Wavelength-swept lasers are fast becoming a key element of optical coherence tomography (OCT) with high speed, resolution, and sensitivity. Various designs of wavelength-swept lasers have been investigated to improve the performance for OCT applications, especially to increase the sweep speed. For a decade, the fundamental limit of the sweep speed of laser has been solved with novel designs based on km-long optical fiber cavity and a very small cavity tuned by micro-electromechanical systems. But relying on the mechanical tuning for wavelength sweep is a drawback concerning the long-time stability and improving the speed even more. There have also been increasing concerns about the insufficient bandwidth of data acquisition for high-speed OCT with extended depth range. To solve the addressed problems efficiently, wavelength-stepping without movable components is required. In this thesis, we have developed and characterized a wavelength-stepped fiber laser in combination with the simple active mode-locking technique. Individual control and noise characterization of each wavelength step were demonstrated for the first time. This novel design provides possibilities for a high number of wavelength steps, high repetition with shorter cavity length, and narrow optical linewidth, that are advantageous for applications including optical coherence tomography.
파장훑음 레이저는 고속, 고해상도, 고감도 광 간섭 단층 영상술을 위한 필수 요소로써 자리매김하고 있다. 광 간섭 단층 영상 촬영을 위해 다양한 형태의 파장훑음 레이저가 개발되었는데, 특히 주목해야 할 것은 레이저의 파장 훑음 속도를 증가시키는 것이다. 십여 년 전부터 레이저의 파장 훑음 속도의 근본적인 한계를 극복하기 위해 수 km 길이의 광섬유 공진기나 미세 전자 기계 시스템에 의해 튜닝되는 초소형 반도체 공진기 등을 이용한 획기적인 디자인들이 제안되었지만, 여전히 기계적인 구동 방식에 의존하고 있기 때문에 추후 장기적인 안정성이나 추가적인 속도 향상을 도모하기 어려울 것이다. 또한 앞으로 광 간섭 단층 영상의 속도와 깊이 범위를 동시에 확장하고자 한다면, 데이터 획득에 필요한 전자기기의 대역폭이 현재의 기술로 가능한 크기를 훨씬 넘어서는 문제가 발생할 수 있다. 제시된 문제들을 해결하기 위해서는 기계적으로 구동하는 소자 없이 파장을 일정한 스텝으로 튜닝할 수 있는 레이저가 필요하다. 따라서 본 학위 논문에서는 불연속적인 발진 스펙트럼 가진 광섬유 레이저에 능동 모드 잠금을 적용하여, 파장이 불연속적으로 변화하는 능동 모드잠금 레이저를 구현하고 그 특성을 조사하였다. 이 연구를 바탕으로 보다 짧은 공진기에서 발진 파장 스텝 수와 반복률을 높이면 광 간섭 단층 촬영을 포함한 여러 가지 측정 분야에 유용할 것으로 기대된다.
