KR100771979B1 - Apparatus for phase stabilization of the stimulated brillouin scattering phase conjugate mirror - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도브릴루앙 산란 위상공액거울의 위상 안정화장치에 관한 것이다. 본 발명은 복수개의 유도브릴루앙 산란 위상공액거울로부터의 반사빔을 편광시켜 간섭시키기 위한 편광기; 편광기의 간섭결과에 따른 간섭빔을 획득하여 출력하는 검출기; 및 검출기에서 검출된 간섭빔을 이용하여 위상을 제어하기 위한 위상제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 장치는 장기간 동안 안정적으로 위상을 고정시킬 수 있어서, 고반복률, 고출력을 요구하는 산업 및 학문적인 연구 등에 다양하게 이용될 수 있다.The present invention relates to a phase stabilization device of the induced Brillouin scattering phase conjugate mirror. The present invention provides a polarizer for polarizing and interfering reflected beams from a plurality of induced Brillouin scattering phase conjugate mirrors; A detector for obtaining and outputting an interference beam according to the interference result of the polarizer; And a phase controller for controlling the phase by using the interference beam detected by the detector. Therefore, the device of the present invention can be stably fixed phase for a long time, so that it can be used in various industrial and academic studies requiring high repetition rate and high power.
위상안정, 위상제어, 유도브릴루앙 산란 위상공액거울 Phase stability, phase control, induced Brillouin scattering phase conjugate mirror
Description
도 1은 종래 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울을 적용한 파면 분할 방식의 증폭 시스템, 1 is a wavefront splitting amplification system using a conventional induction Brillouin scattering phase conjugate mirror,
도 2는 종래 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울을 적용한 진폭 분할 방식의 증폭 시스템, 2 is an amplitude division amplification system using a conventional induction Brillouin scattering phase conjugate mirror,
도 3은 진폭 분할 방식 및 파면 분할 방식의 비교도, 3 is a comparison diagram of an amplitude division method and a wavefront division method;
도 4는 종래 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울 이용한 초점 겹침 방식에 의한 위상 로킹 방식의 계통도, 4 is a schematic diagram of a phase locking method using a focus overlap method using a conventional induction Brillouin scattering phase conjugate mirror;
도 5는 종래 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울을 이용한 스톡스 파(Stokes wave) 백시딩방식에 의한 위상 로킹 방식의 계통도, 5 is a schematic diagram of a phase locking method using a Stokes wave back seeding method using a conventional induction Brillouin scattering phase conjugate mirror;
도 6은 종래 유도 브릴루앙 산란 및 자기 빔 되먹임을 이용한 레이저 빔들의 위상을 로킹하는 제 1방법의 계통도, 6 is a schematic diagram of a first method of locking the phase of laser beams using conventional guided Brillouin scattering and magnetic beam feedback;
도 7은 종래 유도 브릴루앙 산란 및 자기 빔 되먹임을 이용한 레이저 빔들의 위상을 로킹하는 제 2방법의 계통도, 7 is a schematic diagram of a second method of locking the phase of laser beams using conventional guided Brillouin scattering and magnetic beam feedback;
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울의 안정화 장치를 적용한 증폭 시스템, 8 is an amplification system to which the stabilization device of the induced Brillouin scattering phase conjugate mirror according to an embodiment of the present invention,
제 9도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울의 안정화 장치를 적용한 기본 증폭 시스템. 9 is a basic amplification system applying a stabilization device of the induced Brillouin scattering phase conjugate mirror according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 레이저발생기 20 : BE(beam expander)10: laser generator 20: BE (beam expander)
30, 50, 60 : 제 1 내지 제 3PBS 40 : 파장판30, 50, 60: first to third PBS 40: wave plate
51, 61, 53, 63 : 제 1 내지 제 4FR 52, 62 : 제 1 및 제 2앰프51, 61, 53, and 63: first to
54, 64 : 제 1 및 제 2SBS-PCM 55, 65 : 제1 및 제 2미러54, 64: first and second SBS-PCM 55, 65: first and second mirror
56 : PZT 70 : 편광기56: PZT 70: polarizer
80 : 검출기 90 : 위상제어기80
본 발명은 위상안정화장치에 관한 것으로, 특히 유도브릴루앙산란위상공액거울(stimulated brillouin scattering phase conjugate mirror : 이하 SBS-PCM이라함)을 사용하는 광 증폭계에서 사용하는 위상안정화장치에 관한 것이다. The present invention relates to a phase stabilizer, and more particularly, to a phase stabilizer used in an optical amplification system using a stimulated brillouin scattering phase conjugate mirror (hereinafter referred to as SBS-PCM).
