually manufacturable optical parts, rather than a simple combination difference.
  • manufacturing that can be utilized as a finished optical component independently manufactured such as a 3D structure manufactured using the MEMS (micro electrical mehanical system) process and 3D printing method, a planar process, and a flat plate manufactured through a multilayer thin film Processes and products with guaranteed optical properties can be effectively utilized in the process.
  • MEMS micro electrical mehanical system
  • the present invention can be applied to a laser light source device that provides high wavelength selectivity and high laser efficiency by applying a micro-optic Mach-Zehnder interferometer that is easy to align light and can flexibly implement desired filter characteristics.
  • micro-optic Mach-Zehnder interferometer can be configured with a cavity
  • various types of laser gain media and wavelength selection devices i.e., various active and passive devices, can be used to implement a desired laser. It can be applied to the light source device of the type.

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Abstract

본 발명에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치는, 펌프광을 입력받아 광섬유에 커플링하는 커플러; 상기 광섬유를 통해 제공되는 펌프광을 시준하여 출력하고, 반환된 광을 집광하여 상기 광섬유로 반환하는 콜리메이터; 상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광의 출사면에 대향되게 설치된 프론트 미러와 리어 미러; 상기 프론트 미러와 콜리메이터 사이에 위치하여, 상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광을 입력받아 광을 생성하고, 상기 광을 상기 콜리메이터로 반환하는 레이저 매질; 및 상기 콜리메이터와 상기 커플러 사이에 위치하여 광섬유로 반환되는 광을 출사하는 레이저 출력 미러;를 포하하며, 상기 콜리메이터와 상기 프론트 미러와 상기 리어 미러가 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여 상기 레이저 이득매질에 의해 생성되는 광에 대해 광경로차를 유도하고 광경로차가 유도된 광이 상기 콜리메이터로 입사되어 필터링함을 특징으로 한다.

Description

마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치
본 발명은 레이저 광원장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마하젠터 간섭계 구조, 특히 낮은 손실의 광정렬이 용이하고 원하는 필터(파장선택) 특성을 유연하게 구현할 수 있는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 적용하여, 높은 파장 선택성을 제공함과 아울러 레이저 효율을 향상시킬 수 있는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치에 관한 것이다.
본 과제는 과제고유번호가 1415170333 이고, 세부과제번호 N0000598 이며, 산업통상자원부의 한국산업기술진흥원의 시스템산업기술개발기반구축(R＆D) 연구사업으로서, 연구과제명 '레이저 응용 의료기기/첨단소재가공 산업기반구축'으로 경북대학교 산학협력단이 수행기관으로 2020.04.01 부터 2021.01.31 까지 수행한 연구과제이다.
또한, 본 과제는 과제고유번호가 1415164851 이고, 세부과제번호 P0008763 이며, 산업통상자원부의 한국산업기술진흥원의 산업전문인력역량강화(R＆D) 연구사업으로서, 연구과제명 '광융합(광학, 레이저) 분야 전문인력양성사업'으로 한동대학교가 수행기관으로 2020.03.01 부터 2021.02.28 까지 수행한 연구과제이다.
또한, 본 과제는 과제고유번호가 1711102940 이고, 세부과제번호 2019-0-00008-002 이며, 과학기술정보통신부의 한국전자통신연구원 연구개발지원(R＆D)멀티밴드 신호전송을 위한 다중광채널 발생/조형 기술 개발관련 연구사업으로서, 연구과제명 '극초단 레이저 가공을 활용한 광필터 제작(위탁연구과제)'으로 경북대학교 산학협력단이 수행기관으로 2020.03.01 부터 2020.11.30 까지 수행한 연구과제이다.
레이저(LASER; Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)는 자연에서는 얻을 수 없는 시간과 공간상에서 매우 높은 간섭성을 갖는 인공 광으로, 직진성, 단색성, 간섭성 및 고휘도성의 네 가지 특성을 가지고 있다. 이러한 레이저는 고체 레이저, 광섬유 레이저 및 디스크 레이저 등 다양한 형태로 발전 및 개발되어 광범위한 분야에서 활용되고 있으며, 소형화, 고효율화 및 고출력화에 대한 노력이 계속되고 있다.
