다파장 광원 응용을 위한 어븀 첨가 광섬유 고리 레이저의 특성 연구

Abstract

본 논문에서는 다파장 발진 광원을 만들기 위한 선행 연구로서, EDF의 기본적인 이득 특성들과 EDF 원형 레이저의 발진 형태를 살펴보았다. 펌핑의 세기나 신호광 등 외부 변수에 관계없는 EDF의 고유한 특성값으로는 흡수 계수, 이득계수 그리고 포화 출력을 들 수 있다. 이외 EDF의 길이, 펌핑광의 세기 등은 원하는 출력 범위에 따라 최적화를 해주어야 낭비되는 EDF 성분이 없고 펌프광의 bleaching 현상 등을 막을 수 있다. 본 실험에서는 1525~1560nm 파장에 대해 흡수 계수를 측정하였고, 이득 계수를 측정하기 위해 입력 신호광, 펌프광에 따른 이득을 측정하여 small-signal regime을 검증해 보았다. 이에 따라 -30dBm의 입력광으로 EDF 길이에 걸쳐 균일한 펌핑이 되도록 펌프광의 세기를 주어 1525~1560nm 파장에 대해 이득 계수를 측정할 수 있었다. 포화 출력 또한 펌핑광이 없는 상태에서 측정하여 계산하였고, 포화 변수(parameter) 값을 계산해 보았다. EDFA나 EDF 원형 레이저에서는 레이저광의 진행 방향에 대한 펌프광의 방향이 중요한 역할을 한다는 것을 실험적으로 측정해 볼 수 있었다. 펌프광이 레이저광 방향에 대해 순방향으로 가해질 경우, EDF의 길이가 최적화되어 있지 않으면 펌프광이 EDF의 앞부분에서 모두 밀도반전에 소모되어 EDF 뒷부분은 흡수체 역할을 하게 된다. 따라서 흡수계수가 제일 큰 1530nm 파장대는 큰 흡수 손실을 겪게 되어 증폭이나 레이저 발진이 거의 되지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서 역방향 펌핑이 더 안전하고 안정적이라고 할 수 있다. 하지만 EDF 원형 레이저의 경우에는 결국 EDF 길이가 최적화되어 있지 않으면 매 회전후 EDF 앞부분에서 또한 흡수 손실을 겪에 되므로 EDF 길이, 펌프광 세기 등 주요 파라미터들의 최적화가 반드시 필요하다고 할 수 있겠다. 본 실험에서는 EDF의 길이를 최적화하는 실험은 진행하지 못하였으나 이후 본격적인 다파장 발진 광원 구성을 위해서 추후 실험을 진행할 예정이다. EDF 원형 레이저의 발진 특성 또한 EDF 길이, 펌프광의 세기, 펌프광의 방향 등에 따라 살펴보았다. 그리고 FPF를 결합하여 0.76nm 간격의 파장들이 얻어짐을 확인하였다. 하지만 EDF의 homogeneous broadening 때문에 좁은 파장대역에서 주로 이득이 발생하고 이득 경쟁 또한 매우 심한 것을 알 수 있었다. 따라서 이후 목표로 하고 있는 넓은 파장 영역에서 다파장 발진을 위해서는 이를 해결하는 방법이 필요하다. 가능한 접근 방법들로는, 1) EDF가 원형 레이저에서 공진하면서 inhomogeneous loss를 겪도록 하여 이득을 평탄화할 경우 넓은 파장에 걸쳐 다파장 발진을 할 수 있다. 2) 모드록킹된 EDF 원형 레이저를 꾸밀 경우 발진 종모드들 간에 서로 결맞아 있어 각 모드별로 분리했을 경우 주변 모드를 가지지 않는다. 이 때 분리된 모드들이 분산이나 비선형 과정을 겪게 되면 주변 모드가 생겨날 수 있으므로 이러한 과정을 배제해 준다. 3) SOA, LOA 등의 inhomogeneous broadening 하는 소자를 이용하여 레이저를 구성할 경우 우선 레이저에서 발진되는 모드 간에 서로 상관관계가 작아 각 모드로 분리해도 주변 모드를 가질 가능성이 적다. 이후에는 이러한 접근방법들을 시뮬레이션과 실험을 통해 다파장 발진을 이루고자 한다. 그리고 한 채널당 분리하여 주변 모드 특성을 살펴본 후 더 나은 개념을 찾도록 할 예정이다.