광섬유 레이저에서 실시간 편광 제어를 위한 능동형 피드백 체계 개발

Abstract

초 록 비편광유지 광섬유 기반의 레이저 구조에선 레이저의 편광상태가 일정한 상태를 유지하기 힘들다. 이는 광섬유의 빠른 축상(fast axis)과 느린 축상(slow axis)의 유효 굴절률(effective refractive index)이 완전히 일치하지 못하며, 또한 광섬유 길이에 따라 그 값이 균일하지 못하기 때문에 발생한다. 광섬유가 완전히 대칭적으로 사출되었다 하더라도 외부의 물리적 충격 혹은 온도 변화 등에 의한 추가적인 외부 요인에 의해서도 복굴절성(birefringence)이 발생한다. 헌데 광섬유 구조 내에서, 편광 상태를 유지하는 것은 파라미터들을 측정하는 데에 있어 매우 중요하다. 때문에 편광 상태를 유지해주기 위해 편광 유지 광섬유(Polarization Maintaining optical fiber, PM Fiber)를 이용하여 시스템을 구축하거나 시스템 내부에 세 개의 파장판으로 이뤄진 인라인 광섬유 편광 조절기(in-line fiber polarization controller)를 포함시킨다. 본 논문에서는 동력화된 회전 스테이지를 이용해 편광판을 실시간으로 제어하여 편광 상태의 안정성을 제공하는 체계를 소개한다. 편광 제어 체계에 적용된 알고리즘을 알아보고, 이 편광 제어 기술이 출력과 편광의 변화 양상에 어떠한 영향을 주는지 살펴본다. 개발된 체계는 우선적으로 레이저 다이오드의 출력을 HI1060 광섬유만을 통해 바로 적용하여 이상적인 구동을 확인하였고, 알고리즘을 최적화한 후 1060nm 대역의 연속광(continuous wave) 출력을 갖는 이터븀 첨가 광섬유 증폭기 (Ytterbium doped fiber amplifier) 구조에 적용하였다. 각각의 경우에서 개발된 체계가 편광과 출력의 변화 양상에 어떤 차이를 주었는지 분석하고 그 결과에 대해 논한다.