KR100571176B1 - 진폭분할방식의 광증폭장치 - Google Patents

진폭분할방식의 광증폭장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100571176B1
KR100571176B1 KR1020040071785A KR20040071785A KR100571176B1 KR 100571176 B1 KR100571176 B1 KR 100571176B1 KR 1020040071785 A KR1020040071785 A KR 1020040071785A KR 20040071785 A KR20040071785 A KR 20040071785A KR 100571176 B1 KR100571176 B1 KR 100571176B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
optical amplifier
optical
amplitude
splitter
Prior art date
Application number
KR1020040071785A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060022981A (ko
Inventor
공홍진
이성구
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020040071785A priority Critical patent/KR100571176B1/ko
Priority to US11/133,556 priority patent/US7253945B2/en
Publication of KR20060022981A publication Critical patent/KR20060022981A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100571176B1 publication Critical patent/KR100571176B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2325—Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers
    • H01S3/2333—Double-pass amplifiers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/123—Multibeam scanners, e.g. using multiple light sources or beam splitters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2316—Cascaded amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10076—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating using optical phase conjugation, e.g. phase conjugate reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

본 발명의 광증폭장치는 입사광선의 편광에 따라 일부를 반사시키고 그 나머지를 투과시키는 편광 광분할기, 및 상기 편광광분할기로부터 반사된 광이 자신의 내부를 왕복 통과할 때, 통과 전후의 편광상태가 서로 직교하도록 만들어 주는 제 1편광판과, 상기 제 1 편광판을 통과한 광을 제 1 및 제 2광으로 진폭분할하는 진폭분할판과, 상기 진폭분할판에 의해 진폭분할된 제 1 및 제 2광을 각각 증폭시키기 위한 광증폭기;로 구성된 광증폭수단을 적어도 2개이상 포함하되, 광증폭수단 중 앞의 광증폭수단에서 나오는 광선이 뒤의 광증폭수단에 포함된 편광 광분할기에 입사하도록 배치된 것을 특징으로 하는 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 레이저광을 증폭하는 광증폭장치는 고반복률, 고출력을 가지는 효과를 제공한다.
광증폭, 진폭분할,

Description

진폭분할방식의 광증폭장치{Apparatus for light amplification by amplitude dividing }
도 1a는 종례의 일실시예에 따른 파면분할방식의 광증폭장치,
도 1b와 1c는 파면분할방식과 진폭분할방식을 비교설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개 광증폭단을 구비하는 광증폭장치를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진폭분할방식의 광증폭단을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 3실시예에 따른 복수개의 광증폭단을 구비하는 광증폭장치를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 4의 프리펄서(pre-puler)를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 4의 SBS-PCM의 위상제어에 대한 다른 예를 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 레이저발진기 200, 300 : 제 1 및 제 2증폭단
101, 103, 104 : BE 102 : PBS
본 발명은 광증폭장치에 관한 것으로, 복수개의 증폭단을 이용하는 광증폭장치에 관한 것이다.
일반적으로, 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울(stimulated brillouin scattering phase conjugate mirror : 이하 SBS-PCM이라 함)은 위상공액파를 반사시키므로 레이저 증폭과정에 생겨나는 레이저빔의 왜곡을 보상하고 광학계의 정렬이 쉽기 때문에 광선분할 고출력 레이저에 용이하게 사용된다.
이러한 SBS-PCM을 사용하는 광증폭계를 한국 특허 등록 제 10-0318520호에 개시하고 있다.
이하 도 1a를 참조하여 종래의 광증폭계를 설명하기로 한다.
도 1a는 종례의 일실시예에 따른 광증폭장치이다.
도 1a를 보면, 레이저발진기(500)로부터 출사되는 광(505)은 제 1광증폭단(510), 제 2광증폭단(540), 및 제 3광증폭단(570)을 거치면서 점점 더 많은 수의 레이저광으로 증폭된다. 즉, 광(505)은 편광빔스플리터(polarizing beam spliter : 이하 PBS라 함)에서 반사되어 제 1차단기(520)로 입사되어 SBS-PCM에서 반사된 후 다시 PBS를 투과하여 제 1광증폭기(530)로 입사한다. 그런 다음, 제 1광증폭기(530)에 입사되는 광은 증폭기를 투과하면서 증폭되고 SBS-PCM에서 반사되어 PBS로 입사된다. PBS는 입사되는 광을 반사시켜 광확대기(535)쪽으로 출사하고, 광확대 기(535)는 입사광의 크기를 확대하여 제 2광증폭단(540)으로 출사한다. 제 2광증폭단(540)은 제 1광증폭단(510)의 제 1광차단기(520)와 동일한 제 2광차단기(550)가 구성되어 동일기능을 수행한다. 다만, 제 2광증폭단(540)은 제 2광증폭기(560)의 전단에 파면분할형 광분할기(562)를 더 구비하고 이때 제 2광증폭기(560)는 2ㅧ 2 어레이형으로 되어 있다. 여기서 제 2광증폭기(56)의 2×2 어레이 각각으로 광을 보내주기 위한 파면분할형 광분할기(562)가 사용된다. 즉, 제 2광증폭기(560)로 입사되기 전에 파면분할형 광분할기(562)에서 광이 파면분할되어 광축을 따라 배열되어 있는 각각의 증폭기에서 증폭된 후, SBS-PCM에서 반사되어 다시 재결합되어 PBS로 입사된다. PBS는 입사되는 광을 반사하여 광확대기(565)로 출사한다. 광확대기(565)는 입사광의 크기를 확대하여 제 3광증폭단(570)으로 출사한다. 제 3광증폭단(570)에서 제 3광증폭기(590)는 4×4 어레이형으로 제 3광차단기(580)는 2×2 어레이형으로 각각 구성된다. 여기서, 각 어레이에 광을 보내주기 위해 파면분할형 광분할기(582, 592)가 사용된다.
