• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제17권2호
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• pp.182-187
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• 2013

We present a comparative experimental analysis of the thermal spectroscopic characteristics of a phosphosilicate (P)-based ytterbium-doped fiber (YDF) against an aluminosilicate (Al)-based YDF in the temperature range of 25 to $150^{\circ}C$. We also characterize the fibers as gain media in a cladding-pumped amplifier configuration. While both fibers exhibit comparable trends in their thermal characteristics, there are noticeable distinctions in the fluorescence lifetime reduction rate and the spectral dependence of the transition cross-sections. The P- and Al-based YDFs present thermal lifetime reduction rates of $0.012%/^{\circ}C$ and $0.026%/^{\circ}C$, respectively. In particular, in the spectral region at ~940 nm, the absorption cross-section of the P-based YDF undergoes significantly less thermal change compared to that of the Al-YDF. In the cladding-pumped amplifier configuration operating at a total gain of 10 dB, the Al-based YDF generally performs betters than the P-based YDF in the temperature range of 25 to $75^{\circ}C$. However, it is highlighted that in the high temperature range of over $75^{\circ}C$, the latter shows a less gain reduction rate than the former, thereby yielding higher relative output power by 3.3% for a 1060-nm signal, for example.

• 한국광학회지
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• 제32권5호
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• pp.209-214
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• 2021

본 논문에서는 단파장 영역인 1018 nm에서 최고 출력 626 W를 가진 고출력 이터븀(ytterbium, Yb) 첨가 광섬유 레이저에 대해 보고한다. Yb 광섬유 레이저에서 이득률이 낮은 단파장 영역인 1018 nm에서 레이저를 발진시키기 위한 조건을 이론적으로 조사해보고, 광섬유 끝 단단면 조건에 따른 되먹임 신호를 측정하여 안정적인 레이저 발진 조건에 대하여 연구하였다. 그 결과를 바탕으로 제작한 단일 공진기 구조의 Yb 광섬유 레이저 시스템으로부터 729 W의 펌프 출력에서 최고 출력 626 W의 1018 nm 파장 레이저 출력을 안정적으로 얻을 수 있었으며 그때 기울기 효율은 86.6%로 측정되었다. 본 연구에서 얻은 1018 nm 파장의 Yb 광섬유 레이저 결과는 지금까지 국내에서 보고된 1030 nm 이하 단파장에서 발진된 Yb 광섬유 레이저 출력 중 가장 높은 출력이며, 세계적으로도 상용 Yb 광섬유와 광부품을 사용한 결과 중 가장 높은 출력에 해당된다. 그리고 향후 더 높은 출력을 얻기 위한 방법에 대해 논의하고자 한다.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제20권6호
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• pp.716-721
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• 2016

A single-and dual-wavelength switchable polarized Yb-doped double-clad fiber laser around 1120 nm based on a pair of fiber Bragg gratings (FBGs) is demonstrated. The polarization-maintaining (PM) linear cavity is composed of a double clad PM Yb-doped fiber (YDF) and a pair of PM FBGs. The laser can operate in stable dual-wavelength or wavelength-switching modes due to the polarization hole burning (PHB) and the spatial hole burning (SHB) enhanced by the PM linear cavity. In dual-wavelength operation, the two orthogonally polarized wavelengths are centered at 1118.912 nm and 1119.152 nm, with an interval of 0.24 nm and a signal to noise ratio (SNR) of 35 dB. The maximum output power is 14.67 W when the launched LD pump is 24 W corresponding to an optical efficiency of 61.1%. The lasing lines switchover may be realized by adjusting the polarization controller (PC) fitted in the cavity. The two single-wavelengths are 1118.912 nm and 1119.152 nm. When the injected LD pump is 24 W, the highest output powers are 7.68 W and 8.64 W corresponding to optical efficiencies of 32% and 36% respectively. The spectral linewidth of the lasing lines are 0.075 nm and 0.07 nm, and the average numerical values of PER aredB and 19.9 dB, respectively.

