KR101016176B1 - Apparatus for generating multiband mid-infrared laser - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 중적외선 레이저 발생 장치에 관한 것으로, 특히 지향성 적외선 방해 장비에 사용되는 중적외선 레이저를 발생시키는 다중 대역 중적외선 레이저 발생 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a mid-infrared laser generating apparatus, and more particularly to a multi-band mid-infrared laser generating apparatus for generating a mid-infrared laser used in directional infrared interference equipment.
유도 미사일 성능의 발전은 전차, 수송기, 헬기 및 전함 등의 군사 장비에 큰 위협이 되고 있다. 이 중 가장 일반적으로 사용되는 유도 미사일은 공격 목표물에서 발생하는 열 에너지를 이용하는 적외선 유도 미사일이다. 현재 단픽셀 적외선 검출기를 이용하여 목표물에서 발생하는 열에너지를 추적하는 적외선 유도 미사일이 가장 널리 보급되어 있다. Advances in guided missile performance pose a major threat to military equipment such as tanks, transport aircraft, helicopters and warships. The most commonly used guided missile is an infrared guided missile that uses the thermal energy generated by an attack target. Currently, infrared-guided missiles that use a single-pixel infrared detector to track the thermal energy generated by a target are most widely used.
한편, 이러한 적외선 유도 미사일 공격에 대해 자국의 군사 장비 및 인명을 보호하기 위한 적외선 대응책(InfraRed CounterMeasure; IRCM)의 개발이 활발히 이루어지고 있다. IRCM 방식은 크게 플레어(flare) 방식과 재머(jammer) 방식으로 나눌 수 있으며, 재머 방식은 다시 전방향(onmi-directional) 재머 방식과 지향성(directed) 재머 방식으로 나눌 수 있다. Meanwhile, an infrared countermeasure (IRCM) has been actively developed to protect the military equipment and people of their home against such infrared-guided missile attacks. The IRCM method can be roughly divided into a flare method and a jammer method, and the jammer method can be further divided into an onmi-directional jammer method and a directed jammer method.
전방향 재머 방식은 적외선 유도 미사일 공격에 대비한 예방 차원에서 재밍원을 전방향으로 발사시키는 방식이고, 지향성 재머 방식은 공격해 오는 적외선 유도 미사일을 향해 재밍원을 발사시키는 방식이다. 발사된 재밍원은 적외선 유도 미사일에 장착된 적외선 검출기가 목표물의 위치를 감지하는 것을 방해한다.The omni-directional jammer method is a method in which a jamming source is fired in an omni-directional direction in preparation for an infrared-guided missile attack, and the directional jammer method is a method in which a jamming source is fired toward an attacking infrared-guided missile. The launched jamming source prevents the infrared detector mounted on the infrared guided missile from detecting the position of the target.
상기한 방식 중 지향성 재머 방식을 이용하는 것을 지향성 적외선 대응책(Directed IRCM; DIRCM) 이라고 하며, 이는 기존의 플레어 방식이나 전방향 재머 방식에 비해 재밍 효율이 높은 장점을 갖는다. The use of the directional jammer method among the above methods is referred to as a directional infrared countermeasure (Directed IRCM; DIRCM), which has an advantage of higher jamming efficiency than the existing flare method or omnidirectional jammer method.
한편, 적외선 유도 미사일의 유도 및 추적을 방해하기 위한 재밍원으로는 일반적으로 해당 미사일의 검출기가 사용하는 파장 대역에 상응하는 중적외선(mid-infrared) 영역(2~5μm)이 이용된다. 이하, 상기와 같은 재밍원을 생성하기 위한, 종래 이용되는 중적외선 레이저 발생 장치를 도 1을 참조하여 설명한다. Meanwhile, a mid-infrared region (2-5 μm) corresponding to a wavelength band used by the detector of the missile is generally used as a jamming source for interfering with the guidance and tracking of the infrared guided missile. Hereinafter, a conventional mid-infrared laser generator for generating such jamming sources will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 종래 이용되는 중적외선 레이저 발생 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 이용되는 중적외선 레이저 발생 장치(100)는, 레이저 발진부(110) 및 파장 변환부(120)를 포함한다. 1 is a view schematically showing a conventional mid-infrared laser generator. Referring to FIG. 1, the conventional
레이저 발진부(110)에서는 펌핑(pumping) 광원을 이용하여 레이저를 발진시키는데, 레이저를 발진시키는 방법에는, ⅰ) 펌핑 광원을 엔디야그(Nd:YAG(Neodymium-doped yttrium aluminum gamet(Nd:Y3AL5O12))) 등의 레이저 결정(또는 이득 매체)에 집광(focus)시킨 후 공진기(cavity) 내에서 다이오드 펌프 고체 레이저(Diode-Pumped Solid-State Laser; DPSS Laser)를 발진시키는 방법 및 ⅱ) 펌핑 광원을 이터븀(ytterbium; Yb) 도핑된 액티브 광 섬유(active optical fiber)에 입력시켜 공진기 내에서 벌크 타입(bulk-type)의 광 섬유 레이저(fiber laser)를 발진시키는 방법 등이 있다. The
파장 변환부(120)에서는 레이저 발진부(110)로부터 입력된 레이저를 원하는 파장으로 변환하여 출력(130)한다. 일반적으로 파장 변환에는 비선형 광학 결정(nonlinear crystal)을 이용하는 광 매개 발진기(Optical Parametric Oscillator; OPO)가 주로 이용되는데, 이는 중적외선 영역으로의 파장 변환 효율이 높고 파장 가변이 용이하기 때문이다.