유도 브릴루앙 산란 위상공액거울은 위상공액파를 반사시키므로 레이저 증폭과정에 생겨나는 레이저빔의 왜곡을 보상할 수 있다. 따라서 광선재결합 고출력 레이저에 적용이 매우 용이하다. 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울을 이용한 광선 분할 증폭계의 일예들을 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한다. The induced Brillouin scattering phase-conjugated mirror reflects the phase-conjugated wave to compensate for the distortion of the laser beam generated during the laser amplification process. Therefore, it is very easy to apply to light recombination high power laser. An example of a light splitting amplification system using an induced Brillouin scattering phase conjugate mirror will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은 종래 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울을 적용한 파면 분할 방식의 증폭 시스템이다.1 is a wavefront splitting amplification system using a conventional induction Brillouin scattering phase conjugate mirror.
도 1을 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, 광확대기(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 2 × 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 출 사한다. 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. 1, the
이러한 광 증폭계를 구성하면, 증폭단을 원하는 대로 계속 이어 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. By constructing such an optical amplification system, the amplification stages can be continuously connected as desired to not only increase the output energy without damaging the optical system but also maintain the repetition rate in the same state. That is, when the energy density of the laser light is increased by continuous amplification, damage to the optical system and the laser gain medium is caused unless the energy density is lowered. Therefore, the magnification of the laser light is required but the size of the laser gain medium must also be large. This leads to a lower cooling rate of the laser gain medium and makes it virtually impossible to produce high repetition rate laser light. Therefore, a beam recombination amplifying apparatus as shown in FIG. 1 is used, in which the size of the laser light is increased but the size of the gain medium is maintained.
도 2는 종래 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울을 적용한 진폭 분할 방식의 증폭 시스템이다. 2 is an amplitude division amplification system using a conventional induction Brillouin scattering phase conjugate mirror.
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. 2, the
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. The
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. The laser light having the S-polarized light from the
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 1/4파장판(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 2ㅧ 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.Subsequently, the light magnified by the
전술한, 도 1의 광선 재결합 광증폭장치에 사용된 광분할기는 파면분할 방식이다. 이를 도 3a에 도시한다.The light splitter used in the light beam recombination optical amplifier of FIG. 1 described above is a wavefront splitting method. This is shown in Figure 3a.
도 3a를 보면, 파면분할 방식의 광분할기는 입사되는 광(a)을 두개의 출사광(b)으로 분할한다. 즉, 파면분할 방식은 레이저 광을 두개의 크기가 작은 레이저광으로 분할한다. Referring to FIG. 3A, the wave splitting type splitter divides incident light a into two exiting lights b. That is, the wavefront splitting method divides the laser light into two smaller laser beams.
한편, 광분할기에는 이러한 파면분할 방식 이외에 도 2에서 사용된 진폭분할 방식이 있다. 이는 도 3b에 도시한다. On the other hand, there is an amplitude division method used in FIG. 2 in addition to such a wavefront division method. This is shown in Figure 3b.
도 3b를 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 입사광의 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 된다.Referring to FIG. 3B, the amplitude splitter splits the incident light a into two output light b, one of which is transmitted and the other of which is reflected. That is, in the amplitude division method, energy is divided into two lights without changing the size of the laser light. The wavefront splitting method applied to the conventional optical amplifier compared to the amplitude splitting method has a difficulty in processing the cross section of the gain medium of the amplifier into the laser beam type because the type of laser light cannot be the same as that of the main resonator. This is because the efficiency of amplification decreases when the cross section of the gain medium is different from the shape of the incident light. In addition, the high frequency spatial frequency is included in the spatial distribution of the laser light, so that the phase conjugation phenomenon is broken upon reflection by the SBS-PCM. When recombination of light beams after amplification, intensity spikes occur when phases of light are different from each other where light and light meet each other, thereby deteriorating spatial distribution of light.
