능동 파이버 활용

대부분의 광학 파이버는 일종의 수도관과 같이 작동합니다. 즉, 한쪽 끝에서 빛을 넣으면 파이버를 통해 일정 거리를 이동한 후 동일한(또는 그 이하의) 양의 빛이 다른 한쪽 끝으로 나옵니다. 어쨌든 처음에 시작한 빛보다 늘어나지는 않습니다.

이를 “수동 파이버”라고 합니다. 하지만 빛의 양을 실제로 늘리거나 증폭할 수 있는 능동 파이버라는 다른 등급의 광학 파이버가 있습니다. 여기에서는 처음에 시작한 것보다 빛의 양이 늘어납니다. 어떻게 가능할까요?

최고의 도핑 파이버

“도핑”이 바로 그 방법입니다. 즉, 에르븀, 이테르븀 또는 툴륨과 같은 희토류 원소의 이온을 파이버 자체에 극소량 포함시키는 것입니다. 이러한 이온은 한 파장에서 빛을 흡수한 후 다른 파장에서 다시 방출합니다.

이 그림은 능동 파이버를 통해 레이저 빛을 증폭하는 장치인 “파이버 증폭기”를 만드는 방법을 매우 간단하게 보여줍니다. 비교적 낮은 등급의 다이오드 레이저의 “시드 광원”을 수동 파이버에 결합합니다. 시드 레이저보다 짧은 파장의 펌프 다이오드 레이저 소스의 광원도 파이버에 결합됩니다. 이 모든 광원이 능동 파이버에 들어가고, 여기서 도펀트는 펌프 다이오드 광원을 흡수한 후 시드 레이저 파장에서 이를 다시 방출합니다. 그리고 가장 중요하게도, 이렇게 다시 방출된 광원은 시드 라이트와 정합(coherent) 상태가 됩니다. 즉, 모든 측면에서 시드 레이저 광원과 동일한 레이저 광원이 됩니다.

따라서 처음에 들어간 것보다 많은 시드 레이저 파장의 광원이 파이버에서 나옵니다. 이 방법을 사용하면 빛의 양을 1,000배까지 늘릴 수 있습니다. 더 높은 수준의 게인을 얻기 위해 여러 단계가 조합되는 경우도 많습니다.

능동 파이버 – 성공으로 가는 길

“게인”(광학 증폭)을 얻는 도핑 파이버는 파이버 레이저 및 파이버 증폭기의 기초입니다. 이러한 기술은 그 자체로 재료 가공, 원격 통신, 의학/외과 및 감지는 물론 다양한 방위산업 및 항공우주 응용 분야와 같은 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.

파이버 증폭기에 대한 한 가지 중요한 개발 응용 분야는 자율주행 차량 및 고급 운전자 지원 시스템을 위한 LIDAR(광원 감지 및 레인징) 시스템입니다. 두 분야 모두에서 LIDAR은 자동차가 도로 및 주위 환경을 “인지”할 수 있게 해줍니다.

자동차 분야에서 1550nm 파이버 증폭기 기반 LIDAR의 장점은 작고 가벼운 패키지로 비교적 높은 수준의 레이저 출력을 제공한다는 것입니다. 차량이 더 멀리 더 자세히 “인지”할 수 있기 때문에 레이저 출력이 높을수록 유리합니다. 하지만 1550nm 정도로 상당히 높은 레이저 출력도 “눈에 안전한” 즉, 레이저 광원이 망막에 도달하지 않는 수준이므로, 다른 운전자에게 위험을 초래하지 않습니다. 그리고 물론 크기와 무게도 항상 차량 내에서 중요한 고려 사항입니다.

1550nm 파이버 증폭기가 사용되는 또 다른 중요한 개발 응용 분야는 바로 위성 통신 분야입니다. 많은 기존 및 개발 중인 위성 통신 기업 모두 지구 저궤도에 “컨스텔레이션”이라고 부르는 비교적 낮은 비용의 소형 위성을 수천 개 발사하는 데 관심을 표현하고 있습니다. 이러한 컨스텔레이션은 인터넷 서비스 및 기타 고속 통신 서비스를 제공할 수 있습니다.

이러한 수많은 위성은 서로 통신할 수 있는 방법이 필요하며, 이를 효과적으로 수행하기 위해 레이저가 활용될 수 있습니다. 광원은 진공 공간에서 손실이나 왜곡이 거의 없이 전달되기 때문입니다. 또한 레이저 기반의 연결은 무선 주파수 통신에 방해가 될 수 있는 간섭의 영향을 받지 않습니다. 다시 말하지만, 1550nm 파이버 증폭기의 유리한 크기 대비 중량 비율과 전반적인 전기 효율 덕분에 이 적용 분야에서 탁월한 성능을 발휘합니다.

능동 파이버 전문 기업 Coherent

Coherent는 다양한 범위의 능동 광학 파이버를 제조하고 있으며, 최근 앞에서 설명한 위성 통신 및 자동차 LIDAR 시스템을 위해 특별히 의도된 새로운 제품을 발표했습니다. 이러한 두 분야는 용도가 매우 다르게 보일 수 있지만, 실제로는 소형 및 경량화 요구, 전기적인 효율성과 강력한 레이저 광원 등 몇 가지 공통 요건을 공유합니다. 또한 두 분야 모두 열 또는 복사로 인해 시간에 따라 성능이 저하될 수 있는 가혹한 환경에 처해 있습니다. 두 분야 모두 동일한 파이버를 활용함으로써 비용 절약에 도움이 되는 프로덕션 볼륨을 늘려줍니다.

새로운 Coherent NuEYDF 시리즈 에르븀-이테르븀 동시 도핑 능동 파이버는 현재 업계에서 고유한 기능 조합을 제공합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 우주 응용 분야에 필수적인 방사 저항
• 고온 자동차 응용 분야에서 안정적인 작동과 긴 수명을 가능하게 해주는 코팅
• 최대 게인, 노이즈 감소, 수명 연장을 위해 최소화된 ASE(Amplified Spontaneous Emission, 자연 증폭 방출)
• 최대 전체 시스템 처리량을 위한 일치 수동 파이버

Coherent는 재료 가공을 통해 통신, 감지, 관성 항법, 조사 등 다양한 응용 분야를 위해 400개 이상의 다양한 수동 및 능동 파이버를 제공합니다. 그리고 대부분은 즉시 배송이 가능합니다. 현재 제공되는 품목을 보려면 본사 온라인 매장을 방문하십시오.