출력 안정화된 고출력 Yb 광섬유 레이저

Abstract

광섬유 레이저 시스템에서 레이저 매질로 사용되는 광섬유의 구조는 부피 대비 표면 면적 비율이 일반적인 고체 레이저 매질보다 월등히 크고 펌프 레이저의 흡수가 긴 길이에 걸쳐 이루어지므로 고출력 발진 시 열 문제에 매우 유리한 특성을 가지고 있다. 또한 빔질 (beam quality)이 출력 및 공진기 구조에 상관없이 광섬유의 구조에만 의존하는 도파로 특성을 가지고 있고 전체 시스템을 광섬유나 광섬유 소자로만 구성할 수 있어 외부의 영향을 받지 않는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점으로 최근 10 kW급의 연속 발진 광섬유 레이저가 상용화되어 산업, 의료, 연구 등의 다양한 분야에서 기존의 고체 고체 레이저 시스템을 빠르게 대체하고 있는 추세이다. 하지만 대부분의 희토류 첨가 광섬유 레이저 발진 시 나타나는 자발 펄싱 (self-pulsing) 현상은 연속 발진을 저해할 뿐 아니라 광섬유나 광학 소자에 심각한 손상을 야기할 수 있다. 현재 이를 해결하기 위해 여러 가지 방법들이 제안되고 일부 사용되고 있지만 각각의 방법들이 가진 여러 가지 문제점들에 의해 실제 응용에는 많은 제한이 따른다. 본 논문에서는 자발 펄싱 현상을 억제하여 안정적인 광섬유 레이저 출력을 얻기 위한 새로운 방법을 연구, 개발하였다. 본 연구를 통해 제안하는 방법은 일반적인 광섬유 레이저 공진기에 파브리-페로 외부 공진기를 결합시켜 발진 종 모드를 안정시키는 방법이다. 본 연구에서는 새로 개발된 방법을 Yb 광섬유 레이저에 적용시켜 효율 저하 없이10 W 이상의 자발 펄싱 현상이 사라진 매우 안정된 레이저 출력을 얻을 수 있음을 확인하였다. 그와 동시에 자발 펄싱 현상이 사라진 원인을 추가 실험을 통하여 연구하였고 앞으로 발전 방안에 대해 논의하도록 하겠다.