이러한 광 증폭계를 구성하면, 증폭단을 원하는 대로 계속 이러 붙임으로써 광학계의 손상 없이 출력 에너지를 얼마든지 늘릴 수 있을 뿐 아니라 반복률을 계속 같은 상태로 유지할 수 있다. 즉, 계속적인 증폭에 의하여 레이저 광의 에너지 밀도가 증가하는 경우, 에너지 밀도를 낮추지 않으면 광학계 및 레이저 이득 매질의 손상을 불러온다. 따라서, 레이저 광의 확대가 필요하지만 더불어 레이저 이득 매질의 크기도 커져야 한다. 이는 레이저 이득 매질의 냉각속도 저하로 이어지고 고 반복율의 레이저 광을 만드는 것이 사실상 불가능하게 된다. 따라서, 레이저 광의 크기는 키우되, 이득 매질의 크기는 그대로 유지시키는 방식인 전술한 도 1과 같은 광선 재결합 증폭장치가 사용되었다.
이러한, 도 1a의 광선 재결합 광증폭장치에 사용된 광분할기는 파면분할 방식이다. 이를 도 1b에 도시한다.
도 1b를 보면, 파면분할 방식의 광분할기는 입사되는 광(a)을 두개의 출사광(b)으로 분할한다. 즉, 파면분할 방식은 레이저 광을 두개의 크기가 작은 레이저광으로 분할한다.
한편, 광분할기에는 이러한 파면분할 방식 이외에 진폭분할 방식이 있다. 이는 도 1c에 도시한다.
도 1c를 보면, 진폭분할 방식의 광분할기는 입사되는 광(a)을 두개의 출사광(b)으로 분할하되, 그 하나는 투과되며 나머지 하나는 반사되도록 분할한다. 즉, 진폭분할 방식은 레이저 광의 크기의 변화 없이 에너지만 두 광이 나누어 갖는다. 이러한 진폭분할 방식에 비해 종래의 광증폭장치에 적용된 파면분할 방식은 레이저 광의 형태가 주공진기의 광형태와 같을 수 없으므로 증폭기의 이득 매질의 단면을 레이저 광 형태로 가공해야 하는 어려움이 있었다. 왜냐하면, 이득 매질의 단면이 입사 광의 형태와 다른 경우 증폭의 효율은 감소하게 되기 때문이다. 또한, 레이저광의 공간적인 분포에 고주파 공간 주파수를 포함하게 되어 SBS-PCM에 의하여 반사시 위상공액 현상이 깨지게 된다. 그리고, 증폭 후 광선 재결합 시, 광과 광이 만나는 부분에서 두 광의 위상이 다를 경우 강도(intensity)스파이크(spike)가 발생하여 광의 공간분포가 나빠지게 되는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 진폭분할방식의 광분할기를 적용하여 레이저 이득 매질의 형태 제한, 위상공액의 깨짐 광선 재결합 시 나타나는 강도스파이크 등의 문제가 발생하지 않도록 하고 증폭기 입사 전에는 광 확대기를 사용하여 광의 크기를 이득 매질의 크기로 축소시키므로 광증폭 이후에는 광 확대기를 사용하여 광의 크기를 확대하여 레이저 에너지 밀도를 낮춤으로써, 에너지 증폭의 한계가 없는 고 반복률 고 출력의 광증폭장치를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진폭분할방식의 광증폭장치는 입사광선의 편광에 따라 일부를 반사시키고 그 나머지를 투과시키는 편광 광분할기, 및 편광광분할기로부터 반사된 광이 자신의 내부를 왕복 통과할 때, 통과 전후의 편광상태가 서로 직교하도록 만들어 주는 제 1편광판과, 상기 제 1 편광판을 통과한 광을 제 1 및 제 2광으로 진폭분할하는 진폭분할판과, 상기 진폭분할판에 의해 진폭분할된 제 1 및 제 2광을 각각 증폭시키기 위한 광증폭기;로 구성된 광증폭수단을 적어도 2개이상 포함하되, 광증폭수단 중 앞의 광증폭수단에서 나오는 광선이 뒤의 광증폭수단에 포함된 편광 광분할기에 입사하도록 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 제 1편광판은 1/4파장판인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 진폭분할판은 편광빔스플리터(PBS)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 편광빔스플리터는 상기 1/4파장판으로부터 입사되는 광을 P-편광과 S-편광의 레이저광으로 분할하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 광증폭기는 광증폭을 위한 광증폭판을 포함하며, 광증폭판의 전후에는 광증폭판의 복굴절을 상쇄시키기 위한 FR(Faraday Rotator)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 진폭분할방식의 광증폭장치는 입사광선의 편광에 따라 일부를 반사시키고 그 나머지를 투과시키는 편광 광분할기를 포함하는 광증폭장치에 있어서, 편광광분할기로부터 반사된 광이 자신의 내부를 왕복 통과할 때, 통과 전후의 편광상태가 서로 직교하도록 만들어 주는 제 1편광판과, 제 1 편광판을 통과한 광을 제 1 및 제 2광으로 진폭분할하는 진폭분할판과, 진폭분할판에 의해 진폭분할된 제 1 