• 한국광학회지
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• 제31권5호
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• pp.223-230
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• 2020

본 논문에서는 전광섬유 master oscillator power amplifier (MOPA) 구조의 이터븀(ytterbium) 첨가 편광유지 광섬유 레이저의 유도 브릴루앙 산란 및 모드 불안정 특성에 대해 연구하였다. 이터븀 첨가 광섬유 및 신호 광원의 종류에 따라 레이저 출력 및 역반사 스펙트럼을 측정하여 광섬유 레이저의 출력 증폭 한계를 분석하였다. 레이저 구조의 최적화를 통해 단일모드 빔 품질을 갖는 전광섬유 고출력 편광유지 광섬유 레이저를 구현하였다. Pseudo-random binary sequence (PRBS) 신호에 의해 위상변조된 10 GHz의 선폭을 갖는 신호 광원을 적용하여 1.5 kW의 출력을 얻었다. 최대 출력에서 1.15의 빔 품질을 가지며, 17 dB 이상의 편광소광률 특성을 확인하였다.

• 한국광학회지
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• 제30권4호
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• pp.167-173
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• 2019

본 논문에서는 고출력 광섬유 레이저의 유도 브릴루앙 산란 억제 특성을 분석하기 위하여, 구형파, 사인파, 임의파 조건의 온도구배 기구부를 설계 및 제작하였다. 또한 전광섬유 MOPA (master oscillator power amplifier) 구조의 이터븀 첨가 편광유지 광섬유 증폭기를 제작하였으며, 온도구배 조건별 역반사 스펙트럼 및 출력을 측정하였다. 구형파 조건의 온도구배에 의해 유도 브릴루앙 산란이 가장 효과적으로 억제되었으며, PRBS (pseudo-random binary sequence) 위상변조 조건과 온도구배 간의 유도 브릴루앙 산란 특성에 끼치는 상호 영향성을 분석하였다.

• 한국광학회지
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• 제27권1호
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• pp.1-17
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• 2016

최근 20 여년간의 괄목할만한 발전을 통해 단일 광섬유 레이저의 출력은 이미 kW 수준을 상회하고 있으며, 기존의 벌크 방식 레이저의 대체 기술로서 여전히 학계 및 산업계의 뜨거운 관심을 받고 있다. 본 논문은 이와 같은 광섬유 레이저의 괄목할만한 성장을 가능하게 한, 이터븀(Ytterbium) 혼입 이득 광섬유 사용 방식, 레이저 다이오드 펌프와 이중 클래딩 광섬유 구조를 통한 광학적 펌프 방식, 더 나아가서 양자결함을 최소화 하는 종렬 펌핑 방식 등 그 주요 요소 기술들을 개괄하고, 그 극한적 고출력화에 따른 발진 효율 및 특성 저하, 시스템 열화 및 불안정성 증대 등과 같은 고출력 광섬유 레이저 기술 자체가 직면하고 있는 다양한 기술적 문제점 및 그 완화 방안을 논의한다. 여기에서는 광섬유 레이저의 고출력화와 더불어 야기되는 다양한 형태의 광섬유내 비선형 현상, 광섬유 손상 및 모드 불안정 현상에 대한 논의를 포함한다. 이와 더불어, 전술한 다양한 출력 제한 현상을 극복함과 동시에 광섬유 레이저의 출력을 현격한 수준으로 더욱 증가시키기 위한 대체 방안으로 최근 주목을 많이 받고 있는 다중 빔 결합 기술에 대해 개괄적으로 논의한다. 특히, 분광형 다중 빔 결합 기술의 개념적 시스템 구성 요소 및 각 부문별 요구 기술에 대해 보다 심화된 논점을 둔다. 최종적으로 현 수준을 뛰어 넘는 광섬유 레이저의 출력 증대와 본 기술의 지속적 발전을 위한 앞으로의 발전 방향을 논의한다.

• 한국광학회지
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• 제31권5호
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• pp.218-222
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• 2020

본 연구에서는 편광 유지 광섬유 기반의 고출력 이터븀 첨가 광섬유 증폭기를 이용하여 고품질의 2 kW급 출력을 갖는 파장제어 빔 결합 레이저를 구현하였다. 파장제어 빔 결합을 위하여 광섬유 증폭기의 발진 파장은 각각 1062 nm, 1063 nm, 1064 nm, 1065 nm, 1066 nm로서 서로 다른 값을 갖는다. 협대역 광섬유 레이저 증폭 시 발생하는 유도 브릴루앙 산란 비선형 효과를 완화하기 위해 시드 광원은 유사이진난수 신호(pseudo-random bit sequence, PRBS)를 이용하여 위상 변조된 5 GHz의 협대역 선폭을 갖도록 하였으며 전송광섬유는 30 ㎛ 코어 크기를 가지는 대면적 편광 유지 광섬유를 이용하였다. 파장제어 빔 결합으로 얻은 레이저의 최대 출력은 2.3 kW이며 빔 품질(M²)은 1.74이었다.