The
도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 중적외선 레이저 발생 장치에서 발사되는 중적외선 레이저가 지향성 방해 장비의 재밍원으로 사용되기 위해서는, 상기 중적외선 레이저 발생 장치가 ⅰ) 적외선 유도 미사일이 사용하는 검출기의 파장 대역에 대응하는 중적외선 대역(2~5μm), 즉 Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ에 해당하는 다중 대역의 파장을 동시에 발진할 수 있어야 하고, ⅱ) 레이저의 출력은 지향성 적외선 방해 장비의 운용 중에 안정적이어야 한다. In order for the mid-infrared laser emitted from the mid-infrared laser generator as described with reference to FIG. 1 to be used as a jamming source for directional interference equipment, the mid-infrared laser generator is ⅰ) the wavelength band of the detector used by the infrared-guided missile. Corresponding to the mid-infrared band corresponding to (2~5μm), i.e., the wavelengths of multiple bands corresponding to Band I, II and IV should be able to oscillate at the same time, and ii) The output of the laser should be stable during the operation of directional infrared interference equipment. .
하지만, 종래의 중적외선 레이저 발생 장치는 하나의 광 매개 발진기를 이용하여 특정 파장만을 선택적으로 통과시킴으로써 단일 파장의 레이저를 발진시킨다. 따라서, 이러한 종래의 방식은 지향성 적외선 방해 장비에서 요구되는 다중 대역 파장, 즉 Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ에 해당하는 다중 대역 파장의 동시 발진 요구 사항을 만족시키지 못한다. However, the conventional mid-infrared laser generating apparatus oscillates a single wavelength laser by selectively passing only a specific wavelength using one light-mediated oscillator. Therefore, this conventional method does not satisfy the requirements for simultaneous oscillation of multi-band wavelengths required for directional infrared interference equipment, that is, multi-band wavelengths corresponding to Bands I, II, and IV.
또한, 상기에서 살펴본 바와 같은 DPSS 레이저 발생 장치와 광 섬유 레이저 발생 장치는 광 경로 설정을 위한 많은 광 부품들을 사용하고 있어, 외부 진동 및 충격이 레이저 발진부(110)에 전달되는 경우 광 축 정렬에 영향을 주게 되고, 결과적으로 레이저 출력의 불안정성을 초래한다.
In addition, as described above, the DPSS laser generator and the optical fiber laser generator use many optical components for optical path setting, and thus, when external vibration and shock are transmitted to the
따라서, 본 발명은 외부 충격에 대한 구조적 안정성을 확보하여 레이저 출력의 안정성을 향상시키는 방안을 제공한다. Accordingly, the present invention provides a method of improving the stability of the laser output by securing structural stability against external impact.
또한, 본 발명은 다중 대역의 레이저를 동시에 발진시키는 방안을 제공한다. In addition, the present invention provides a method of simultaneously oscillating a multi-band laser.
또한, 본 발명은 발진된 다중 대역의 레이저를 효과적으로 결합하여 레이저 방사 방향을 정밀하게 일치시킬 수 있는 방안을 제공한다. In addition, the present invention provides a method to precisely match the laser radiation direction by effectively combining the oscillated multi-band laser.
그 외의 본 발명에서 제공하고자 하는 목적은 하기의 실시 예 및 상세한 설명으로부터 유추 가능하다.
Other objects to be provided in the present invention can be inferred from the following examples and detailed description.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 대역 중적외선 레이저 발생 장치는, 입력되는 펌프 레이저를 세 개의 경로로 분배하는 광 분배기 및 상기 분배된 펌프 레이저를 각각 입력받아 설정된 파장 대역의 중적외선 레이저로 변환하여 출력하는 세 개의 광 매개 발진기를 구비하는 파장 변환부와, 상기 파장 변환부로부터 출력되는 중적외선 레이저들 중 서로 다른 특정 대역에 해당하는 레이저를 각각 반사시키고 나머지 대역에 해당하는 레이저는 투과시키는 세 개의 반사 수단 및 상기 세 개의 반사 수단으로부터 출력되는 레이저들을 결합하여 설정된 발산 각도를 가지도록 출력하는 다중 대역 광 시준기를 구비하는 광 결합부를 포함하되, 상기 세 개의 광 매개 발진기는, 주기적으로 분극 반전된 리튬 니오베이트(Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN), 주기적으로 분극 반전된 마그네슘 첨가된 리튬-니오베이트(Periodically Poled MgO-doped Lithium Niobate, PPMgOLN), 주기적으로 분극 반전된 화학량론적 리튬-니오베이트(Periodically Poled Stoichiometric Lithium Niobate, PPsLN), 주기적으로 분극 반전된 리튬-탄탈레이트(Periodically Poled Lithium Tantalate, PPLT), 주기적으로 분극 반전된 마그네슘 첨가된 리튬-탄탈레이트(Periodically Poled MgO-doped Lithium Tantalate, PPMgOLT), 주기적으로 분극 반전된 화학량론적 리튬-탄탈레이트(Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate, PPsLT) 및 주기적으로 분극 반전된 포타슘-타이타닐-포스페이트(Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate, PPKTP) 중 어느 하나의 의사 위상 정합(Quasi-Phase Matching; QPM) 구조의 강유전체 파장 변환 물질을 이용한다.