및 제 2광을 각각 증폭시키기 위한 광증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 제 1편광판은 1/4파장판인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 진폭분할판은 편광빔스플리터(PBS)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 편광빔스플리터는 상기 1/4파장판으로부터 입사되는 광을 P-편광과 S-편광의 레이저광으로 분할하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 광증폭기는 광증폭을 위한 광증폭판을 포함하며, 광증폭판의 전후에는 광증폭판의 복굴절을 상쇄시키기 위한 FR을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 진폭분할방식의 광증폭장치는 입사광선의 편광에 따라 일부를 반사시키고 그 나머지를 투과시키는 편광 광분할기; 상기 편광광 분할기에서 반사된 광선이 자신의 내부를 왕복 통과할 때, 통과전과 후의 편광상태가 서로 직교하도록 만들어주는 제 1편광판과, 상기 제 1편광 판을 통과한 광선을 반사시키기 위한 SBS-PCM을 포함하는 광차단기; 및 상기 제 1편광판에 의해 상기 편광 광분할기를 투과한 광이 자신의 내부를 왕복 통과할 때, 통과 전후의 편광상태가 서로 직교하도록 만들어 주는 제 2편광판과, 상기 제 2 편광판을 통과한 광을 제 1 및 제 2광으로 진폭분할하는 진폭분할판과, 상기 진폭분할판에 의해 진폭분할된 제 1 및 제 2광을 각각 증폭시켜 반사시키기 위한 SBS-PCM을 포함하는 광증폭기;로 구성된 광증폭수단을 적어도 2개이상 포함하되, 상기 광증폭수단들 중 앞의 광증폭수단에서 나오는 광선이 뒤의 광증폭수단에 포함된 편광 광분할기에 입사하도록 상기 광증폭수단들이 체인형으로 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, SBS-PCM의 전단에 배치하며 SBS-PCM으로 입사되는 메인펄스의 앞단이 잘리는 것을 방지하는 프리펄서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 제 1 및 제 2편광판은 1/4파장판인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 진폭분할판은 편광빔스플리터(PBS)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 편광빔스플리터는 상기 1/4파장판으로부터 입사되는 광을 P-편광과 S-편광의 레이저광으로 분할하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 광증폭기는 광증폭을 위한 광증폭판을 포함하며, 광증폭판의 전후에는 광증폭판의 복굴절을 상쇄시키기 위한 FR을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 광증폭기는 SBS-PCM에 반사파의 위상을 고정시키기위한 PL(Phase Locker)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 광증폭기는 SBS-PCM에 음파발생기를 부착하며 이때 발생된 음파로부터 반사파의 위상을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 기술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복수개 광증폭단을 구비하는 광증폭장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 보면, 레이저광을 발생하는 레이저발진기(100)와 레이저광의 크기를 확대하는 BE(101)와 확대된 광을 반사하기 위한 PBS(102)와 반사된 광을 증폭하기 위한 제 1증폭단(200)과 제 1증폭단(200)으로부터 증폭된 광의 크기를 확대하는 BE(103)와 제 1증폭단(200)에서 증폭된 광을 한번 더 증폭하는 제 2증폭단(300), 및 제 2증폭단(300)에서 증폭된 광의 크기를 확대하는 BE(104)를 포함하며, 제 2증폭단(300)에서 증폭된 광은 제 3증폭단(미도시)으로 출사되도록 구성된다.
제 1증폭단(200)은 광 증폭을 위한 소자들이 광경로를 따라 1/4파장판(201), PBS(202), BE(203), FR(204), 증폭기(205), FR(206), 및 PL(207)이 배치되어 있다. 또한, 제 2증폭단(300)은 광 증폭을 위한 소자들이 광경로를 따라 PBS(301), 1/4파장판(302), PBS(303), 45도회전기(304), PBS(305), BE(306), FR(307), 증폭기(308), FR(309), 및 PL(310)이 배치되어 있다.
