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논문KCI 등재

3.0 kW 고출력 발진 단일 모드 Yb 광섬유 레이저

High-power Yb Fiber Laser with 3.0-kW Output

박은지|김지원|이강인|이용수|정훈|정예지|조준용|오예진|박종선
한국광학회|2021.08|한국광학회지 (Korean Journal of Optics and Photonics)|제32권 제4호|pp. 147-152

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Fiber laser고출력 광섬유 레이저High power fiber laser광섬유 레이저근적외선 레이저Yb 레이저Infrared laserYtterbium laser
주제분류물리학

초록

본 논문에서는 최고 출력 3.0 kW 발진 단일 모드 이터븀(ytterbium, Yb) 첨가 광섬유 레이저에 대해 보고한다. 고출력 광섬유 레이저의 출력을 제한하는 주된 요소인 유도 라만 산란 문턱 값과 광섬유 내 온도 분포를 계산하고 이를 바탕으로 양방향 펌핑 구조의 단일 공진기 Yb 광섬유 레이저 시스템을 제작하였다. 그 결과 4.1 kW의 펌프 출력에서 최고 출력 3.0 kW의 레이저 빔을 얻을 수 있었고, 그때의 기울기 효율은 81.5%로 계산되었다. 최고 출력에서 측정된 출력 빔의 빔질(M 2 )은 1.26으로 단일 공간 모드 빔 출력 특성을 가지고 있음을 확인하였고, 유도 라만 산란 및 횡모드 불안정 현상은 관측되지 않았다. 본 연구에서 얻은 광섬유 레이저 출력 결과는 지금까지 국내에서 보고된 다이오드 레이저로 펌핑한 광섬유 레이저 출력 중 가장 높은 출력이며, 향후 더 높은 출력을 얻기 위한 방법에 대해 논의하고자 한다.

Abstract

We report high-power continuous-wave operation of a Yb-doped fiber laser at 1070 nm, pumped by high-power laser diodes at 976 nm. Based on theoretical calculation of the stimulated Raman scattering and temperature distribution in the fiber, we construct a bidirectionally pumped Yb-fiberlaser system incorporating a pair of fiber Bragg gratings and a cladding light stripper. The fiber laser yields 3.0 kW of continuous-wave output at 1070nm in a diffraction-limited beam with M 2 ≈ 1.26 for 4.1 kW of incident pump power, corresponding to a slope efficiency of 81.5%. The prospects forfurther power scaling are discussed.

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