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中, 하이 파워 라만 광섬유 레이저 연구 성과 1.3kW의 근 단일 모드 출력 성공

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작성자 관리자 조회 16,406회 작성일 14-09-17 12:45

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中, 하이 파워 라만 광섬유 레이저 연구 성과 1.3kW의 근 단일 모드 출력 성공

 

 

중국과학원 상하이(上海) 광학 정밀기계 연구소 산하 `공간 레이저 정보 기술 연구센터` 펑옌(馮衍) 연구원이 주도하는 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 하이 파워 라만 광섬유 레이저(High power Raman fiber lasers) 연구에서 혁신적인 성과를 달성하여 이슈가 되고 있다.

연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 일종 이터븀-라만 통합(Ytterbium-Raman integration)의 광섬유 증폭기(optical fiber amplifier) 구조를 제시하여 라만 광섬유 레이저 파워 업그레이드 분야에서의 주요 기술 보틀넥 문제를 효과적으로 해결하였다.

 

동시에 연구팀은 1120nm 파장 하에서 최초로 580W의 단일 횡 모드 선형 라만 광섬유 레이저 편광(Single transverse mode linearly polarized Raman fiber laser)과 1.3kW의 근 단일 모드 라만 광섬유 레이저 출력(Nearly single-mode Raman fiber laser output)을 실현하는데 성공하였다.

 

최근 하이 파워(High power) 광섬유 레이저는 신속한 발전을 실현하였는데 구체적으로 1μm 주파대의 이테르븀(ytterbium) 도핑 광섬유 레이저로서 근 회절 극한 출력 파워는 20kW 규모에 달하고 다중 횡 모드 출력 파워(Multiple transverse mode output power)는 100kW 규모에 달하고 있다.

 

하지만 희토류 도핑 광섬유 레이저의 출력 파장은 희토 이온 에너지 레벨 전환의 제한을 받기 때문에 제한된 광 스퍽트럼 범위만 커버할 수 있다. 이런 상황 때문에 희토류 도핑 광섬유 레이저 응용 분야는 제한을 받고 있는 상황이다. 광섬유에 기반한 자극을 받은 라만 산란 효과의 라만 광섬유 레이저는 광섬유 레이저 파장 범위를 확대하는 효과적인 수단으로 되고 있다.

 

연구팀은 이번 연구를 통해 일반적인 하이 파워 이테르븀(ytterbium) 도핑 광섬유 증폭기(Amplifier) 속에 두 개 혹은 여러 개 파장의 시드 레이저(Seed laser)를 주입하여 파장 간격으로 하여금 광섬유의 라만 주파수 이동량과 대응될 수 있게끔 하였다. 이테르븀 이온 이득 대역폭 중심에 위치하여 있는 시드 레이저가 우선 개발되고 후에 확대된 후 후속 광섬유 속에서 펌프 레이저가 라만 스토커 레이저에 대해 점진적으로 확대된다. 연구팀은 초보적인 데모 실험을 통해 300W의 1120nm 라만 광섬유 레이저 출력을 실현하였다. 다음 비교적 큰 코팅 층(400μm)의 광섬유를 이용하여 580W의 단일 횡 모드 선형 편광 라만 광섬유 레이저와 1.3kW 의 근 단일 모드 라만 광섬유 레이저 출력을 취득하는데 성공하였다.

 

연구팀의 관련 연구 성과는 광학 분야 국제 저널인 `옵틱스 레터스(Optics Letters)`(Opt. Lett. 39, 1933-1936 (2014))와 광학 분야의 세계적 학술지인 `옵틱스 익스프레스(Optics Express)` (Opt. Express 22, 18483 (2014))에 게재됐다. 연구팀이 기존의 하이 파워 이테르븀(ytterbium) 도핑 광섬유 레이저가 모두 메인 진동 증폭 구조를 사용하는 상황에 근거하여 새롭게 개발한 광섬유 증폭기 구조는 라만 광섬유 레이저 출력 파워를 한층 더 증가시키는데 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 초보적인 데이터 계산을 통해 연구팀이 개발한 기술은 1~2μm 범위 내의 임의의 파장에서 kW급 레이저 출력을 실현할 수 있다는 점이 입증되었다.

 

< 발췌 (본문 및 그림) : KISTI 미리안> 

 http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014080546&service_code=03

 








 

 

 

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