레이저발진기(100)로부터의 S-편광을 갖는 레이저광은 BE(101)에서 광의 크기가 확대되어 PBS(102)에서 반사되어 제 1증폭단(200)으로 입사된다. 제 1증폭단(200)으로 입사된 광은 1/4파장판(201)을 투과하면서 원편광이 되고 PBS(202)에 의해 진폭분할되어 일부(P-편광)는 반사되고 일부(S-편광)는 투과된다. P-편광을 갖는 레이저광과 S-편광을 갖는 레이저광은 각각 BE(203), FR(204), 증폭기(205), FR(206), 및 PL(207)의 광경로를 지나면서 증폭되어 PBS(202)를 동일편광상태로 투과 또는 반사된다. 그리고, 1/4파장판(201)의 전단에서 재결합되어 분할되기 전의 원편광을 갖게 되므로 1/4파장판(201)을 투과하여 P편광을 갖는 레이저광이 된다. 그리고 이렇게 증폭된 레이저광은 PBS(102)를 투과하여 BE(103)를 통해 광의 크기가 확대된다.
이어 BE(103)에서 확대된 광은 제 2증폭단(300)으로 입사한다. 제 2증폭단(300)은 네 개의 광으로 진폭분할하여 증폭된 광을 재결합하여 그 다음의 제 3증폭단(미도시)으로 출사한다. 제 2증폭단(300)의 PBS(301)는 입사되는 광을 1/4파장 판(302)으로 출력한다. PBS(303)는 1/4파장판(302)으로부터의 광을 진폭분할하여 P-편광의 레이저광은 투과하고 S-편광의 레이저광은 반사하여 45도회전기(304)로 각각 출사한다. 이때, 하나의 광을 두개로 진폭분할하기 위해 45도회전기(304) 하나에 두개의 PBS(305)의 조합을 사용하여 2×2어레이형으로 구성한다. P-편광과 S-편광을 가지는 광은 각각 45도회전기(304)를 투과하면 편광이 45도회전한다. 따라서 그 다음의 광소자인 PBS(305)에 의하여 두개의 광으로 진폭분할된다. 이후의 과정은 앞서 설명한 제 1증폭단(200)과 동일한 구성에 대해서 동일 기능을 수행하므로 상세한 설명은 생략한다. 이러한 45도회전기(304)를 왕복하는 경우 편광은 45도 회전과 -45도회전을 하게 되므로 편광의 변화가 없다 . 따라서, 이러한 45도회전기 및 PBS를 이용한 진폭분할은 무한히 가능하므로 제 2증폭단(300)이후로 추가의 증폭단을 추가하면 무한한 에너지의 증폭이 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진폭분할방식의 광증폭단을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 진폭분할방식의 광증폭단에 SBS-PCM을 채용한 예이다.
도 3을 보면, 레이저광을 발생하는 레이저발진기(10)와 레이저발진기(10)로부터 출사되는 레이저광을 증폭시키기 위한 제 1광증폭단(30)과 제 1광증폭단(30)으로부터 증폭된 광의 크기를 확대하기 위한 광확대기(50)를 포함한다. 제 1광증폭단(30)은 레이저발진기(10)로부터의 레이저광을 입사하는 PBS(31)를 중심으로 십자형의 구조를 이루고 있다. 즉, PBS(31)의 한쪽은 제 1광차단기(32)가 마련되며, 제 1광차단기(32)의 반대쪽에는 광 증폭을 위한 소자들이 광경로를 따라 1/4파장판 (33), PBS(34), BE(beam expander : 35), FR(faraday rotator : 36), 증폭기(37), FR(38), 프리펄서(pre-pulser : 39), SBS-PCM(40), 및 PL(phase locker : 41)이 배치되어 있다.
레이저발진기(10)로부터의 S-편광을 갖는 레이저 광은 PBS(31)에서 반사되어 제 1광차단기(32)로 입사하는데, 이때 제 1광차단기(32)내의 1/4파장판(32a)와 프리펄서(32b)를 투과하여 SBS-PCM(32d)에서 반사된다. 렌즈(32c)는 SBS-PCM(32d)에 광을 집속하기 위하여 사용된다. 이후는 SBS-PCM과 일체인 것으로 설명한다. SBS-PCM(32d)에서 반사된 광은 프로펄서(32b)와 1/4파장판(32a)의 역과정을 거쳐 P-편광을 갖는 레이저광으로 PBS(31)를 투과한다. P-편광의 레이저광은 1/4파장판(33)을 투과하면서 원편광이 되고 PBS(34a)에 의해 진폭분할이 이루어진다. 즉, PBS(34a)는 원편광의 레이저광의 일부인 P-편광의 레이저광은 투과하고 S-편광의 레이저광은 반사한다.