그런데 유도 브릴루앙 산란은 일반적으로 랜덤(random)노이즈로부터 발생하므로 반사된 빔은 랜덤 위상(random phase)을 갖게 된다. 따라서 재결합된 레이저빔은 공간적으로 위상이 다른 분포를 가지게 되어 제 1도(파면 분할)의 경우 경계에서 스파이크가 발생하고, 제 2도(진폭 분할)의 경우 에너지 손실이 발생한다. 따라서 광선재결합 레이저 시스템에 SBS-PCM을 적용하기 위해서는 반사빔 각각의 위상을 고정시키고 위상 차이를 제로로 만들어야 한다. However, since induced Brillouin scattering generally occurs from random noise, the reflected beam has a random phase. Therefore, the recombined laser beam has a spatially different phase distribution, so that spikes occur at the boundary of the first degree (wavelength division) and energy loss of the second degree (amplitude division). Therefore, in order to apply the SBS-PCM to the beam recombination laser system, it is necessary to fix the phase of each reflected beam and make the phase difference zero.
SBS-PCM 반사빔의 위상을 제어하기 위한 기존 방법들은 다음과 같다. Conventional methods for controlling the phase of the SBS-PCM reflected beam are as follows.
도 4는 종래 SBS-PCM을 이용한 초점 겹침 방식에 의한 위상 로킹 방식의 계통도이다. 4 is a schematic diagram of a phase locking method using a focus overlap method using a conventional SBS-PCM.
도 4를 보면, 이 방식은 하나의 SBS-PCM의 산란 매질에 여러 빔을 집중시키되 초점을 겹치게 하는 방법이다. 즉, 진행하는 빔을 집광을 위한 렌즈를 통과하도록 함으로써 여러개의 빔이 겹치면서 SBS-PCM에 초점을 맺히는 것이다. Referring to FIG. 4, this method focuses several beams on the scattering medium of one SBS-PCM, but overlaps the focal points. That is, by passing the beam passing through the lens for condensing, the multiple beams overlap and focus on the SBS-PCM.
도 5는 종래 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울을 이용한 스톡스파(Stokes wave) 백시딩방식에 의한 위상 로킹 방식의 계통도이다. 5 is a schematic diagram of a phase locking method using a Stokes wave back seeding method using a conventional induction Brillouin scattering phase conjugate mirror.
도 5를 보면, 여기서 스톡스파는 유도 브릴루앙 산란에 의하여 반사되는 반사파와 같은 주파수를 갖는 레이저 빔을 말한다. 이 방식은 백시딩 레이저 빔이 초점을 통과하도록 하여 백시딩 레이저 빔을 증폭 시키는 방식이다. 즉, 시딩빔을 입사하여 광소자를 통과하는 광경로를 거치면서 SBS-PCM으로 입사후 반사되어 백시딩 레이저빔을 생성하여 증폭된다. Referring to FIG. 5, the Stokes wave refers to a laser beam having the same frequency as the reflected wave reflected by the induced Brillouin scattering. This method amplifies the back seeding laser beam by allowing the back seeding laser beam to pass through the focal point. In other words, the incident light is incident on the SBS-PCM while passing through the optical path through the optical device to generate a back seeding laser beam and is amplified.
도 6은 종래 유도 브릴루앙 산란 및 자기 빔 되먹임을 이용한 레이저 빔들의 위상을 로킹하는 제 1방법의 계통도이며, 도 7은 종래 유도 브릴루앙 산란 및 자기 빔 되먹임을 이용한 레이저 빔들의 위상을 로킹하는 제 2방법의 계통도이다. 즉, 도 6과 도 7은 입사하는 레이저빔을 SBS-PCM을 투과하여 오목거울과 PZT를 이용하여 유도 브릴루앙 산란 매질에 레이저 빔을 되먹임하여 음향노이즈를 제어하는 자기위상제어방식의 계통도이다. 특히 자기위상제어방식은 빔의 개수에 무관하게 스톡스빔의 위상을 제어할 수 있는 장점을 가지고 있다. FIG. 6 is a schematic diagram of a first method of locking phases of laser beams using conventional guided Brillouin scattering and magnetic beam feedback, and FIG. 7 is a diagram of locking phases of laser beams using conventional guided Brillouin scattering and magnetic beam feedback. Schematic diagram of two methods. 6 and 7 are schematic diagrams of a magnetic phase control method for controlling acoustic noise by feeding back a laser beam to an induced Brillouin scattering medium using a concave mirror and PZT by transmitting an incident laser beam through SBS-PCM. In particular, the magnetic phase control method has an advantage of controlling the phase of the Stokes beam regardless of the number of beams.