도 1은 일반적인 레이저 발진 원리를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 도 1을 참조하면, 레이저는 레이저 매질(Laser Medium) 또는 레이저 이득매질(Laser Gain Medium), 펌핑 소스(Pumping Source) 및 광 공동 공진기(Optical Cavity Resonator)로 구성된다.
상기 펌핑 소스는 광 또는 전자충동, 전류 주입 등을 통해 레이저 매질에 전기적/광학적으로 에너지를 공급하여 레이저 이득매질의 밀도반전을 야기시킨다.
상기 레이저 이득매질은 펌핑을 통해 밀도반전하여 증폭기의 역할을 이행하는 물질로서, 고체, 기체 및 액체 모두 사용가능하다.
상기 광 공동 공진기는 반사율이 큰 2장의 거울을 일정 거리에서 마주보게 한 공동 구조를 가지며, 공동안에서 발생한 광파와 반사된 광파가 상보적 간섭 및 상쇄적 간섭을 발생시키며, 이중에 특정 파장의 광파만 남기고 나머지는 모두 상쇄되어 특정 파장의 광파만이 선별적으로 통과하여 출력한다. 상기 두 개의 거울의 길이를 통해 출력광의 파장을 선택할 수 있다.
이러한 레이저의 예를 도시한 것이 도 2 내지 도 4와 같다. 상기 도 2는 레이저 이득매질의 측면에서 펌핑광을 제공하는 다이오드 펌프된 고체 레이저의 구조를 도시한 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 레이저 이득매질의 측면에 위치하는 레이저 다이오드들은 펌프된 광을 생성하여 레이저 이득매질에 공급하며, 상기 레이저 이득매질의 일측에는 미러가 다른 한측에는 출력 커플러가 위치한다.
그리고 도 3은 레이저 매질의 종단면에서 펌핑광을 제공하는 다이오드 펌프된 고체 레이저의 구조를 도시한 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 레이저 로드(Laser Rod), 즉 레이저 이득매질의 일 종단면에 위치하는 레이저 다이오드가 펌프된 광을 생성하여 레이저 로드(laser rod)에 제공하며, 상기 레이저 로드는 레이저 이득매질로 미러들로 구성된 공진기(Cavity)를 내부에 위치시킨다. 상기 레이저 로드에 의해 생성된 레이저 빔은 출력 커플러를 통해 외부로 출사된다.
그리고, 도 4는 램프 펌프된 고체 레이저의 구조를 도시한 것이다. 상기 도 4를 참조하면, 레이저 이득매질의 측면에 펌핑광을 제공하는 램프들이 위치하며, 상기 레이저 이득매질의 양종단에는 반사판들이 위치한다.
상기한 바와 같이 종래의 레이저는 레이저 이득매질과 반사판들의 광정렬을 통해 레이저 광원장치는 패키지화되어 구성되고 레이저 광학계를 정렬할 수 있는 별도의 기구를 제작하여 정렬하고 필요시 출력 광섬유를 레이저 출력에 정렬하여 사용한다.
또한, 기존의 레이저 구성은 Cavity를 구성하는 미러에 의해 Fabry-Perot 필터로 구성하고 레이저 이득매질과 결합하여 파장선택을 하고 있으며 파장선택성을 개선하거나 또는 최소 손실로 파장선택 소자를 추가하여 효율을 증대시키기 위한 방안들이 매우 제한적이었다.
낮은 손실의 파장 선택성이 높은 마하젠더 간섭계, 특히 광정렬이 용이한 마이크로옵틱 마하젠더 간섭계 구조 즉 파장선택 필터를 기반으로 한 레이저 구조를 통해 광정렬이 용이하고 파장 선택성이 우수하며 다양한 능동 수동 소자들의 광학정렬이 동일한 구조내에서 용이하게 구성될 수 있는 새로운 마이크로옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원을 제안하게 되었다.