이후, P-편광의 레이저광은 BE(35a)를 투과하여 광의 크기가 이득 매질의 크기로 축소되어 FR(36a)로 입사한다. 그리고 FR(36a)를 투과한 광은 증폭기(37a)로 입사되어 광이 증폭된 후 FR(38a)로 입사된다. FR(38a)을 투과한 광은 프리펄서(39a)를 거쳐 SBS-PCM(40a)와 PL(41)을 거쳐 SBS-PCM(41a)에서 반사되어 다시 FR(36a)를 통과한다. 이때, 증폭기(37)의 전후단의 FR(36a, 38a)은 입사시의 편광면에 대해 반사되어 되돌아오는 편광면이 90도의 차이를 갖게 하므로 증폭기(37)에서 발생되는 복굴절을 상쇄시키는 역할을 한다. 그리고, SBS-PCM(40a)의 전단의 프리펄서(39a)는 이하의 도 5를 참조하여 하기에서 설명한다.
SBS-PCM(40a)에서 반사되는 광은 입사과정의 역과정을 거쳐 PP(39a), FR(38a), 증폭기(37a), FR(36a), BE(35a)를 투과해 PBS(34)로 P-편광을 갖는 레이저광으로 증폭되어 돌아온다.
한편, S-편광의 레이저광은 PBS(34b)에서 반사되어 전술한 P-편광의 레이저광과 동일한 광경로인 BE(35b), FR(36b), 증폭기(37b), FR(38b), PP(39b), SBS-PCM(40b)를 통해 증폭되고 SBS-PCM(40b)에서 반사된 광은 입사과정의 역과정을 거쳐 PP(39b), FR(38b), 증폭기(37b), FR(36b), BE(35b)를 투과해 PBS(34b)에서 반사되어 S-편광을 갖는 레이저광으로 증폭되어 돌아온다. 결국, P-편광을 갖는 레이저광은 PBS(34a)를 투과하고 S-편광을 갖는 레이저광은 PBS(34a)에서 반사되어 1/4파장판(33)전단에서 재결합된다. 여기서 재결합된 레이저광은 분할되기 전과 같은 원편광을 갖게 되므로 1/4파장판(33)을 투과하여 S-편광을 갖는 레이저빔이 된다. 따라서, 재결합된 레이저광은 PBS(31)에서 반사되어 제 1광확대기(50)에 의해 광 크기가 확대된 후 출사된다.
이러한 광증폭수단을 복수개 구비하는 광증폭장치를 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 복수개의 광증폭단을 구비하는 광증폭장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 보면, 레이저광을 발생하는 레이저발진기(10)와 레이저발진기(10)로부터의 광을 증폭하기 위한 제 1증폭단(30)과 제 1증폭단(30)에서 증폭된 광은 제 1확대기(50)를 통하여 광의 크기가 확대되어 제 2증폭단(70)으로 입사되어 광증폭 된 후, 제 2광확대기(90)를 통과하면서 광의 크기가 확대된다. 제 1광증폭단(30)은 두개의 광으로 진폭분할하여 증폭된 광을 재결합하여 제 2광증폭단(70)으로 출사한다. 또한, 제 2광증폭단(70)은 네 개의 광으로 진폭분할하여 증폭된 광을 재결합하여 그 다음 광증폭단(미도시)으로 출사한다. 여기서, 제 1광증폭단(30)은 전술한 도 3과 관련하여 상세히 설명하였고 동일 참조부호에 대해서는 동일한 기능을 수행하므로 상세한 설명은 생략한다.
다만, 전술한 제 1광증폭단(30)에서 증폭된 광을 입사하여 증폭하는 제 2증폭수단(70)에 대해서만 살펴본다. 또한, 제 2증폭단(70)은 제 1증폭단(30)의 동일구성과 동일 기능을 수행하는 것을 참고로 한다.
도 4의 제 2광증폭단(70)은 제 1광확대기(50)로부터의 레이저광을 입사하는 PBS(71)를 중심으로, PBS(31)의 한쪽은 제 2광차단기(72)가 마련되며, 제 2광차단기(72)의 반대쪽에는 광 증폭을 위한 소자들이 광경로를 따라 1/4파장판(73), 두개의 PBS(74), 두개의 45도회전기(75), 네 개의 PBS(76), 네 개의 BE(77), 네 개의 FR(78), 네 개의 증폭기(79), 네 개의 FR(80), 네 개의 프리펄서(81), 네 개의 SBS-PCM(82), 및 네 개의 PL(83)이 배치되어 있다. 제 2광차단기(72)는 PBS(71)에서 반사되는 광을 1/4파장판(72a)과 PCM(72b)에서 진폭분할되어 각 경로를 통해 SBS-PCM(72e)에서 반사되어 PBS(71)로 돌아온다. PBS(71)는 제 2광차단기(72)로부터 투과되는 광을 1/4파장판(73)으로 출력한다. PBS(74)는 1/4파장판(73)으로부터의 광을 진폭분할하여 P-편광의 레이저광은 투과하고 S-편광의 레이저광은 반사하여 45도회전기(75)로 각각 출사한다. 이때, 하나의 광을 두개로 진폭분할하기 위 해 45도회전기(75) 하나에 두개의 PBS(76)의 조합을 사용하여 2ㅧ 2어레이형으로 구성한다. P-편광과 S-편광을 가지는 광은 각각 45도회전기(75)를 투과하면 편광이 45도 회전한다. 따라서 그 다음의 광소자인 PBS(76)에 의하여 두개의 광으로 진폭분할 된다. 이후의 과정은 앞서 설명한 도 3과 동일한 구성이므로 그 기능도 동일하다. 이러한 45도회전기(75)를 왕복하는 경우 편광은 45도 회전과 -45도회전을 하게 되므로 편광의 변화가 없다. 따라서, 이러한 45도회전기 및 PBS를 이용한 진폭분할은 무한히 가능하므로 제 2증폭단(70)이후로 추가의 증폭단을 추가하면 무한한 에너지의 증폭이 가능하다.
