가공용 광섬유 레이저의 기초와 응용

전문가 제언

○ 광섬유 레이저는 1961년 Snitzer의 개발한 후, 1980년대에 Er 도핑 광섬유 증폭기(EDFA)가 산업계 응용의 효시가 되었다. EDFA는 현재 레이저에도 사용되는 InGaAs계 레이저 다이오드(LD)의 여기광을 Er 도핑 실리카 코어에 도입하여 광정보통신망을 성공시킨 주역이다.

○ Er, Nd, Yb 등 희토류 금속 중 Yb은 여기파장과 발진파장이 가까워 양자손실이 적으므로 고출력 레이저에 이용되고 있다. 이는 종래의 도핑 광섬유 코어에 여기광 도입과 다르다. 이 중 클래드를 가진 단일모드 광섬유의 두꺼운 내부 클래드에 테이퍼 광섬유 다발(TFB) 등을 통해 출력에 맞춰 적당량 여기광을 도입하여 코어에 도핑된 Yb을 여기시킨다.

○ 이 글에서 일본 Furukawa Denko 정보통신사의 F. Akira 등은 개발한 연속작동형(CW 500W급) 단일모드 광섬유 레이저의 구성, 특성 및 가공응용 예를 소개하고 있다. 이 레이저는 큰 코어의 멀티모드 광섬유와 결합된 여기 반도체 레이저(LD), TFB, YDF, 공진기 구성용 두 FBG의 4가지의 주요부품으로 구성된다. 이 레이저는 CW형 10kW급까지 개발한 미국 IPG사의 TFB법을 채택함으로써 이물질의 혼입방지는 물론 중심조정 등이 불필요하며, 외부 응력에 강한 구조의 장점이 있다.

○ 여러 레이저의 집광점에서의 파워밀도는 Yb 도핑 단일모드 광섬유 레이저(500W)가 Yb 도핑 멀티모드 광섬유 레이저(2kW), CO2 레이저(4kW), LD 직접 레이저(2kW) 등의 대출력 레이저보다 거의 한 자리수 이상 높다. 이 레이저의 출력 450W로 종래의 레이저로는 어려운 고반사율의 Al(A 5052) 및 터프 피치 구리(C1100)의 용융, 또한 보조가스 사용으로 0.3㎜ 두께의 SUS 304 스테인리스 절단도 성공하였다.

○ CW 500W 광섬유 레이저 개발품은 코어 내 빛 진행이 한 모드에 가까운 양호한 빔 품질을 보였다. 여기광원인 레이저 다이오드(LD) 모듈의 전기/광 변환효율은 45% 이상이고, 광섬유 레이저의 광/광 변환효율이 60% 이상이었다. 광섬유 레이저는 방열이 우수한 구조와 점유 공간이 적은 우수한 레이저이다. 국내에선 수요가 급팽창 중인 첨단 광섬유 레이저의 제조사가 안 보여 산학연 협조에 의한 국산화 개발이 시급하다.

저자

Akira Fujisaki

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

화학·화공

연도

2011

권(호)

80(12)

잡지명

應用物理

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

1073~1077

분석자

변*호

분석물

• 가공용 광섬유 레이저의 기초와 응용.pdf [241,496 byte]

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