툴륨 첨가 파이버 레이저의 효율성 향상에 상당한 진전이 이루어졌습니다. 

툴륨 첨가 파이버 레이저의 효율성 향상에 상당한 진전이 이루어졌습니다.

최근 독일 하노버 레이저 센터(LZH)는 혁신적인 공정 기술을 사용하여 툴륨 첨가 파이버 레이저의 성능을 성공적으로 향상시켜 산업 연구 프로젝트에서 상당한 성공을 거두었습니다. 이 성과는 다양한 분야, 특히 의학 분야에서 이러한 레이저를 더 폭넓게 사용할 수 있는 길을 열어줍니다.

"DECOMP"라고 불리는 이 프로젝트는 LZH 센터, 독일 스타트업 Futonic Solutions 및 유럽 Eurostars 프로그램의 재정 지원을 받는 한국 파트너가 공동으로 실행했습니다. 연구팀은 CO2 레이저 처리 기술을 사용해 핵심 광자 부품을 구조화해 펌프 다이오드 광섬유와 레이저 광섬유 자체의 클래딩 사이의 광결합(매칭) 효율을 크게 높였다.

이 설계를 통해 툴륨 첨가 광섬유 레이저는 기존 표준보다 훨씬 높은 전력 수준에서 일관되게 작동하여 2μm 파장에서 킬로와트 범위의 출력 전력을 달성할 수 있습니다. 이 획기적인 발전은 기존의 기술적 한계를 극복합니다.

시중에는 많은 툴륨 레이저 소스가 있지만 QCW(준연속파) 모드에서 작동할 때 높은 빔 품질, 킬로와트 수준의 출력 및 높은 신뢰성을 동시에 제공하는 제품은 여전히 ​​부족합니다. 이 문제를 해결하기 위해 프로젝트 팀은 LZH가 독립적으로 개발한 독점 CO2 레이저 처리 기술을 사용하여 삼중 클래드 섬유를 정밀하게 처리했습니다. 이 기술을 사용하여 연구원들은 섬유의 가장 바깥쪽 유리 클래딩의 국부적인 영역을 선택적으로 제거하여 펌프 클래딩에 접근할 수 있는 측면 채널을 만들었습니다.

또한 팀은 쉘 모드(스트리퍼)를 제거하는 장치를 개발했습니다. 삼중 클래드 광섬유에 CO2 레이저 구조화를 적용함으로써 광섬유 시스템에서 흡수되지 않은 펌프 방사선을 효율적으로 제거할 수 있었습니다.

실험 결과는 제작된 신호 펌프 커플러가 475W에 도달하는 입력 전력에서 90.1 ± 2.5%의 평균 결합 효율을 달성한다는 것을 보여주었습니다. 그러나 전류 제한 요인은 주로 사용 가능한 펌프 전력으로 인해 발생합니다. LZH는 달성된 효율성 수준이 오늘날 표준 광섬유 커플러의 최첨단 성능과 비슷하며 삼중 클래드 광섬유를 사용하는 기술 측면에서 특히 중요한 새로운 성과를 나타낸다고 지적했습니다. 연구팀은 "광 손실이 낮다는 것은 해당 부품이 더 높은 전력 레벨에서도 작동할 수 있다는 것을 의미하며, 1kW 전력 등급 목표를 달성할 수 있는 가능성을 열어준다"고 말했습니다. 클래딩 모드 스트리퍼의 경우, 팀은 250W에 달하는 광 출력으로 20dB를 초과하는 출력 효율을 달성할 수 있었습니다.

한편, 프로젝트 파트너인 Futonic은 최근 의료용으로 설계되고 1.94 미크론의 파장에서 작동하는 공냉식 툴륨 첨가 광섬유 레이저를 공식적으로 공개했습니다. 회사는 "이 레이저는 준연속파(QCW) 모드에서 최대 1200W의 피크 전력을 제공하고 연속 모드에서 120W의 출력 전력을 제공하여 정밀한 에너지 제어, 높은 펄스 안정성 및 효율적인 시스템 통합이 필요한 응용 분야에 컴팩트하고 안정적인 플랫폼을 제공합니다."라고 밝혔습니다.

1.94μm의 작동 파장은 수분 흡수 피크에 매우 근접한 것으로 보고되었습니다. 결과적으로 툴륨 레이저는 수분 함량이 높은 생물학적 조직을 노출시키는 의료 절차에 특히 적합합니다. 특히 비뇨기과 분야에서 이 기술의 주요 응용 분야 중 하나는 신장 결석 치료입니다.