고출력 광섬유 레이저 출력단의 광파워 안정화에 대한 연구

Abstract

A study on stabilization of high power fiber optic laser output Laser is very narrow in wavelength and has very strong coherence characteristics. Lasers have been used in a variety of fields, such as communication that can send light away and signal processing that uses the phenomenon of interference between lights. Development of devices required for laser configuration and research on improvement of laser output have been actively carried out, and demand of high power laser in industry - iron plate processing, military laser communication, weapons, etc. - is increasing. Fiber optic lasers made of rare earth optical fibers with energy transfer phenomenon can be made small and are easy to move and are accordingly actively studied. However, the cross-sectional area of the core and the cladding of the optical fiber is so narrow that the energy density is increased and the performance is degraded. The output of a fiber optic laser or optical fiber amplifier where high power light is emitted into the atmosphere is refracted and part of the laser light returns to the optical fiber. If part of the laser light remains in the high-power pump for amplification, the temperature of the optical fiber is raised and damaged, which causes deterioration of performance and reduction of the lifetime. Much research has been done to overcome this problem. There is a method of efficiently removing the amplified light remaining in the cladding and a method of delaying the damage of the output terminal by bonding an optical fiber having a different cross-sectional area and refractive index so that light spreading occurs in order to increase the energy density at the output end of the optical fiber laser . In this paper, we propose an efficient method of removing the residual light source using a grating structure on the surface of the optical fiber, and a method of appropriately controlling the beam size after fusion of different types of optical fibers. For practical use, we added a temperature sensor and a residual light source monitor sensor to fabricate a laser delivery module with improved heat dissipation and performance. This result will increase the efficiency of the commercial laser output stage and it will be practical.| 레이저는 파장 폭이 수 MHz 이하로 매우 좁고 코히어런스 특성이 매우 강하여 빛을 멀리 보낼 수 있는 통신 수단 및 빛과 빛 사이의 간섭현상을 이용한 신호처리 등 다양한 분야에서 활용되어 왔다. 레이저 구성에 필요한 소자의 개발과 함께 레이저 출력 향상에 대한 연구 또한 활발히 진행되어 산업계 예를 들면 철판가공 및 군사적 측면에서 레이저 통신, 무기 등 분야에 놀라운 진보를 보이고 있으며, 고출력 레이저에 대한 수요 또한 날로 증가하고 있는 추세이다. 특히 에너지 전이 현상이 좋은 희토류 광섬유를 매체로 하는 광섬유 레이저는 소형화시키기 좋으며, 이동성이 좋아 최근 많이 연구되고 있으나 광섬유를 구성하는 빛이 전달되는 코어와 코어를 둘러싸고 있는 클래딩의 단면적이 좁아 주어진 광출력에 대해 에너지 밀도가 높다. 이로 인해 성능이 떨어지는 단점을 가진다. 특히 고출력 레이저 경우 광섬유 레이저 또는 광섬유 증폭기 출력단은 증폭된 고출력의 빛이 대기로 방출되는 부분이기에 굴절률의 차로 인해 레이저 빛이 광섬유로 일부 되반사 현상이 발생하며, 광증폭 시키기 위해 필연적으로 주입하는 고출력 펌프광이 클래딩 영역에서 잔류하는 경우 광섬유 온도를 상승시켜 매질의 손상을 가져오고 궁극적으로는 성능 저하와 함께 수명감소를 초래한다. 최근 이를 보완하기 위한 연구가 많이 진행되고 있는 추세로서 큰 흐름으로는 클래딩에 잔류하는 펌프광을 유효하게 제거하기 위한 방법과 광섬유 레이저 출력단에 에너지 밀도를 높이기 위해 빛의 퍼짐 현상이 유발되도록 코어 단면적이 다르고 매질 굴절률이 다른 이종 광섬유를 접합시켜 출력단의 손상을 지연시키기 위한 방법으로 구분된다. 본 논문에서는 광섬유 표면에 주기적 격자구조를 형성시켜 잔류광원을 효율적으로 제거시키는 연구를 수행함과 동시에 이종 광섬유를 융착 접속시키고 빔 사이즈를 유효 적절하게 확장시킬 수 있는 설계방법을 제안하고 실질적 응용을 위해 온도센서 및 잔류광원 모니터용 센서 등을 부가하여 열의 분산 등 성능이 향상된 레이저 전달 모듈을 실제 제작하였으며, 이와 같은 결과는 상용 레이저의 출력단에 효율적으로 장착 활용될 것으로 기대한다.