전술한 광 증폭장치에서 사용된 프리펄서에 대해 좀더 상세히 설명한다.
도 5는 도 4의 프리펄서(pre-puler)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 보면, 프리펄서는 전술한 광 증폭장치에서 SBS-PCM의 전단에 배치하여 큰 에너지를 가진 메인펄스(C)를 SBS-PCM에 입사시키기 전에 작은 에너지를 갖는 프리펄스(B)를 먼저 입사시켜 음파를 미리 만들어 둠으로써 메인펄스(C)의 앞단이 잘리는 것을 방지하기 위한 것이다. SBS-PCM에 입사되는 레이저 펄스의 경우, 펄스의 앞단이 투과 또는 음파의 생성을 위하여 손실 되어 반사시 펄스의 앞단이 잘려나가 가파르게 상승하는 형태를 갖게 된다. 이러한 반사파는 다음의 SBS-PCM에 입사 시에 광 브레이크다운(breakdown) 또는 위상공액도를 떨어뜨리게 된다. 따라서, 연속적인 SBS-PCM에 의한 반사로 인하여 반사파의 앞단이 잘려나가지 않도록 프리펄서를 배치한다. 도 5의 실시예는 반사파의 펄스 형태의 변형을 막기 위한 프리펄스로서 PBS(51, 52) 또는 빔스플리터(Beam Splitter)를 사용하여 레이저 빔의 진폭을 가르고 메인펄스(C)와 프리펄스(B)의 시간 차이는 광 경로를 조절하여 결정한다. 따라서, 메인펄스(C)와 프리펄스(B)에 의한 최종펄스는 D의 형태가 된다.
또한, 전술한 광증폭장치에서 사용된 SBS-PCM은 각각의 위상공액 거울에서 반사되는 반사파의 위상을 고정시키기 위해 PL을 함께 배치한다.
도 6은 도 4의 SBS-PCM의 위상제어에 대한 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 보면 SBS-PCM의 외부에서 직접적으로 음파를 발생시켜 위상을 제어하는 방식을 보여주고 있다. 초음파 진동자를 SBS-PCM(SBS-셀)에 부착시키고, 외부에서 진동자를 진동시켜 SBS-PCM내부의 음파를 발생시킴으로써 반사파의 위상을 제어한다. 즉, 유도브릴루앙산란(SBS)은 음파잡음으로부터 유도된다. 따라서 산란이 일어났을 때 반사파의 위상이 랜덤(random)하므로 이를 제어하기 위한 것이다. 따라서 유도브릴루앙산란 매질과 동일하거나 조화파에 해당하는 주파수의 음파를 유도브릴루앙산란 매질에 직접 입사시켜 위상을 제어한다. 최초로 발생되는 음파의 위상이 제어되면, 이 후에 발생되는 음파의 위상이 제어되고, 결과적으로 반사파의 위상이 제어된다. 따라서 최초로 발생되는 음파의 위상을 제어하기 위하여 레이저빔이 입사되기 전에 미리 음파를 유도브릴루앙산란 매질 내에 발생시킨다. 따라서 이후 발생하는 유도브릴루앙산란은 미리 발생되어 있는 음파로부터 시작하게 되고 결과적으로 음파 및 반사파의 위상은 제어된다. 특히 동일 시간에 음파가 발생되도록 함으로써 입사되는 에너지에 관계없이 위상을 제어할 수 있다. 음파를 발생시키기 위해 초음파 진동자 이외에도 AOM(acousto-optic modulator)을 사용할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 레이저광을 증폭하는 광증폭장치는 고반복률, 고출력을 가지는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 광증폭장치는 진폭분할 방식을 사용하므로 파면분할방식의 단점이 모두 극복되며 무한한 에너지의 증폭을 가능하도록 하는 효과를 제공한다.