본 발명은 낮은 손실의 파장 선택성이 높은 마하젠터 간섭계, 특히 광정렬이 용이하고 원하는 필터(파장선택) 특성을 유연하게 구현할 수 있는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 적용하여, 높은 파장 선택성을 제공함과 다양한 능동 소자(펌핑된 레이저 이득매질도 포함) 및 수동 소자들의 광학정렬을 동일한 구조내에서 용이하게 하고 아울러 레이저 효율을 높일 수 있는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 광섬유가 연결된 콜리메이터(이하 콜리메이터 또는 광섬유 콜리메이터)를 이용하여 시준화되고 확장된 광(빔) 경로상에서 레이저 이득매질을 구성하고 또한 광경로차이를 유도하는 광학평판을 결합하여 마이크로옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하는 것으로 레이저 이득매질의 효율적인 구성 및 활용과 레이저 출력이 광섬유로 효율적으로 결합되도록 하는 레이저 광원장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 광정렬로부터 자유로운 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 이용하여 패키지 비용을 최소화하여 실용화를 가능하게 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 캐비티(Cavity)와 함께 구성할 수 있어 여러 종류의 다양한 레이저 이득매질, 다양한 능동소자, 수동형 파장선택소자(파장필터) 등 다양한 능동소자 및 수동소자를 활용하여 원하는 레이저를 구현할 수 있게 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치는, 펌프광을 입력받아 광섬유에 커플링하는 커플러; 상기 광섬유를 통해 제공되는 펌프광을 시준하여 출력하고, 반환된 광을 집광하여 상기 광섬유로 반환하는 콜리메이터; 상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광의 출사면에 대향되게 설치된 프론트 미러와 리어 미러; 상기 프론트 미러와 콜리메이터 사이에 위치하여, 상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광을 입력받아 광을 생성하고, 상기 광을 상기 콜리메이터로 반환하는 레이저 이득매질; 및 상기 콜리메이터와 상기 커플러 사이에 위치하여 광섬유로 반환되는 광을 출사하는 레이저 출력 미러;를 포함하며, 상기 콜리메이터와 상기 프론트 미러와 상기 리어 미러가 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여 상기 레이저 이득매질에 의해 생성되는 광에 대해 광경로차를 유도하고 광경로차가 유도된 광이 상기 콜리메이터로 입사되어 필터링함을 특징으로 한다.
본 발명의 레이저 광원장치는 광정렬이 용이하고 원하는 필터 특성을 유연하게 구현할 수 있는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 적용하여, 높은 파장 선택성을 제공함과 아울러 레이저 효율을 높을 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 광섬유가 연결된 콜리메이터를 이용하여 시준화되고 확장된 광(빔) 경로상에서 레이저 이득매질을 구성하고 또한 광경로차이를 유도하는 광학평판을 결합하여 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하는 것으로 레이저 이득매질의 효율적인 구성 및 활용과 레이저 출력이 광섬유로 효율적으로 결합되도록 하는 레이저 광원 장치를 제공할 수 있다. 즉, 광섬유 출력을 가지면서 개별 공정을 통해 최적화된 능동 소자 및 수동 소자들의 유연한 조합으로 효과적인 레이저 구성이 가능하도록 할 수 있다.
또한 본 발명의 레이저 광원은 광정렬이 용이한 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 이용하여 패키지비용을 최소화하여 실용화를 가능하게 하는 효과를 제공한다.
또한 본 발명의 레이저 광원장치는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 캐비티(Cavity)와 함께 구성할 수 있어 여러 종류의 레이저 이득매질 및 파장선택소자(파장필터) 즉, 다양한 능동소자 및 수동소자를 활용하여 원하는 레이저를 구현할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 레이저 발진 원리를 개략적으로 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 다이오드 펌프드 고체 레이저의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 램프 펌프드 고체 레이저의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 옵틱 마하젠터 간섭계의 동작을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계의 미러부의 전면 및 후면을 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 레이저 출력 미러를 예시한 도면.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성도.
도 10은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 레이저 출력 미러를 예시한 도면.