The multi-band mid-infrared laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above-described, the optical distributor for distributing the input pump laser into three paths and the distributed pump laser, respectively, of a set wavelength band A wavelength converter having three light-mediated oscillators that converts and outputs to a mid-infrared laser, and reflects lasers corresponding to different specific bands among the mid-infrared lasers output from the wavelength converter, and corresponds to the remaining bands. The laser includes an optical coupling unit having a multi-band optical collimator that outputs to have a set divergence angle by combining three reflecting means for transmitting and lasers output from the three reflecting means, wherein the three light-mediated oscillators include: Periodically polarized inverted lithium niobate (Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN), Periodically polarized inverted magnesium added lithium-niobate (Periodically Poled MgO-doped Lithium Niobate, PPMgOLN), Periodically polarized inverted stoichiometric lithium- Periodically Poled Stoichiometric Lithium Niobate (PPsLN), Periodically Polarized Lithium Tantalate (PPLT), Periodically Polarized Inverted Magnesium-Added Lithium Tantalate (Periodically Poled MgO-doped Lithium Tantalate) , PPMgOLT), pseudo of either periodically polarized inverted stoichiometric Lithium Tantalate (PPsLT) and periodically polarized inverted Potassium-Titanyl-Phosphate (Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate, PPKTP) Ferroelectric wave with Qasi-Phase Matching (QPM) structure Use intestinal conversion materials.
본 발명에 따른 지향성 적외선 방해 장비에 사용되는 중적외선 레이저를 발생시키는 다중 대역 중적외선 레이저 발생 장치는 외부 충격에 안정적이며 다중 대역의 중적외선 레이저를 동시에 발진시킬 수 있는 이점이 있다. 이로 인해, Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ 대역의 레이저 검출기를 사용하는 다양한 종류의 적외선 유도 미사일에 대응할 수 있는 이점이 있다.
The multi-band mid-infrared laser generating apparatus for generating a mid-infrared laser used in a directional infrared interference device according to the present invention has the advantage of being stable to external shock and capable of simultaneously oscillating a multi-band mid-infrared laser. For this reason, there is an advantage of being able to cope with various types of infrared guided missiles using laser detectors in bands I, II and IV.
도 1은 종래 이용되는 중적외선 레이저 발생 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 중적외선 레이저 발생 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발진부를 좀 더 상세히 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전치 증폭기를 좀 더 상세히 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주 증폭기를 좀 더 상세히 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장 변환부를 좀 더 상세히 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장 변환부를 좀 더 상세히 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사경을 이용한 광 결합기를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중적외선용 광 섬유를 이용한 광 결합기를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 중적외선용 광 섬유를 이용한 광 결합기를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 실시 예들에 따른 중적외선 레이저 발생 장치의 효과를 설명하기 위한 개념도.1 is a view schematically showing a conventional mid-infrared laser generator.
2 is a view schematically showing a mid-infrared laser generating device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing in more detail the laser oscillation unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing in more detail a preamplifier according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing in more detail the main amplifier according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a wavelength converter in more detail according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a wavelength converter in more detail according to another embodiment of the present invention.
8 is a view showing an optical coupler using a reflector according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing an optical coupler using a medium-infrared optical fiber according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing an optical coupler using a medium-infrared optical fiber according to another embodiment of the present invention.
11 is a conceptual diagram for explaining the effect of the mid-infrared laser generating device according to embodiments of the present invention.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
In the following description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 중적외선 레이저 발생 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 2 is a view schematically showing a mid-infrared laser generating device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 중적외선 레이저 발생 장치는(200), 레이저 발진부(210), 파장 변환부(220) 및 광 결합기(230)를 포함한다. 2, the mid-infrared laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention includes a 200, a