그런데, 광선재결합 레이저 시스템에서는 유도 브릴루앙 산란 자체의 랜덤위상 뿐만 아니라 광로상의 매질들의 열효과에 의한 밀도의 변화나 대류에 의한 밀도의 불균질성, 광학소자들의 진동 및 열팽창에 의한 광로정의 변화 등에 따른 단시간적 및 장기간의 위상 요동도 문제가 된다. 그러나 기존의 위상로킹(phase locking)방식은 스톡스파의 위상을 제어할 때 이러한 문제를 고려하지 않았기 때문에 위상을 효과적으로 제어할 수 없다. However, in the light recombination laser system, not only the random phase of the induced Brillouin scattering itself but also the change of density due to the thermal effect of the media on the optical path, the heterogeneity of the density due to the convection, and the optical path change due to the vibration and thermal expansion of the optical elements. Temporal and long term phase fluctuations are also a problem. However, the conventional phase locking method cannot control the phase effectively because this problem is not taken into consideration when controlling the phase of the stock spa.
따라서 SBS-PCM의 반사빔의 위상을 완벽히 고정하기 위해서는 기존의 위상 제어 방식뿐만 아니라 새로운 위상 안정화 방식이 추가적으로 요구된다. Therefore, to completely fix the phase of the reflected beam of the SBS-PCM, a new phase stabilization method as well as the existing phase control method is additionally required.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 피드백(feedback) 회로를 이용한 위상안정화 방식을 적용함으로써 완벽한 위상제어를 가능하게 하여, 고 반복률, 고출력 레이저 시스템의 제작이 가능하도록 하는 안정화장치를 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a stabilization apparatus that enables perfect phase control by applying a phase stabilization method using a feedback circuit to solve the above-described problems, thereby enabling the fabrication of a high repetition rate and high power laser system. In providing.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복수개의 유도브릴루앙 산란 위상공액거울의 위상 안정화장치에 있어서, 복수개의 유도브릴루앙 산란 위상공액거울로부터의 반사빔을 편광시켜 간섭시키기 위한 편광기; 편광기의 간섭결과에 따른 간섭빔을 획득하여 출력하는 검출기; 및 검출기에서 검출된 간섭빔을 이용하여 위상을 제어하기 위한 위상제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다. A phase stabilization apparatus of a plurality of induced Brillouin scattering phase conjugate mirrors according to the present invention for achieving the above object, comprising: a polarizer for polarizing and interfering reflected beams from a plurality of induced Brillouin scattering phase conjugate mirrors; A detector for obtaining and outputting an interference beam according to the interference result of the polarizer; And a phase controller for controlling the phase by using the interference beam detected by the detector.
또한, 본 발명에 따른 위상제어기는 유도브릴루앙 산란 위상공액거울 후방의 특정 광소자(미러)의 위치를 제어하거나, 유도브릴루앙 산란 위상공액거울까지의 광경로상에 특정 광소자(유리판)의 경사각을 제어하여 광로정을 조절하는 것을 특징으로 한다.In addition, the phase controller according to the present invention controls the position of a specific optical element (mirror) behind the induction Brillouin scattering phase conjugate mirror, or on the optical path to the induction Brillouin scattering phase conjugate mirror. The optical path is adjusted by controlling the inclination angle.
이하, 첨부한 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세 히 기술하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울의 안정화 장치를 적용한 증폭 시스템이다. 8 is an amplification system to which the stabilization device of the induced Brillouin scattering phase conjugate mirror according to an embodiment of the present invention is applied.