도 11은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성도.
도 12는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따르는 레이저 출력 미러를 예시한 도면.
도 13은 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성도.
도 14는 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따르는 레이저 출력 미러를 예시한 도면.
본 발명의 레이저 광원장치는 파장 선택성이 높은 마하젠더 간섭계, 특히 광정렬이 용이하고 원하는 필터(파장선택) 특성을 유연하게 구현할 수 있는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 적용하여, 높은 파장 선택성을 제공함과 아울러 레이저 효율을 높일 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 레이저 광원장치는 광섬유가 연결된 콜리메이터를 이용하여 시준화되고 확장된 광(빔) 경로상에서 레이저 이득매질을 구성하고 또한 광경로차이를 유도하는 광학평판을 결합하여 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하는 것으로 레이저 이득매질의 효율적인 구성 및 활용과 레이저 출력이 광섬유로 효율적으로 결합되도록 하는 레이저 광원 장치를 제공할 수 있다. 즉, 광섬유 출력을 가지면서 개별 공정을 통해 최적화된 능동 소자 및 수동 소자들의 유연한 조합으로 효과적인 레이저 구성이 가능하도록 할 수 있다.
또한 본 발명의 레이저 광원은 광정렬이 용이한 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 이용하여 패키지비용을 최소화하여 실용화를 가능하게 한다.
또한 본 발명의 레이저 광원장치는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 캐비티(Cavity)와 함께 구성할 수 있어 여러 종류의 레이저 이득매질 및 파장선택소자(파장필터) 즉, 다양한 능동소자 및 수동소자를 활용하여 원하는 레이저를 구현할 수 있게 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성 및 동작을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<제1실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성>
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성도를 도시한 것이다. 상기 도 5를 참조하면, 상기 레이저 광원장치는 제1펌핑소스(100)와 제1커플러(102)와 제1레이저 출력미러(104)와 제1콜리메이터(106)와 제1레이저 이득매질(108)과 제1프론트 미러(110)와 제1리어 미러(112)로 구성된다.
상기 제1펌핑소스(100)는 제1레이저 이득매질(108) 내의 밀도반전을 야기하기 위한 제1펌핌광을 생성하여 제1커플러(102)로 제공한다.
상기 제1커플러(102)는 상기 제1펌핑광을 광섬유에 입사시키며 상기 광섬유에 입사된 제1펌핑광은 광섬유와 제1레이저 출력미러(104)를 통과하여 제1콜리메이터(106)로 전달된다.
상기 제1콜리메이터(106)는 상기 제1펌핑광을 시준하여 제1레이저 이득매질(108)로 전달한다.
상기 제1레이저 이득매질(108)은 상기 제1펌핑광에 의해 밀도반전하여 레이징하여 광을 생성한다.
상기 제1레이저 이득매질(108)에 의해 생성된 광은 제1프론트 미러(110)와 제1리어 미러(112)로 전달된다.
상기 제1프론트 미러(110)와 제1리어 미러(112)는 도 6 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 제1콜리메이터(106)가 시준하여 출력하는 광의 출사면에 대향되는 면에 미리 정해둔 거리만큼 이격되어 설치된다. 상기 제1프론트 미러(110)는 광을 반사하는 반사면과 광을 통과하는 통과면이 교호적으로 위치하는 패턴이 형성되며, 상기 패턴으로는 스트라이프의 줄무늬 패턴이 채택될 수 있다. 그리고 상기 제1리어 미러(112)는 전면이 광을 반사하는 반사면으로 형성된다.
이에 상기 제1레이저 이득매질(108)에 의해 생성된 광의 경로는 상기 제1프론트 미러(110)와 제1리어 미러(112)에 의해 차이가 발생된다.
상기 제1콜리메이터(106)와 상기 제1프론트 미러(110)와 상기 제1리어 미러(112)는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여, 제1레이저 이득매질(108)에 의해 생성된 광에 대해 광경로차를 유도하여, 광경로차가 유된 광은 제1콜리메이터(106)로 입사되므로 필터링(파장선택)된다.