Claims (18)

  1. 광증폭장치에 있어서,
    입사광선의 편광에 따라 일부를 반사시키고 그 나머지를 투과시키는 편광 광분할기; 및
    상기 편광광분할기로부터 반사된 광이 자신의 내부를 왕복 통과할 때, 통과 전후의 편광상태가 서로 직교하도록 만들어 주는 제 1편광판과, 상기 제 1 편광판을 통과한 광을 제 1 및 제 2광으로 진폭분할하는 진폭분할판과, 상기 진폭분할판에 의해 진폭분할된 제 1 및 제 2광을 각각 증폭시키기 위한 광증폭기;로 구성된 광증폭수단을 적어도 2개이상 포함하되,
    상기 광증폭수단 중 앞의 광증폭수단에서 나오는 광선이 뒤의 광증폭수단에 포함된 편광 광분할기에 입사하도록 배치된 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1편광판은 1/4파장판인 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 진폭분할판은 편광빔스플리터(PBS)인 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 편광빔스플리터는 상기 1/4파장판으로부터 입사되는 광을 P-편광과 S-편광의 레이저광으로 분할하는 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광증폭기는 광증폭을 위한 광증폭판을 포함하며, 광증폭판의 전후에는 광증폭판의 복굴절을 상쇄시키기 위한 FR을 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  6. 입사광선의 편광에 따라 일부를 반사시키고 그 나머지를 투과시키는 편광 광분할기를 포함하는 광증폭장치에 있어서,
    상기 편광광분할기로부터 반사된 광이 자신의 내부를 왕복 통과할 때, 통과 전후의 편광상태가 서로 직교하도록 만들어 주는 제 1편광판;
    상기 제 1 편광판을 통과한 광을 제 1 및 제 2광으로 진폭분할하는 진폭분할판과;
    상기 진폭분할판에 의해 진폭분할된 제 1 및 제 2광을 각각 증폭시키기 위 한 광증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1편광판은 1/4파장판인 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 진폭분할판은 편광빔스플리터(PBS)인 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 편광빔스플리터는 상기 1/4파장판으로부터 입사되는 광을 P-편광과 S-편광의 레이저광으로 분할하는 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 광증폭기는 광증폭을 위한 광증폭판을 포함하며, 광증폭판의 전후에는 광증폭판의 복굴절을 상쇄시키기 위한 FR을 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  11. 광증폭장치에 있어서,
    입사광선의 편광에 따라 일부를 반사시키고 그 나머지를 투과시키는 편광 광분할기;
    상기 편광광 분할기에서 반사된 광선이 자신의 내부를 왕복 통과할 때, 통과전과 후의 편광상태가 서로 직교하도록 만들어주는 제 1편광판과, 상기 제 1편광 판을 통과한 광선을 반사시키기 위한 SBS-PCM을 포함하는 광차단기; 및
    상기 제 1편광판에 의해 상기 편광 광분할기를 투과한 광이 자신의 내부를 왕복 통과할 때, 통과 전후의 편광상태가 서로 직교하도록 만들어 주는 제 2편광판과, 상기 제 2 편광판을 통과한 광을 제 1 및 제 2광으로 진폭분할하는 진폭분할판과, 상기 진폭분할판에 의해 진폭분할된 제 1 및 제 2광을 각각 증폭시켜 반사시키기 위한 SBS-PCM을 포함하는 광증폭기;로 구성된 광증폭수단을 적어도 2개이상 포함하되,
    상기 광증폭수단들 중 앞의 광증폭수단에서 나오는 광선이 뒤의 광증폭수단에 포함된 편광 광분할기에 입사하도록 상기 광증폭수단들이 체인형으로 배치된 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 SBS-PCM의 전단에 배치하며 SBS-PCM으로 입사되는 메인펄스의 앞단이 잘리는 것을 방지하는 프리펄서를 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2편광판은 1/4파장판인 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 진폭분할판은 편광빔스플리터(PBS)인 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 편광빔스플리터는 상기 1/4파장판으로부터 입사되는 광을 P-편광과 S-편광의 레이저광으로 분할하는 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 광증폭기는 광증폭을 위한 광증폭판을 포함하며, 광증폭판의 전후에는 광증폭판의 복굴절을 상쇄시키기 위한 FR을 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭장 치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 광증폭기는 SBS-PCM에 반사파의 위상을 고정시키기 위한 PL을 포함하는 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 광증폭기는 SBS-PCM에 음파발생기를 부착하며 이때 발생된 음파로부터 반사파의 위상을 제어하는 것을 특징으로 하는 광증폭장치.