레이저 발진부(210)는, 시드 빔을 다 단의 증폭기에서 증폭하는 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier) 구조를 갖는다. 또한, 레이저 발진부(210)는, 모든 광 증폭 과정이 광 섬유 내에서 이루어지는 전체-광 섬유 기반(All-fiber type) 구조를 채택하며, 광 섬유로는 이터븀 첨가(Yb doped) 광 섬유를 사용한다. The
레이저 발진부(210)가 전체-광 섬유 기반 구조를 채택하는 경우 펌프 광의 흡수 및 레이저 방출의 과정이 광 섬유 내부에서 이루어지기 때문에 외부 충격에 강하고, 광학계 정렬이 필요 없으며, 먼지 등의 영향을 받지 않는 이점이 있다. 레이저 발진부(210)로부터 출력된 펌프 레이저는 파장 변환부(220)로 입력된다. When the
파장 변환부(220)는, 다중 대역의 중적외선 레이저를 발진한다. 이를 위해, 파장 변환부(220)는 의사 위상 정합(Quasi-Phase Matching; 이하, QPM이라 함) 구조의 강유전체 파장 변환 물질을 이용한 세 개의 광 매개 발진기를 포함한다. 레이저 발진부(210)로부터 입력된 펌프 레이저는 세 개의 광 매개 발진기로 분배 입력되어 Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ 대역의 중적외선 레이저를 동시에 발진시킨다. The
상기 QPM 구조의 강유전체 파장 변환 물질로는 주기적으로 분극 반전된 리튬 니오베이트(Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN), 주기적으로 분극 반전된 마그네슘 첨가된 리튬-니오베이트(Periodically Poled MgO-doped Lithium Niobate, PPMgOLN), 주기적으로 분극 반전된 화학량론적 리튬-니오베이트(Periodically Poled Stoichiometric Lithium Niobate, PPsLN), 주기적으로 분극 반전된 리튬-탄탈레이트(Periodically Poled Lithium Tantalate, PPLT), 주기적으로 분극 반전된 마그네슘 첨가된 리튬-탄탈레이트(Periodically Poled MgO-doped Lithium Tantalate, PPMgOLT), 주기적으로 분극 반전된 화학량론적 리튬-탄탈레이트(Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate, PPsLT) 및 주기적으로 분극 반전된 포타슘-타이타닐-포스페이트(Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate, PPKTP) 중 어느 하나를 사용할 수 있다. The QPM structure of the ferroelectric wavelength converting material is periodically polarized inverted lithium niobate (Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN), periodically polarized inverted magnesium-added lithium-niobate (Periodically Poled MgO-doped Lithium Niobate, PPMgOLN) , Periodically polarized reversed stoichiometric Lithium-Niobate (PPsLN), Periodically polarized reversed Lithium Tantalate (PPLT), Periodically polarized reversed magnesium-added lithium- Periodically Poled MgO-doped Lithium Tantalate (PPMgOLT), Periodically Polarized Inverted Stoichiometric Lithium Tantalate (PPsLT) and Periodically Polarized Inverted Potassium-Titanyl-Phosphate (Periodically Poled Potassium) Titanyl Phosphate (PPKTP) can be used.
광 결합기(230)는, 파장 변환부(220)에서 출력되는 복수의 중적외선 레이저의 방사 방향을 일치시켜 출력(240)함으로써, Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ 대역의 중적외선 중 어느 하나의 대역에 해당하는 중적외선 검출기를 사용하는 적외선 유도 미사일의 종류에 상관없이 지향성 적외선 방해 장비의 기만 효과를 전달한다.
The
이상에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 중적외선 레이저 발생 장치의 개념에 대하여 간단히 살펴보았다. In the above, the concept of the mid-infrared laser generating device according to an embodiment of the present invention was briefly described.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 중적외선 레이저 발생 장치의 각 구성 요소와 상기 각 구성 요소의 기능에 대하여 관련된 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
Hereinafter, each component of the mid-infrared laser generating apparatus according to an embodiment of the present invention and the function of each component will be described in more detail with reference to the related drawings.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 발진부를 좀 더 상세히 도시한 도면이다. 3 is a view showing in more detail the laser oscillation unit according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 발진부(210)는, 시드 레이저 다이오드(211), 전치 증폭기(212), 주 증폭기(213)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the
시드 레이저 다이오드(211)로는 1064nm 파장 대역을 발진하는 레이저 다이오드를 사용한다. 시드 레이저 다이오드(211)는 전류의 차동 스위칭 방법에 의한 직접 변조 방식으로 구동되어 수~수십 나노 초(nano second) 정도의 펄스 폭 제어가 가능한 것을 이용한다. 시드 레이저 다이오드(211)로는 DFB(Distributed FeedBack) 레이저 다이오드, DBR(Distributed Bragg Reflector) 레이저 다이오드 및 FP(Fabry-Perot) 레이저 다이오드 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 시드 레이저 다이오드(211)에서 출력되는 시드 빔은 전치 증폭기(212)로 입력된다. As the
전치 증폭기(212)는, 단일 모드 광 섬유 증폭기와 단일 모드 이중 클래드 광 섬유 증폭기로 구성되며, 시드 레이저 다이오드(211)로부터 입력되는 저 출력 광 펄스를 고출력으로 증폭한다. The
주 증폭기(213)는, 전치 증폭기(212)로부터 입력된 1차 증폭된 광 펄스를 고출력으로 증폭하여 출력(214)한다.
The
이하에서는, 전치 증폭기와 주 증폭기의 구조를 관련된 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
Hereinafter, the structures of the preamplifier and the main amplifier will be described in more detail with reference to the related drawings.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전치 증폭기를 좀 더 상세히 도시한 도면이다. 4 is a diagram showing in more detail a preamplifier according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전치 증폭기(212)는, 광 고립기(isolator)(2121a), 파장 필터(band pass filter)(2123a), 펌프 레이저 다이오드(2125a), 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing; WDM)기(2126a) 및 광 섬유(2128a)로 구성되는 단일 모드 광 섬유 증폭기와, 광 고립기(2121b), 파장 필터(2123b), 펌프 레이저 다이오드(2125b), 컴바이너(Combiner)(2126b) 및 광 섬유(2128b)로 구성되는 단일 모드 이중 클래드 광 섬유 증폭기를 포함한다. 4, the
광 고립기(2121a, 2121b)는, 역 방향의 증폭된 자발 방출광(Amplified Spontaneous Emission; ASE) 및 반사광을 차단한다. The
파장 필터(2123a, 2123b)는, 중심 파장을 기준으로 파장 필터링을 수행하여 라만 효과(Raman effect)와 같은 비선형 현상에 의한 기생 파장을 제거한다. The wavelength filters 2123a and 2123b perform wavelength filtering based on the central wavelength to remove parasitic wavelengths caused by nonlinear phenomena such as the Raman effect.
펌프 레이저 다이오드(2125a, 2125b)는, 펌핑 광원을 제공한다. 펌프 레이저 다이오드(2125a, 2125b)는 출력 파장이 915nm 또는 975nm 인 것을 사용한다. 펌프 레이저 다이오드(2125a, 2125b)로부터 출력된 광은 이터븀(Yb) 첨가 광 섬유에 흡수되고, 전치 증폭기(212)는 1~1.1㎛ 대역의 수십 nm 이상의 파장 가변성을 가진 펌프 레이저를 방출한다.
파장 분할 다중화기(2126a)와 컴바이너(2126b)는, 펌핑 광과 시드 빔을 결합시킨다. The
광 섬유(2128a, 2128b)는, 광의 경로를 제공한다. The
시드 레이저 다이오드(211)로부터 입력되는 시드 빔의 평균 출력은 1mW 미만이며, 상기 시드 빔이 단일 모드 광 섬유 증폭기와 단일 모드 이중 클래드 광 섬유 증폭기의 2 단으로 구성된 전치 증폭기를 거치며 1차 증폭이 이루어진다. 이때, 1차 증폭된 시드 빔의 출력은 800mW 이상이 된다.
The average power of the seed beam input from the
전치 증폭기에서 증폭된 시드 빔은 주 증폭기로 입력되어 고 출력의 펌프 레이저를 생성하게 되는데, 주 증폭기에 대하여 이하에서 도 5를 참조하여 설명한다.
The seed beam amplified in the preamplifier is input to the main amplifier to generate a high-power pump laser. The main amplifier will be described below with reference to FIG. 5.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 주 증폭기를 좀 더 상세히 도시한 도면이다. 5 is a view showing in more detail the main amplifier according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 주 증폭기(213)는, 광 고립기(2131), 파장 필터(2132), 펌프 스트리버(2133), 광 섬유(2134), 컴바이너(2135), 다 수의 펌프 레이저 다이오드(2136) 및 실리카 엔드 캡(silica end cap)(2137)을 포함한다. 5, the
광 고립기(2131)는, 역 방향의 증폭된 자발 방출광(Amplified Spontaneous Emission; ASE) 및 반사광을 차단한다. The
파장 필터(2132)는, 중심 파장을 중심으로 파장 필터링을 수행하여 라만(Raman)과 같은 비선형 현상에 의한 기생 파장을 제거한다. The
펌프 스트리버(2133)는, 불필요한 파장이 과다하게 펌핑되는 것을 방지한다. The
광 섬유(2134)는, 광의 경로를 제공한다. The
컴바이너(2135)는, 펌핑 광과 1차 증폭된 시드 빔을 결합시킨다. The
펌프 레이저 다이오드(2136)는, 펌핑 광원을 제공한다. 일 실시 예에서는 6개의 펌프 레이저 다이오드(2136)를 이용한다. The
실리카 앤드 캡(2137)은, 높은 첨두 출력 및 출력의 되반사로 인한 장비 손상을 방지하기 위해 출력 면이 비스듬한 구조를 갖는다. 실리카 엔드 캡(2137)을 통하여 출력(214)되는 레이저는 시준기(미도시)를 통해 출력된다. The
상기한 바와 같은 구성을 갖는 주 증폭기(213)는 전치 증폭기(212)에서 1차 증폭된 시드 빔을 평균 출력 30W 이상의 높은 출력을 갖도록 2차 증폭한다.
The
도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 상기의 각각의 증폭기에서 이용되는 광 섬유는 코어의 크기가 서로 다를 수 있다. 코어의 크기가 서로 다른 광 섬유들의 결합시에 그 결합 면에서 광의 손실 및 반사가 발생할 수 있으므로, 이종 광 섬유 사이의 적절한 모드 정합 기술을 통하여 이종 광 섬유 결합에 의한 광 손실 및 반사를 줄이도록 한다. The optical fibers used in each of the amplifiers described above with reference to FIGS. 4 and 5 may have different core sizes. Since the loss and reflection of light may occur at the bonding surface when the optical fibers having different core sizes are combined, it is possible to reduce light loss and reflection due to dissimilar optical fiber bonding through appropriate mode matching technology between the heterogeneous optical fibers. .
또한, 파장 변환부(220)에서의 변환 효율을 높이기 위해 시드 레이저 다이오드(211)의 선형 편광 특성을 유지하도록 모든 구성품들이 편광 유지 광 섬유로 연결된 편광 유지형 광 섬유 증폭기를 구성한다.
In addition, in order to increase conversion efficiency in the
이상에서는, 레이저 발진부(210)의 구조 및 기능에 대하여 살펴보았다. 이하에서는, 레이저 발진부(210)로부터 출력된 광을 입력받아 원하는 파장 대역으로 변환하는 파장 변환부(220)를 관련된 도면을 참조하여 설명한다.