상기 제1콜리메이터(106)는 광경로차가 유도된 광을 집광하여 광섬유로 전달하고, 상기 광섬유에 전달된 광은 상기 광섬유로 반환하여 마하젠더 간섭계를 구성하고 필터링(파장선택)되며, 제1레이저 출력미러(104)를 통해 출사된다. 상기 제1레이저 출력미러(104)는 상기 제1콜리메이터(106)와 상기 제1커플러(102) 사이에 위치하며, 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)가 채용될 수 있다.
도 8은 제1펌핑광의 펌핑 파장과 제1출력미러(104)를 통해 출사되는 레이저 광의 파장을 구분할 수 있는 레이저 출력 미러의 구성예를 나타낸 것이다.
<제2실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성>
도 9는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성도를 도시한 것이다. 상기 도 9를 참조하면, 상기 레이저 광원장치는 제2펌핑소스(200)와 제2커플러(202)와 제2레이저 출력미러(204)와 제2콜리메이터(206)와 제2레이저 이득매질(208)과 제2프론트 미러(210)와 제2리어 미러(212)로 구성된다.
상기 제2펌핑소스(200)는 제2레이저 이득매질(208) 내의 밀도반전을 야기하기 위한 제2펌핌광을 생성하여 제2커플러(202)로 제공한다.
상기 제2커플러(202)는 상기 제2펌핑광을 광섬유에 입사시키며 상기 광섬유에 입사된 제2펌핑광은 광섬유를 통해 제2콜리메이터(206)로 전달된다.
상기 제2콜리메이터(206)는 상기 제2펌핑광을 시준하여 제2레이저 이득매질(208)로 전달한다.
상기 제2레이저 이득매질(208)은 상기 제2펌핑광에 의해 밀도반전하여 광을 생성한다.
상기 제2레이저 이득매질(208)에 의해 생성된 광은 제2프론트 미러(210)와 제2리어 미러(212)로 전달된다.
상기 제2프론트 미러(210)와 제2리어 미러(212)는 상기 제2콜리메이터(206)가 출력하는 시준화된 펌프광의 출사면에 대향되는 면에, 미리 정해둔 거리만큼 이격되어 설치된다. 상기 제2프론트 미러(210)는 광을 반사하는 반사면과 광을 통과하는 통과면이 교호적으로 위치하는 패턴이 형성된다. 그리고 제1리어 미러(112)는 전면이 광을 반사하는 반사면으로 형성된다.
상기 제2콜리메이터(206)와 상기 제2프론트 미러(210)와 상기 제2리어 미러(212)는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여, 제2레이저 이득매질(208)에 의해 생성된 광에 대해 광경로차를 유도하고, 광경로차가 유도된 광은 제2콜리메이터(206)로 입사되므로 필터링(파장선택)된다.
상기 제2콜리메이터(206)는 광경로차가 유도된 광을 집광하여 광섬유로 전달하고 마하젠더 간섭계를 구성하고 필터링(파장선택)되며, 상기 광섬유에 전달된 광은 제2레이저 출력미러(204)를 통해 출사된다. 상기 제2레이저 출력미러(204)는 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)가 채용될 수 있다.
도 10은 제2펌핑광의 펌핑 파장과 제2출력미러(204)를 통해 출사되는 레이저 광의 파장을 구분할 수 있는 레이저 출력 미러의 구성예를 나타낸 것이다.
상기 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치는 펌핑광을 커플링하는 커플러의 앞단에 출력미러가 위치하며, 이는 레이저 출력광에 펌핑광이 끼치는 영향을 최소화한다.
<제3실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성>
도 11은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성도를 도시한 것이다. 상기 도 11을 참조하면, 상기 레이저 광원장치는 제3펌핑소스(300)와 제3커플러(302)와 제3레이저 출력미러(304)와 제3콜리메이터(306)와 제3레이저 이득매질(308)과 제3프론트 미러(310)와 제3리어 미러(312)로 구성된다.