KR1020040071785A 2004-09-08 2004-09-08 진폭분할방식의 광증폭장치 KR100571176B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040071785A KR100571176B1 (ko) 2004-09-08 2004-09-08 진폭분할방식의 광증폭장치
US11/133,556 US7253945B2 (en) 2004-09-08 2005-05-20 Amplitude dividing type laser amplification apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040071785A KR100571176B1 (ko) 2004-09-08 2004-09-08 진폭분할방식의 광증폭장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060022981A KR20060022981A (ko) 2006-03-13
KR100571176B1 true KR100571176B1 (ko) 2006-04-13

Family

ID=35995904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040071785A KR100571176B1 (ko) 2004-09-08 2004-09-08 진폭분할방식의 광증폭장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7253945B2 (ko)
KR (1) KR100571176B1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100784838B1 (ko) * 2006-03-08 2007-12-14 한국과학기술원 유도브릴루앙 산란 위상공액거울의 위상 안정화장치를 이용한 광증폭장치
US8456736B2 (en) * 2006-12-01 2013-06-04 Cornell University Divided-pulse amplification of short pulses
US9236215B2 (en) * 2009-12-20 2016-01-12 HIL Applied Medical, Ltd. System for fast ions generation and a method thereof
FR2977989B1 (fr) 2011-07-11 2013-10-25 Ecole Polytech Dispositif et procede passif de combinaison coherente d'une pluralite d'amplificateurs optiques
US9048079B2 (en) * 2013-02-01 2015-06-02 The Rockefeller University Method and apparatus for improving ion transmission into a mass spectrometer
US10109976B2 (en) 2014-01-21 2018-10-23 Cornell University Divided pulse lasers
CN105720474B (zh) * 2014-12-05 2019-06-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 对向压缩啁啾脉冲放大激光系统
CN107863684A (zh) * 2017-11-07 2018-03-30 北京华岸科技有限公司 一种激光合成系统及高功率激光实验装置
CN111525376B (zh) * 2020-04-30 2021-11-02 长江师范学院 基于tm01模式光转换的涡旋激光产生方法及涡旋激光器
CN113346336A (zh) * 2021-05-31 2021-09-03 中国航空制造技术研究院 一种自准直共口径激光偏振合成装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4757268A (en) 1985-05-22 1988-07-12 Hughes Aircraft Company Energy scalable laser amplifier
US5379147A (en) 1991-03-11 1995-01-03 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom And Northern Ireland Dye laser amplifiers

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4344042A (en) * 1980-03-03 1982-08-10 Hughes Aircraft Company Self-regenerative laser oscillator-amplifier
IL96186A (en) * 1989-11-20 1994-08-26 Hughes Aircraft Co Master oscillator power amplifier with interference isolated oscillator
KR970005166B1 (ko) * 1993-04-24 1997-04-12 국방과학연구소 유도 브릴루인 산란을 이용한 라만 레이저 발진 방법 및 그 장치
US5689363A (en) * 1995-06-12 1997-11-18 The Regents Of The University Of California Long-pulse-width narrow-bandwidth solid state laser
KR100318520B1 (ko) 1999-01-16 2001-12-22 윤덕용 유도 브릴루앙 산란 위상공액 거울을 이용한 광 차단기 및 이를 적용한 광 증폭계

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4757268A (en) 1985-05-22 1988-07-12 Hughes Aircraft Company Energy scalable laser amplifier
US5379147A (en) 1991-03-11 1995-01-03 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom And Northern Ireland Dye laser amplifiers

Also Published As

Publication number Publication date
US7253945B2 (en) 2007-08-07
US20060050366A1 (en) 2006-03-09
KR20060022981A (ko) 2006-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7253945B2 (en) Amplitude dividing type laser amplification apparatus
US5790574A (en) Low cost, high average power, high brightness solid state laser
US5689363A (en) Long-pulse-width narrow-bandwidth solid state laser
US8035890B2 (en) Phase stabilization device for stimulated brillouin scattering phase conjugate mirrors and light amplification apparatus using the same
CN101099226A (zh) 使用多激光束的高效微机械加工设备和方法
JP6057992B2 (ja) 複数の光学増幅器のコヒーレント結合用受動装置および方法
US20100193481A1 (en) Laser constructed with multiple output couplers to generate multiple output beams
JP2010060751A (ja) テラヘルツ波の発生装置及び発生方法
EP0792530B1 (en) Low cost, high average power, high brightness solid state laser
JP4405684B2 (ja) ブリュアン散乱相共役ミラーを用いた光学アイソレータおよびその光学増幅器系への適用
KR20210118169A (ko) 다단 광학 파라메트릭 모듈 및 모듈을 통합한 피코초 펄스 레이저 소스
WO2006062766A2 (en) Efficient micro-machining apparatus and method employing multiple laser beams
KR970008747A (ko) 고반복, 고에너지 및 고출력 레이저 빔 발생용 고체 레이저
JP4290698B2 (ja) 誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を有する増幅器で位相を自己制御する装置及び方法
US5535049A (en) Phase and birefringence aberration correction
KR100771979B1 (ko) 유도브릴루앙 산란 위상공액거울의 위상 안정화장치
JP2001024264A (ja) 波長変換レーザ装置
JP6843219B1 (ja) レーザ加工用光源及びレーザ加工装置
KR100710439B1 (ko) 전단펄스를 이용한 유도브릴루앙 산란파의 파형보존장치 및방법
EP4220871B1 (en) Device and method for amplifying a laser pulse
JP2002164595A (ja) 多波長パルスレーザ装置
JP3320021B2 (ja) レーザ増幅装置
KR20230161815A (ko) 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치
JP2002158387A (ja) レーザ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110414

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee