고출력 광섬유 펄스 레이저 장치 document_id A220623108950

연속적인 펌프 레이저를 트리거함으로써 단 레이저 펄스를 얻는 원리는 오랫동안 알려져 있으며, 오프 상태로 유지된 광 공진기에 배치된 레이저 매체에 에너지를 저장하는 것으로 이루어져 있다. 최고 효율(펌프 출력과 레이저에 의해 방출된 출력 간의 비율)을 얻기 위해, 펌프 출력의 대부분을 흡수할 수 있는 길이의 레이저 매체를 이용할 필요가 있다. 두개의 연속적인 레이저 펄스 방출 사이의 지속시간에 대응하는 펌핑 지속시간 후에, 공진기 상태가 갑자기 온 상태로 절환되어 레이저 흐름이 캐비티내에 확립될 수 있다. 통과당 이득이 높기 때문에, 강도가 급격히 증가할 수 있다. 소수의 라운드 트립후에, 방사선은 최대값에 도달하고 나서 점진적으로 감소한다. 그리고, 레이저 방출은 수많은 파라미터들에 의존하는 지속시간을 갖는 펄스 형태를 취한다. 특히, 레이저 펄스 지속시간은 캐비티 길이와 통과 당 이득에 직접적으로 의존한다는 것이 공지되어 있다(A.E. Seigma: Lasers(University Science Books, Sausalito, CA, 1986). 서브-나노세컨드 지속시간의 레이저 펄스는 1㎜ 보다 작은 길이의 수정 레이저 매체로 얻어진다. 그리고, 매우 강하게 도핑된 수정은 레이저 다이오드에 의해 방출된 펌프파의 대부분을 흡수하고 무시할 수 없는 효율 및 펄스당 적절한 에너지를 얻는데 사용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 레이저 장치로 얻을 수 있는 평균 출력은 레이저 매체에서 유도되는 열적 효과에 의해 제한된다. 고전적인 해결책은 펄스 발생 레이저 장치 뒤에 동일한 길이의 구속을 갖지 않고 길이가 길더라도 단 펄스를 증폭할 수 있는 증폭기를 추가하여 이루어진다. MOPA("Master Oscillator Power Amplifier")로 불리는 이 해결책은 불가피하게도 매우 복잡하고 두개의 구별된 펌핑원을 필요로 한다. 이 해결책은 효과적인 이득 및 높은 평균 출력을 제공하는 섬유 증폭기로 저출력 레이저 펄스를 생성하는 특히 고상의 마이크로레이저와 관련하여 많은 저자에 의해 사용되고 있다. 그럼에도 불구하고, 이 해결책은 산업 제품들과 호환가능한 출력에 도달하기 위해 수개의 증폭단이 필요하기 때문에 복잡하다는 단점을 갖는다. 또한, 마이크로레이저가 증폭기의 나머지에 접합될 수 없기 때문에 이 시스템을 집적하는 것이 불가능하다. 동일한 방식으로, 발진기는 펄스 레이저 다이오드일 수 있지만 증폭단의 개수는 여전히 증가한다. 다른 방법으로, 이들 증폭단을 서로 분리시키거나, 그렇지 않으면 출력의 대부분은 연속적인 방사선 형태로 출력될 수 있다. 최근, 독특하게 이테르븀 이온(Ytterbium ions)으로 도핑된 광섬유를 기반으로 나노세컨드 펄스를 생성하는 새로운 기술이 림퍼트 등(Advanced Solid State Photonics Conference, Vienna, February 2005)에 제공되었다. 이 기술은 증폭 매체로서 매우 강하게 도핑된 단 광섬유를 이용하는 것에 기초한다. 10㎱ 보다 훨씬 긴 라이징 시간을 갖는 가변 감쇠기(또는 광 변조기(Q-스위치))를 포함하는 이러한 시스템이 10㎱ 정도의 지속시간을 갖는 펄스를 만들 수 있다는 것도 보여주고 있다. 펄스 지속시간은 펄스를 생성하는 광 공진기의 길이에 비례하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 단 펄스를 얻기 위해, 단 공진기가 사용되어야 한다. 이는 공진기내에서 단 광섬유 길이, 즉 낮은 펌프 출력 흡수, 및 부족한 효율을 강요한다. 단 섬유 길이를 유지하면서 효율을 증대시키기 위해, 구조물내의 펌프의 흡수 계수는 일반적으로 증가하고, 이에 따라 매우 높은 여기 집단 밀도를 만들어 광섬유 서비스 수명을 감소시킨다. 따라서, 전통적인 해결책은 단 섬유(단 펄스 지속시간)와 수명 간의 절충을 강요한다(너무 높은 여기 이온 밀도는 섬유의 노화를 촉진하기 쉽다). 따라서, 고효율, 단 펄스 지속시간, 및 섬유의 장수명을 동시에 얻기가 어렵다.