상기 제3펌핑소스(300)는 제3레이저 이득매질(308) 내의 밀도반전을 야기하기 위한 제3펌핌광을 생성하여 제3커플러(302)로 제공한다.
상기 제3커플러(302)는 상기 제3펌핑광을 광섬유에 입사시키며 상기 광섬유에 입사된 제3펌핑광은 광섬유와 제3레이저 출력미러(304)를 통과하여 제3콜리메이터(306)로 전달된다.
상기 제3콜리메이터(306)는 상기 제3펌핑광을 시준하여 제1프론트 미러(310)와 제3레이저 이득매질(308)과 제3리어 미러(312)로 제공한다.
상기 제3레이저 이득매질(308)은 상기 제3펌핑광에 의해 밀도반전하여 광을 생성한다.
상기 제3레이저 이득매질(308)은 상기 제3프론트 미러(310)와 제3리어 미러(312) 사이에 위치하며, 상기 제3프론트 미러(310)와 제3리어 미러(312)는 제3레이저 출력미러(304)와 함께 공진기를 구성하며 제3레이저 이득매질(308)에서 생성된 광에 대해 상기 제3프론트 미러(310)와 제3리어 미러(312) 사이에서 광경로 차이를 유도하여 출력한다.
또한 상기 제3프론트 미러(310)와 제3리어 미러(312)와 제3콜리메이터(306)는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여, 제3레이저 매질(308)에 의해 생성된 광이 재3프론트 미러(310)와 제3리어 미러(312)에 의해 광경로차가 유도되고, 광경로차가 유도된 광은 제3콜리메이터(206)로 입사되므로 필터링(파장선택)된다.
상기 제3콜리메이터(306)는 광경로차가 유도된 광을 집광하여 광섬유로 전달하고, 마하젠더 간섭계를 구성하고 필터링(파장선택)되며, 상기 광섬유에 전달된 광은 제3레이저 출력미러(304)를 통해 출사된다. 상기 제3레이저 출력미러(304)는 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)가 채용될 수 있다.
도 12는 제3펌핑광의 펌핑 파장과 제3레이저 출력미러(304)를 통해 출사되는 레이저 광의 파장을 구분할 수 있는 레이저 출력미러의 구성예를 나타낸 것이다.
<제4실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성>
도 13은 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치의 구성도를 도시한 것이다. 상기 도 13을 참조하면, 상기 레이저 광원장치는 제4펌핑소스(400)와 제4커플러(402)와 제4레이저 출력미러(404)와 제4콜리메이터(406)와 제4레이저 이득매질(408)과 제4프론트 미러(410)와 제4리어 미러(412)로 구성된다.
상기 제4펌핑소스(400)는 제4레이저 이득매질(408) 내의 밀도반전을 야기하기 위한 제4펌핌광을 생성하여 제4커플러(402)로 제공한다.
상기 제4커플러(402)는 상기 제4펌핑광을 광섬유에 입사시키며 상기 광섬유에 입사된 제4펌핑광은 광섬유를 통해 제4콜리메이터(406)로 전달된다.
상기 제4콜리메이터(406)는 상기 제4펌핑광을 시준하여 제4프론트 미러(410)와 제4레이저 이득매질(408)과 제4리어 미러(412)로 제공한다.
상기 제4레이저 이득매질(408)은 상기 제4펌핑광에 의해 밀도반전하여 광을 생성한다.
상기 제4레이저 이득매질(408)은 상기 제4프론트 미러(410)와 제4리어 미러(412) 사이에 위치하며, 상기 제4프론트 미러(410)와 제4리어 미러(412)는 제4레이저 출력미러(304)와 함께 공진기를 구성하며 제4레이저 이득매질(408)에서 생성된 광에 대해 상기 제4프론트 미러(410)와 제4리어 미러(412) 사이에서 광경로차이를 유도하여 출력한다.
또한 상기 제4프론트 미러(410)와 제4리어 미러(412)와 제4콜리메이터(406)는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여, 제4레이저 이득매질(408)에 의해 생성된 광이 제4프론트 미러(410)와 제4리어 미러(412)에 의해 광경로차가 유도되고, 광경로차가 유도된 광은 제4콜리메이터(406)로 입사되므로 필터링(파장선택)된다.