In the above, the structure and function of the
본 발명의 실시 예에서 파장 변환부(220)는 다중 대역의 중적외선 레이저를 발진하기 위하여 QPM 구조의 강유전체 파장 변환 물질을 이용한 세 개의 광 매개 발진기를 포함하며, 펌프 광이 각각의 광 매개 발진기로 분배 입력되어 Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ의 중적외선 레이저 파장을 발진시킨다. In an embodiment of the present invention, the
이 때, 세 개의 광 매개 발진기의 구성에 있어서, ⅰ) 세 개의 광 매개 발진기 모두를 병렬로 구성하는 방법과, ⅱ) 두 개의 광 매개 발진기를 병렬로 구성하고, 이중 어느 하나의 광 매개 발진기로부터 출력되는 레이저를 또 다른 광 매개 발진기로 입력되도록 구성하는 방법을 이용할 수 있다. At this time, in the configuration of the three optically mediated oscillators, iii) a method of configuring all three optically mediated oscillators in parallel, and ii) two optically mediated oscillators are configured in parallel. A method of configuring the output laser to be input to another light-mediated oscillator can be used.
이를 도 6 및 도 7에 도시하였다. 이하에서, 각각의 방법에 대하여 관련된 도면을 참조하여 설명한다.
This is illustrated in FIGS. 6 and 7. Hereinafter, each method will be described with reference to the associated drawings.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장 변환부를 좀 더 상세히 도시한 도면이다. 6 is a view showing a wavelength converter in more detail according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 파장 변환부(220)는 광 분배기(221), 광 매개 발진기(222, 223, 224)를 포함한다. Referring to FIG. 6, the
광 분배기(221)는 레이저 발진부(210)로부터 입력된 2차 증폭된 시드 빔(이하, 펌프 레이저라 함)(214)을 광 분배하여 각각의 광 매개 발진기(222, 223, 224)로 출력한다. The
각각의 광 매개 발진기(222, 223, 224)는 서로 병렬 연결되어 광 분배기(221)로부터 펌프 레이저를 입력받는다. Each of the light-mediated
광 매개 발진기(222)는, 광 분배기(221)로부터 입력된 펌프 레이저를 파장 변환하여 Band Ⅰ의 파장 대역에 해당하는 레이저를 출력(225)한다. The light-mediated
광 매개 발진기(223)는, 광 분배기(221)로부터 입력된 펌프 레이저를 파장 변환하여 Band Ⅳ의 파장 대역에 해당하는 레이저를 출력(226)한다. The light-mediated
광 매개 발진기(224)는, 광 분배기(221)로부터 입력된 펌프 레이저를 파장 변환하여 Band Ⅱ의 파장 대역에 해당하는 레이저를 출력(227)한다. The light-mediated
한편, 전술한 바와 같이, 세 개의 광 매개 발진기를 모두 병렬로 연결하는 대신 두 개의 광 매개 발진기만을 병렬로 연결하고, 이중 어느 하나의 광 매개 발진기로부터 출력되는 레이저를 또 다른 광 매개 발진기로 입력되도록 구성할 수 있는 데, 이를 도 7을 참조하여 설명한다.
On the other hand, as described above, instead of connecting all three optically mediated oscillators in parallel, only two optically mediated oscillators are connected in parallel, and a laser output from any one optically mediated oscillator is input to another optically mediated oscillator. It can be configured, which will be described with reference to FIG. 7.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장 변환부를 좀 더 상세히 도시한 도면이다. 7 is a view showing a wavelength converter in more detail according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파장 변환부(220)는, 광 분배기(221), 광 매개 발진기(222, 223, 224)를 포함한다. Referring to FIG. 7, the
광 분배기(221)는, 레이저 발진부(210)로부터 입력된 펌프 레이저(214)를 광 분배하여 각각의 광 매개 발진기(222, 223)로 출력한다. The
광 매개 발진기(222)와 광 매기 발진기(223)는 서로 병렬로 연결되어 광 분배기(221)로부터 펌프 레이저를 입력받는다. The light-mediated
광 매개 발진기(222)는 입력된 펌프 레이저를 파장 변환하여 Band Ⅳ의 파장 대역에 해당하는 레이저를 생성한다. 광 매개 발진기(222)의 출력 단에는 광 분배기(228)가 더 설치되며, 광 매개 발진기(222)로부터 출력된 레이저 두 개의 경로로 분배된다. The light-mediated
하나의 경로는 Band Ⅳ의 파장 대역에 해당하는 레이저가 제 1 경로로 그대로 출력(226)되는 경로이고, 다른 경로는 상기 레이저가 광 매개 발진기(224)로 입력되는 경로이다. One path is a path in which the laser corresponding to the wavelength band of Band IV is
광 매개 발진기(224)는 광 매개 발진기(222)에서 출력되어 광 분배기(228)를 통해 입력된 레이저를 파장 변환하여 Band Ⅱ의 파장 대역에 해당하는 레이저를 출력(224)한다. The optical-mediated
한편, 광 매개 발진기(223)에서는 입력된 펌프 레이저를 파장 변환하여 Band Ⅰ의 파장 대역에 해당하는 레이저를 출력(225)한다.