도 8을 참고하면, 본 시스템에서는 진폭 분할 방식을 적용하여 빔을 분리하였고, 편광기(70), 검출기(80), 위상제어기(90)를 포함하는 위상제어블록을 이용하여 반사빔을 피드백시켜 PZT(56)를 제어함으로써 초점의 위치를 조절한다. Referring to FIG. 8, in the present system, beams are separated by applying an amplitude division scheme, and a PZT is fed back by using a phase control block including a
도 8의 장치는 레이저광을 발생하는 레이저발진기(10)와 레이저광의 크기를 확대하는 BE(20)와 확대된 광을 반사하기 위한 제 1PBS(30)를 포함한다. 또한, 제 1PBS(30)로부터 반사된 광을 증폭하기 위한 증폭블록으로는 제 2 및 제 3PBS(50, 60), 제 1 내지 제 4FR(51, 61, 53, 64), 제 1및 제 2앰프(52, 62), 제 1 및 제 2SBS-PCM(54, 64), 제 1 및 제 2미러(55, 65), 및 PZT(56)을 포함한다. 또한, 증폭된 광의 위상을 제어하기 위한 위상제어블록으로는 편광기(70)와 검출기(80), 및 제 1미러(55)의 위치를 제어하여 위상을 제어하는 위상제어기(90)를 포함한다. The apparatus of FIG. 8 includes a
도 8에서, 두 개의 광경로 증폭블록으로 구성되어 있으며 하나의 증폭블록은 참조부호 50부터 56이며, 나머지 증폭블록은 참조부호 60부터 65이다. 이때 빔은 제 1PBS(30)로 진폭 분할된 후 재결합 된다. S-편광을 갖는 레이저발진기(10)의 빔은 빔 확대기(BE1)에 의하여 확대 된 후 제 1PBS(30)에 의하여 반사 된다. 이 후 레이저 빔이 파장판(Quarter Wave Plate; 40)을 투과하면서 원편광이 되고 제 2PBS(50)에 의하여 일부(P-편광)는 투과하고 일부(S-편광)는 반사된다. 제 2PBS(50)에서 투과된 P-편광을 갖는 레이저 빔은 제 1FR(51), 제1앰프(52), 제 2FR(53), 제 1SBS-PCM(54),제 1미러(55), 및 PZT(56)를 거쳐 다시 제 1FR(51)로 되돌아오는 광로정을 거쳐 증폭이 되고 되돌아온 광의 편광은 입사되기 전과 같은 P-편광을 갖게 된다. 제 2PBS(50)에서 반사된 S-편광을 가진 레이저 빔은 제 3PBS(60)에서 반사되어 제 3FR(61), 제2앰프(62), 제 4FR(63), 제 2SBS-PCM(64), 및 제 2미러(65)를 거쳐 다시 제 3FR(61)로 되돌아온다. 되돌아온 반사광은 제 3PBS(60)에서 반사되며 이때의 편광은 입사되기 전과 같은 S-편광을 갖게 된다. In FIG. 8, two optical path amplification blocks are formed, one amplification block is 50 to 56, and the other amplification block is 60 to 65. At this time, the beam is amplitude-divided into the
이때, 앞서 증폭된 P-편광을 가진 레이저빔은 다시 제 2PBS(50)를 투과하게 되고 S-편광을 가진 레이저빔은 다시 제 2PBS(50)에 의하여 반사되어 파장판(40)앞에서 재결합된다. 재결합된 두 빔의 위상이 일치하는 경우, 재결합 빔은 분할되기 전과 같은 원편광을 갖게 되므로 파장판(40)을 투과하여 P 편광을 갖는 레이저 빔이 된다. 따라서 재결합된 레이저 빔은 제 1PBS(30)에 의하여 투과하게 되며 빔 확대기에 의하여 크기가 확대된 후 다음의 증폭단에 입사된다. At this time, the laser beam with P-polarized light previously amplified again passes through the
이때 각각의 SBS-PCM(54, 64)에서 반사되는 반사파의 위상을 고정시키는 위상락커(Phase locker)로써 자체 위상 제어 방식을 사용하기는 하나, 위상요동까지 제거하기 위해서 별도의 위상제어블럭인 피드백부분을 추가한다. 여기서 위상제어블럭은 제 2PBS(50)의 위쪽 방향으로 일부의 빔이 빠져나오기 때문에 이러한 반사빔(점선표시됨)을 편광기(70)에 통과시켜 간섭시킨다. 여기서, 반사빔은 제 1 및 제 2SBS-PCM(54, 64)으로부터 반사된 두 개의 반사빔이다. 편광기(70)는 이러한 두 개의 반사빔을 편광시켜 간섭빔을 획득한다. 따라서 검출기(80)는 편광기(70)에서 편광에 의해 얻어진 간섭빔을 획득하여 위상제어기(90)로 출력한다. 위상제 어기(90)는 이러한 간섭빔을 이용해 제 1미러(55)의 위치를 제어하여 위상을 제어한다. 즉, 간섭빔의 에너지를 일정하게 만들기 위해서 PZT(56)가 부착된 제 1미러(55)의 위치를 조절함으로써 광로정(optical path length)을 조절한다. At this time, although it uses its own phase control method as a phase locker to fix the phase of the reflected wave reflected from each SBS-PCM (54, 64), it is a separate phase control block feedback to remove phase fluctuation. Add part Here, the phase control block passes some of the reflected beams (dotted lines) through the
제 9도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도 브릴루앙 산란 위상공액거울의 안정화 장치를 적용한 기본 증폭 시스템이다. 9 is a basic amplification system to which a stabilization device of an induced Brillouin scattering phase conjugate mirror according to another embodiment of the present invention is applied.