상기 제4콜리메이터(406)는 광경로차가 유도된 광을 집광하여 광섬유로 전달하고, 마하젠더 간섭계를 구성하고 필터링(파장선택)되며 상기 광섬유에 전달된 광은 제4레이저 출력미러(404)를 통해 출사된다. 상기 제4레이저 출력미러(404)는 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)가 채용될 수 있다.
도 14는 제4펌핑광의 펌핑 파장과 제4레이저 출력미러(404)를 통해 출사되는 레이저 광의 파장을 구분할 수 있는 레이저 출력 미러의 구성예를 나타낸 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 펌핑 경로와 레이저 발진 및 출력 영역이 동일하고, 저손실의 파장 선택성이 우수한 마하젠더 간섭계(필터)의 구성요소들로 광 공동 공진기(cavity)를 구성할 수 있어 구조적으로 소형, 효율이 높은 레이저를 구현할 수 있다.
도 5 와 도 9 그리고 도 11과 도 13에서 제시된 발명은 각각 레이저 이득매질을 여기하는 펌핑 소스의 입력 위치를 본 발명의 공진기(Cavity) 구성 즉, 레이저 출력 미러와 프론트 미러 및 리어 미러의 사이에 두느냐 혹은 공진기 구성 외부에 두느냐의 차이로 그 동작이나 구성이 동등하다고 할 수 있다.
또한 본 발명은 광섬유 커플러와 콜리메이터를 통해 펌핑하는 방식을 기준으로 기술하고 있으나, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4의 원리와 같이 레이저 이득매질을 여기하는 다양한 방법이 있을 수 있음을 알 수 있다.
또한 본 발명은 도 6과 도 7의 프론트 미러 및 리어미러로 구성된 마이크로옵틱 마하젠더 간섭계를 예시로 설명하고 있으나 동일한 원리의 다른 구성의 마하젠더 간섭계를 구성하고 적용할 수 있음이 자명하다.
또한 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 기반으로 한 본 발명은 단순한 조합의 차이가 아니라 광섬유형 레이저의 장점과 개별적으로 제작가능한 광학부품의 결합이 가능하여 양측이 가지는 장점을 모두 수용할 수 있다.
즉, MEMS(micro electrical mehanical system) 공정 및 3D프린팅 방식을 이용해 제작된 3차원 구조체, 플래너 공정(Planar Process) 및 다층박막을 통해 제작된 평판 등 독립적으로 제작된 완성된 광학부품으로 활용할 수 있는 제조공정에서 광학적 특성이 보장된 공정 및 제품을 유효하게 활용할 수 있다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
<부호의 설명>
100 : 제1펌핑소스
102 : 제1커플러
104 : 제1레이저 출력미러
106 : 제1콜리메이터
108 : 제1레이저 이득매질
110 : 제1프론트 미러
112 : 제1리어 미러
본 발명은 광정렬이 용이하고 원하는 필터 특성을 유연하게 구현할 수 있는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 적용하여, 높은 파장 선택성을 제공함과 아울러 레이저 효율을 높을 수 있는 레이저 광원장치에 적용할 수 있다.
또한, 광섬유 출력을 가지면서 개별 공정을 통해 최적화된 능동 소자 및 수동 소자들의 유연한 조합으로 효과적인 레이저 구성이 가능하여 다양한 형태의 광원장치에 적용할 수 있다.
