KR20150125838A - 외부공진기를 이용한 단일모드 고출력 레이저 - Google Patents

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송홍주
이준호
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Abstract

외부 반사 거울 조정을 이용한 외부 공진기 다이오드 레이저가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저는, 레이저 다이오드, 반사 거울 및 파장 선택 필터로 형성된 광 피드백 경로에 의해 단일 종모드를 확보하고, 반사 거울에 의해 단일 횡모드를 확보한다. 이에 의해, 외부 공진기 다이오드 레이저를 통해 단일 모드[단일 종모드(단일 파장), 단일 횡모드]를 고출력으로 구현 가능하게 된다.

Description

외부공진기를 이용한 단일모드 고출력 레이저{Single Mode High Power Laser using an External Resonator}
본 발명은 외부 공진기 다이오드 레이저에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 모드를 가지면서 동시에 고출력이 가능한 외부 공진기 다이오드 레이저에 관한 것이다.
단일 횡/종모드 형태의 레이저는 광통신, 영상장치, 광센서, 분광학 시스템 등 광학 장치 분야에서 매우 유용한 광원으로 사용된다
단일 종모드 또는 단일 파장을 가진 레이저를 만들기 위해서는 특별한 레이저 형태가 필요한데 기본적으로 단일 파장만이 레이저 공진기에서 존재할 수 있는 광 피드백 조건을 만족시켜야 한다는 점이다. 이들 종류는 그 방식에 따라 크게 단일 소자 형태의 DFB, DBR, VCSEL과 같은 반도체 다이오드, 광섬유 브래그 격자 기반의 광섬유 레이저, 레이저 다이오드(LD) 또는 광이득 매질(optical gain media)의 외부에 반사거울을 형성함으로서 공진기를 형성하는 외부 공진기 다이오드 레이저 등으로 나눌 수 있다.
종류에 따라 광출력, 선폭, 크기, 가격 등의 특성들에서 다양한 차이를 보이는데 외부 공진기 다이오드 레이저 경우 다른 기술들과 비교해서 단일 파장이 가능하면서도 고출력을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 외부 공진기 다이오드 레이저의 구성도이다. 외부 공진기 다이오드 레이저의 구성은 반도체 레이저 다이오드 외부에 추가적으로 반사 거울 또는 출력 결합 거울을 위치시켜 광 피드백 시킴으로서 가능하다.
도 1의 (나)는 외부 공진기 다이오드 레이저의 원리를 나타내는 설명도인데 먼저 반도체 레이저 다이오드에서 다중 종모드(다중 파장)이 나오더라도 외부에서 특정한 파장만이 선택되어 다시 레이저 다이오드로 재입사(광 피드백)됨으로서 선택된 특정한 파장에 대해서만 에너지가 압축되어, 단일 파장이면서도 고출력이 가능하다.
레이저 광원의 특성을 평가하는 주요 요소로는 주로 레이저의 광출력(optical power), 광 모드(횡모드, 종모드) 등을 들 수 있다. 종래 기술은 단일 광모드를 가지지만 광출력의 한계성을 갖는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 단일 모드[단일 종모드(단일 파장), 단일 횡모드]를 가지면서 동시에 고출력이 가능한 외부 공진기 다이오드 레이저를 구현함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이저 다이오드, 반사 거울 및 파장 선택 필터를 포함하는 외부 공진기 다이오드 레이저는, '레이저 다이오드 ↔ 반사 거울 ↔ 파장 선택 필터'로 형성된 광 피드백 경로에 의해 단일 종모드를 확보하고, 반사 거울에 의해 단일 횡모드를 확보한다.
그리고, 반사 거울은, 레이저 다이오드의 출사 광 축에 기울어진 상태로 배열될 수 있다.
또한, 반사 거울은, 오목형 또는 플랫형이고, 파장 선택 필터는, 오목형 또는 플랫형일 수 있다.
그리고, 반사 거울은, 전반사 거울 또는 부분반사 거울이고, 파장 선택 필터는, 박막형 또는 회절 격자형일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 레이저 다이오드, 파장 선택 필터 및 반사 거울을 포함하는 외부 공진기 다이오드 레이저는, '레이저 다이오드 ↔ 파장 선택 필터 ↔ 반사 거울'로 형성된 광 피드백 경로에 의해 단일 종모드를 확보하고, 반사 거울에 의해 단일 횡모드를 확보한다.
그리고, 파장 선택 필터는, 레이저 다이오드의 출사 광 축에 기울어진 상태로 배열될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 외부 공진기 다이오드 레이저는, 파장 선택 필터와 반사 거울 사이에 마련되며, 입사 파장을 가변하여 출사하는 파장 가변 물질;을 더 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 외부 공진기 다이오드 레이저를 통해 단일 모드[단일 종모드(단일 파장), 단일 횡모드]를 고출력으로 구현 가능하게 된다.
도 1은 기존의 외부 공진기 다이오드 레이저의 구성도,
도 2 내지 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저의 구성도들,
도 7 내지 도 11은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저의 구성도들, 그리고,
도 12 및 도 13은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저의 구성도들이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저는, 외부 반사 거울(출력 결합 거울)을 이용하여 반도체 레이저 다이오드(100)에서 출사되는 고출력 다중 모드에 대해 고출력은 유지시키면서 단일 모드를 확보한다.
본 발명의 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드(100), 렌즈(210), 오목 반사 거울(220) 및 오목 파장 선택 필터(230)를 포함한다.
반도체 레이저 다이오드(100)는 고출력 다중 모드의 레이저를 출사한다. 렌즈(210)는 시준화 렌즈로 구현가능한데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 오목 반사 거울(220)은 반도체 레이저 다이오드(100)의 출사 광 축에 수직하지 않고 기울어진 상태로 배열된다. 오목 파장 선택 필터(230)는 회절 격자형 필터, 박막형 필터를 불문한다.
"반도체 레이저 다이오드(100) ↔ 렌즈(210) ↔ 오목 반사 거울(220) ↔ 오목 파장 선택 필터(230)"로 형성된 광 피드백 경로에 의해, 선택된 특정 파장만이 광 피드백 과정을 거치면서 보강되어 고출력 단일 종모드가 확보된다. 이와 동시에, 오목 반사 거울(220)에 의해 고출력 단일 횡모드가 확보된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 2에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저에서 오목 파장 선택 필터(230)를 플랫형 파장 선택 필터(235)로 대체하였다는 점에 특징이 있다. 플랫형 파장 선택 필터(235) 역시 회절 격자형 필터, 박막형 필터를 불문한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드(100), 렌즈(210), 오목 반사 거울(220) 및 플랫형 파장 선택 필터(235)를 포함한다.
도 4에서, 플랫형 파장 선택 필터(235)는 반도체 레이저 다이오드(100)의 출사 광 축에 수직하지 않고 기울어진 상태로 배열된다.
"반도체 레이저 다이오드(100) ↔ 렌즈(210) ↔ 플랫형 파장 선택 필터(235) ↔ 오목 반사 거울(220)"로 형성된 광 피드백 경로에 의해, 선택된 특정 파장만이 광 피드백 과정을 거치면서 보강되어 고출력 단일 종모드가 확보된다. 이와 동시에, 오목 반사 거울(220)에 의해 고출력 단일 횡모드가 확보된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 4에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저에서 오목 반사 거울(220)를 플랫형 반사 거울(225)로 대체하였다는 점에 특징이 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저는, 플랫형 파장 선택 필터(235)의 기울어진 방향을 도 5와 반대로 하였다는 점에 특징이 있다. 이에 의해, 도 5는 수직형인 반면, 도 6은 수평형이 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 7에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드(100), 렌즈(210), 부분반사 거울(223) 및 플랫형 파장 선택 필터(235)를 포함한다.
"플랫형 파장 선택 필터(235) ↔ 렌즈(210) ↔ 반도체 레이저 다이오드(100) ↔ 부분반사 거울(223)"로 형성된 광 피드백 경로에 의해, 선택된 특정 파장만이 광 피드백 과정을 거치면서 보강되어 고출력 단일 종모드가 확보된다. 이와 동시에, 부분반사 거울(223)에 의해 고출력 단일 횡모드가 확보된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 7에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저에서 플랫형 파장 선택 필터(235)와 렌즈(210)를 오목 파장 선택 필터(230)로 대체하였다는 점에 특징이 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 7에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저에서 부분반사 거울(223)을 오목 파장 선택 필터(230)로 대체하였다는 점에 특징이 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 7에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저에서 부분반사 거울(223)을 렌즈(210-2)와 플랫형 파장 선택 필터(235)로 대체하였다는 점에 특징이 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 8에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저에서 부분반사 거울(223)을 오목 파장 선택 필터(230)로 대체하였다는 점에 특징이 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 12에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드(100), 렌즈(210), 플랫형 파장 선택 필터(235), 파장 가변 물질(300) 및 파장 선택 거울(227)을 포함한다.
파장 선택 거울(227)은 특정 파장(예를 들면, 1064nm)을 선택적으로 반사하는 거울이고, 파장 가변 물질(300)은 파장을 가변(예를 들면, 1064nm를 532nm로 변경)시켜 출사하는 물질이다.
"반도체 레이저 다이오드(100) ↔ 렌즈(210) ↔ 플랫형 파장 선택 필터(235) ↔ 파장 선택 거울(227)"로 형성된 광 피드백 경로에 의해, 선택된 특정 파장만이 광 피드백 과정을 거치면서 보강되어 고출력 단일 종모드가 확보된다. 이와 동시에, 파장 선택 거울(227)에 의해 고출력 단일 횡모드가 확보된다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외부 공진기 다이오드 레이저를 도시한 도면이다. 도 13에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저는, 도 12에 도시된 외부 공진기 다이오드 레이저에서 플랫형 파장 선택 필터(235)가 생략되는 대신 파장 가변 물질(300)의 방향이 바뀌었다는 점에 특징이 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 반도체 레이저 다이오드 210 : 렌즈
220 : 오목 반사 거울 223 : 부분반사 거울
225 : 플랫형 반사 거울 227 : 파장 선택 거울
230 : 오목 파장 선택 필터 235 : 플랫형 파장 선택 필터
300 : 파장 가변 물질

Claims (7)

  1. 레이저 다이오드, 반사 거울 및 파장 선택 필터를 포함하는 외부 공진기 다이오드 레이저에 있어서,
    '레이저 다이오드 ↔ 반사 거울 ↔ 파장 선택 필터'로 형성된 광 피드백 경로에 의해 단일 종모드를 확보하고,
    반사 거울에 의해 단일 횡모드를 확보하는 것을 특징으로 하는 외부 공진기 다이오드 레이저.
  2. 제 1항에 있어서,
    반사 거울은,
    레이저 다이오드의 출사 광 축에 기울어진 상태로 배열되는 것을 특징으로 하는 외부 공진기 다이오드 레이저.
  3. 제 1항에 있어서,
    반사 거울은, 오목형 또는 플랫형이고,
    파장 선택 필터는, 오목형 또는 플랫형인 것을 특징으로 하는 외부 공진기 다이오드 레이저.
  4. 제 3항에 있어서,
    반사 거울은, 전반사 거울 또는 부분반사 거울이고,
    파장 선택 필터는, 박막형 또는 회절 격자형인 것을 특징으로 하는 외부 공진기 다이오드 레이저.
  5. 레이저 다이오드, 파장 선택 필터 및 반사 거울을 포함하는 외부 공진기 다이오드 레이저에 있어서,
    '레이저 다이오드 ↔ 파장 선택 필터 ↔ 반사 거울'로 형성된 광 피드백 경로에 의해 단일 종모드를 확보하고,
    반사 거울에 의해 단일 횡모드를 확보하는 것을 특징으로 하는 외부 공진기 다이오드 레이저.
  6. 제 5항에 있어서,
    파장 선택 필터는,
    레이저 다이오드의 출사 광 축에 기울어진 상태로 배열되는 것을 특징으로 하는 외부 공진기 다이오드 레이저.
  7. 제 5항에 있어서,
    파장 선택 필터와 반사 거울 사이에 마련되며, 입사 파장을 가변하여 출사하는 파장 가변 물질;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 공진기 다이오드 레이저.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102271640B1 (ko) * 2020-08-28 2021-07-01 국방과학연구소 광섬유 레이저 어셈블리
KR20230103787A (ko) * 2021-12-30 2023-07-07 탈렌티스 주식회사 Mems 미러 배열을 이용한 파장 선택형 레이저 시스템

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