제 9도는 위상제어블록을 이용하여 유리판(57)의 경사각을 조절함으로써 광로정을 조절한다. 도 9는 도 8과 동일 참조부호에 대해서는 동일하게 동작하며 위상제어블록을 이용하여 광로정을 조절함으로써 제 1 및 제 2SBS-PCM(54, 64)으로부터의 반사빔의 위상 요동을 보상하는 장치이다. 도 8과 다른 것은 제 1SBS-PCM(54)의 뒤에 있는 미러의 위치를 조절하는 대신 광로 상에 있는 유리판(57)의 경사각을 조절함으로써 광로정을 조절한다는 점이다. 이때 유리판(57)의 위치는 제 1SBS-PCM(54)의 전과 후 어디라도 관계없다. FIG. 9 adjusts the optical path correction by adjusting the inclination angle of the
앞서 살펴본 바와 같이 본 발명은 위상제어블록을 이용하여 SBS-PCM의 반사파의 위상 요동을 보상하는 모든 방식을 포함하며 도 8과 도 9는 그 중 한 예라 할 수 있다. As described above, the present invention includes all methods for compensating the phase fluctuation of the reflected wave of the SBS-PCM using the phase control block, and FIG. 8 and FIG. 9 may be one example.
또한, 도 8과 도 9도 모두 위상제어블록을 통해 반사빔을 피드백시킴으로써 광로정을 조절함으로써 매질들의 열효과에 의한 밀도의 변화나 대류에 의한 밀도의 불균질성, 광학소자들의 진동 및 열팽창에 의한 광로정의 변화 등에 따른 단시간적 및 장기간의 위상 요동을 보상하는 방식으로서, 본 발명은 이와 같이 피드백방식을 이용하여 SBS-PCM 반사파의 위상이동(phase drift)을 보상하는 모든 방식을 포함한 다. 따라서 본 발명을 통한 SBS-PCM 빔의 위상 안정화 장치를 광선분할 레이저 증폭기에 적용하면 에너지 증폭의 한계가 없는 고 반복률, 고출력 레이저 시스템의 제작이 가능하다.8 and 9 also adjust the optical path by feeding back the reflected beam through the phase control block, thereby changing the density due to the thermal effect of the media or the heterogeneity of the density due to the convection, and the optical path due to the vibration and thermal expansion of the optical elements. As a method for compensating short-term and long-term phase fluctuations due to a change in definition, the present invention includes all methods for compensating for phase drift of the SBS-PCM reflected wave using the feedback method. Therefore, if the phase stabilization device of the SBS-PCM beam according to the present invention is applied to a beam split laser amplifier, it is possible to manufacture a high repetition rate, high power laser system without a limit of energy amplification.
따라서, 본 발명의 장치는 장기간 동안 안정적으로 위상을 고정시킬 수 있어서, 고반복률, 고출력을 요구하는 산업 및 학문적인 연구 등에 다양하게 이용될 수 있다.Therefore, the device of the present invention can be stably fixed phase for a long time, so that it can be used in various industrial and academic studies requiring high repetition rate and high power.
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