또한, 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 캐비티(Cavity)와 함께 구성할 수 있어 여러 종류의 레이저 이득매질 및 파장선택소자(파장필터) 즉, 다양한 능동소자 및 수동소자를 활용하여 원하는 레이저를 구현할 수 있어 다양한 형태의 광원장치에 적용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치에 있어서,
    펌프광을 입력받아 광섬유에 커플링하는 커플러;
    상기 광섬유를 통해 제공되는 펌프광을 시준하여 출력하고, 반환된 광을 집광하여 상기 광섬유로 반환하는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광의 출사면에 대향되게 설치된 프론트 미러와 리어 미러;
    상기 프론트 미러와 콜리메이터 사이에 위치하여, 상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광을 입력받아 광을 생성하고, 상기 광을 상기 콜리메이터로 반환하는 레이저 매질; 및
    상기 콜리메이터와 상기 커플러 사이에 위치하여 광섬유로 반환되는 광을 출사하는 레이저 출력 미러;를 포함하며,
    상기 콜리메이터와 상기 프론트 미러와 상기 리어 미러가 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여 상기 레이저 이득매질에 의해 생성되는 광에 대해 광경로차를 유도하고 광경로차가 유도된 광이 상기 콜리메이터로 입사되어 필터링함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치.
  2. 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치에 있어서,
    펌프광을 입력받아 광섬유에 커플링하는 커플러;
    상기 광섬유를 통해 제공되는 펌프광을 시준하여 출력하고, 반환된 광을 집광하여 상기 광섬유로 반환하는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광의 출사면에 대향되게 설치된 프론트 미러와 리어 미러;
    상기 프론트 미러와 콜리메이터 사이에 위치하여, 상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광을 입력받아 광을 생성하고, 상기 광을 상기 콜리메이터로 반환하는 레이저 매질; 및
    상기 커플러를 통해 상기 광섬유로 반환되는 광을 출사하는 레이저 출력 미러;를 포함하며,
    상기 콜리메이터와 상기 프론트 미러와 상기 리어 미러가 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여 상기 레이저 이득매질에 의해 생성되는 광에 대해 광경로차를 유도하고 광경로차가 유도된 광이 상기 콜리메이터로 입사되어 필터링함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치.
  3. 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치에 있어서,
    펌프광을 입력받아 광섬유에 커플링하는 커플러;
    상기 광섬유를 통해 제공되는 펌프광을 시준하여 출력하고, 반환된 광을 집광하여 상기 광섬유로 반환하는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광의 출사면에 대향되게 설치된 프론트 미러와 리어 미러;
    상기 프론트 미러와 상기 리어 미러 사이에 위치하여, 상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광을 입력받아 광을 생성하고, 상기 광을 상기 콜리메이터로 반환하는 레이저 매질; 및
    상기 콜리메이터와 상기 커플러 사이에 위치하여 광섬유로 반환되는 광을 출사하는 레이저 출력 미러;를 포함하며,
    상기 콜리메이터와 상기 프론트 미러와 상기 리어 미러가 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여 상기 레이저 이득매질에 의해 생성되는 광에 대해 광경로차를 유도하고 광경로차가 유도된 광이 상기 콜리메이터로 입사되어 필터링함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치.
  4. 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치에 있어서,
    펌프광을 입력받아 광섬유에 커플링하는 커플러;
    상기 광섬유를 통해 제공되는 펌프광을 시준하여 출력하고, 반환된 광을 집광하여 상기 광섬유로 반환하는 콜리메이터;
    상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광의 출사면에 대향되게 설치된 프론트 미러와 리어 미러;
    상기 프론트 미러와 상기 리어 미러 사이에 위치하여, 상기 콜리메이터가 출력하는 시준화된 펌프광을 입력받아 광을 생성하고, 상기 광을 상기 콜리메이터로 반환하는 레이저 매질; 및
    상기 커플러를 통해 상기 광섬유로 반환되는 광을 출사하는 레이저 출력 미러;를 포함하며,
    상기 콜리메이터와 상기 프론트 미러와 상기 리어 미러가 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계를 구성하여 상기 레이저 이득매질에 의해 생성되는 광에 대해 광경로차를 유도하고 광경로차가 유도된 광이 상기 콜리메이터로 입사되어 필터링함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프론트 미러는 광을 반사하는 반사면과 광을 통과하는 통과면이 교호적으로 위치하는 패턴이 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리어 미러는 전면이 광을 반사하는 반사면으로 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 출력 미러는 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)임을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 레이저 광원장치.
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