Meanwhile, the light-mediated
이상에서는 파장 변환부(220)에 대하여 상세히 살펴보았다. 이하에서는 광 결합기(230)에 대하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다. In the above, the
광 결합기(230)는 파장 변환부(220)에서 출력되는 Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ의 레이저 방사 방향을 일치시키는 역할을 한다. 본 발명의 실시 예에서, 광 결합기(230)는 ⅰ) 유전체로 코팅된 중적외선 영역의 반사경을 이용한 구조나, ⅱ) 중적외선용 광 섬유를 이종 결합시킨 구조를 사용한다. The
이하에서, 광 결합기(230)에 대한 각각의 실시 예를 관련된 도면을 참조하여 설명한다.
Hereinafter, each embodiment of the
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사경을 이용한 광 결합기를 도시한 도면이다. 8 is a view showing an optical coupler using a reflector according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 결합기(230)는, 다 수의 반사 수단(231, 232, 233) 및 다중 대역 광 시준기(234)를 포함한다. 8, the
반사 수단(231)은 파장 변환부(220)로부터 출력된 Band Ⅰ의 중적외선 레이저(225)를 반사시키는 반사경 및 출력 레이저의 방사 방향이 일치하도록 반사경의 각을 조절하는 미세 조절 장치를 포함한다. 이 때, 반사 수단(231)이 구비하는 반사경은 Band Ⅰ의 중적외선 대역에 속하는 레이저(225)를 반사시키고, Band Ⅱ 및 Ⅳ의 중적외선 대역에 속하는 레이저(226, 227)는 투과시키도록 코팅된다. The reflecting means 231 includes a reflector reflecting the
반사 수단(232)은 파장 변환부(220)로부터 출력된 Band Ⅳ의 중적외선 레이저(226)를 반사시키는 반사경 및 출력 레이저의 방사 방향이 일치하도록 반사경의 각을 조절하는 미세 조절 장치를 포함한다. 이때, 반사 수단(232)이 구비하는 반사경은 Band Ⅳ의 중적외선 대역에 속하는 레이저(226)를 반사시키고, Band Ⅱ의 중적외선 대역에 속하는 레이저(227)는 투과시키도록 코팅된다. The reflecting means 232 includes a reflector reflecting the medium-
반사 수단(233)은 파장 변환부(220)로부터 출력된 Band Ⅱ의 중적외선 레이저(227)를 반사시키는 반사경 및 출력 레이저의 방사 방향이 일치하도록 반사경의 각을 조절하는 미세 조절 장치를 포함한다. 이 때, 반사 수단(233)이 구비하는 반사경은 Band Ⅱ의 중적외선 대역에 속하는 레이저(227)를 반사시키도록 코팅된다.The reflecting means 233 includes a reflector for reflecting the band Ⅱ
한편, 전술한 바와 같이 반사경을 이용하는 대신 중적외선용 광 섬유를 이용하여 광 결합기(230)를 구성할 수도 있다. 이를 도 9 및 도 10에 도시하였다. On the other hand, as described above, instead of using a reflector, the
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중적외선용 광 섬유를 이용한 광 결합기를 도시한 도면이다. 9 is a view showing an optical coupler using a medium-infrared optical fiber according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 섬유를 이용한 광 결합기(230)는, 광 집속 시준기(235), 전송용 광 섬유(236), 광 결합 광 섬유(237) 및 다중 대역 광 시준기(234)를 포함한다. Referring to Figure 9, the
광 집속 시준기(235)는, 파장 변환부(220)로부터 출력된 Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ 대역의 중적외선 레이저를 전송용 광 섬유(236)로 집속시킨다. The
전송용 광 섬유(236)는, 광 섬유의 이종 접합 기술에 의하여 한 가닥의 광 결합 광 섬유(237)에 융합 접착된다. The
광 결합 광 섬유(237)에서는 전송용 광 섬유(236)로부터 입력된 Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ 대역의 중적외선 레이저가 전송된다. 광 결합 광 섬유(237)는 다중 대역의 중적외선 레이저의 방사 방향이 일치되도록 일정 길이 이상 되도록 한다. In the optically coupled
다중 대역 광 시준기(234)는 세 파장의 결합된 레이저를 지향성 적외선 방해 장비에서 요구하는 특정 발산 각도를 가지고 방사되도록 한다. The multi-band
도 9 에서는 직경이 같은 세 가닥의 광 섬유를 상기 세 가닥의 광 섬유보다 직경이 큰 한 가닥의 광 섬유에 융합 접착시킨 구조에 대하여 도시하고 설명하였다. In FIG. 9, a structure in which three optical fibers having the same diameter are fused to one optical fiber having a larger diameter than the three optical fibers is illustrated and described.
이와 다르게, 직경이 같은 세 가닥의 중적외선 광 섬유들을 늘려, 일 단의 직경을 작게 만들고 상기 직경이 작아진 광 섬유들의 일단을 원래의 직경과 같은 또 다른 광 섬유에 융합 접착한 구조를 이용할 수 있는데, 이를 도 10에 도시하였다. 도 10에 도시된 각 구성 요소는, 동일한 도면 부호를 갖는, 도 9에 도시된 각 구성 요소와 그 기능이 동일한 바, 상세한 설명은 생략한다.
Alternatively, a structure in which three strands of the same diameter of the infrared rays are stretched to make the diameter of one end smaller and one end of the reduced diameter optical fibers are fused to another optical fiber having the same diameter can be used. There is shown in Figure 10. Each component illustrated in FIG. 10 has the same function as that of each component illustrated in FIG. 9, which has the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted.
상기에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 실시 예들에 따르면 Band Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅳ 대역의 레이저 검출기를 사용하는 적외선 유도 미사일의 종류에 상관 없이 지향성 적외선 방해 장비의 기만 효과를 전달할 수 있다. 이러한 효과를 도 11을 참조하여 설명한다. According to the embodiments of the present invention as described above, irrespective of the type of infrared guided missile using the laser detectors of Band I, II and IV bands, the deception effect of the directional infrared interference device can be transmitted. This effect will be described with reference to FIG. 11.
도 11의 (a)는 각 파장 대역의 레이저 방사 범위가 일치하지 않는 경우를 도시한 것이다. 도 11의 (a)에서, 영역(300)은 Band Ⅰ의 레이저 방사 범위, 영역(301)는 Band Ⅱ의 레이저 방사 범위, 영역(302)은 Band Ⅳ의 레이저 방사 범위라 가정한다. 유도 미사일(330)에는 Band Ⅱ의 레이저만 전달되고 있으며, 유도 미사일(330)의 검출기가 Band Ⅳ 영역을 사용하고 있다면 유도 미사일(330)에 대한 기만 효과를 기대할 수 없다. 11(a) shows a case where the laser emission ranges of the respective wavelength bands do not match. In (a) of FIG. 11, it is assumed that the
반면, 도 11의 (b)는 다중 대역 레이저의 방사 방향이 일치(303)하는 경우로서, 이 때에는 유도 미사일(330)이 사용하는 검출기의 종류에 상관 없이 유도 미사일(330)에 대한 기만 효과를 기대할 수 있다. On the other hand, Figure 11 (b) is a case where the radiation direction of the multi-band laser coincides (303), in this case, regardless of the type of detector used by the guided
본 발명의 실시 예들에 따르면 상기 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 다중 대역 레이저의 방사 영역을 일치시킴으로써 지향성 적외선 방해 장비의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
According to embodiments of the present invention, as shown in (b) of FIG. 11, it is possible to improve the performance of the directional infrared interference device by matching the emission region of the multi-band laser.
한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안 될 것이다. Meanwhile, in the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. In addition, various modifications can be carried out by a person having ordinary knowledge in the course, and these modifications should not be individually understood from the technical idea or prospect of the present invention.
Claims (7)
입력되는 펌프 레이저를 세 개의 경로로 분배하는 광 분배기 및 상기 분배된 펌프 레이저를 각각 입력받아 설정된 파장 대역의 중적외선 레이저로 변환하여 출력하는 세 개의 광 매개 발진기를 구비하는 파장 변환부와,
상기 파장 변환부로부터 출력되는 중적외선 레이저들 중 서로 다른 특정 대역에 해당하는 레이저를 각각 반사시키고 나머지 대역에 해당하는 레이저는 투과시키는 세 개의 반사 수단 및 상기 세 개의 반사 수단으로부터 출력되는 레이저들을 결합하여 설정된 발산 각도를 가지도록 출력하는 다중 대역 광 시준기를 구비하는 광 결합부를 포함하되,
상기 세 개의 광 매개 발진기는, 주기적으로 분극 반전된 리튬 니오베이트(Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN), 주기적으로 분극 반전된 마그네슘 첨가된 리튬-니오베이트(Periodically Poled MgO-doped Lithium Niobate, PPMgOLN), 주기적으로 분극 반전된 화학량론적 리튬-니오베이트(Periodically Poled Stoichiometric Lithium Niobate, PPsLN), 주기적으로 분극 반전된 리튬-탄탈레이트(Periodically Poled Lithium Tantalate, PPLT), 주기적으로 분극 반전된 마그네슘 첨가된 리튬-탄탈레이트(Periodically Poled MgO-doped Lithium Tantalate, PPMgOLT), 주기적으로 분극 반전된 화학량론적 리튬-탄탈레이트(Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate, PPsLT) 및 주기적으로 분극 반전된 포타슘-타이타닐-포스페이트(Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate, PPKTP) 중 어느 하나의 의사 위상 정합(Quasi-Phase Matching; QPM) 구조의 강유전체 파장 변환 물질을 이용하는 다중 대역 중적외선 레이저 발생 장치. In the multi-band mid-infrared laser generating device,
A wavelength converting unit including an optical splitter that distributes the input pump laser into three paths, and three optically mediated oscillators that receive each of the distributed pump lasers and convert and output them to mid-infrared lasers in a set wavelength band,
Of the mid-infrared lasers output from the wavelength converter, the lasers corresponding to different specific bands are respectively reflected, and the lasers corresponding to the other bands are transmitted by combining three reflection means and lasers output from the three reflection means. Including a light coupling unit having a multi-band optical collimator outputting to have a set divergence angle,
The three light-mediated oscillators, Periodically Polarized Lithium Niobate (PPLN), Periodically Polarized Inverted Magnesium Lithium Niobate (Periodically Poled MgO-doped Lithium Niobate, PPMgOLN), Periodic Periodically Poled Stoichiometric Lithium Niobate (PPsLN), Periodically Polarized Lithium Tantalate (PPLT), Periodically Polarized Inverted Magnesium Added Lithium-Tantalate (Periodically Poled MgO-doped Lithium Tantalate, PPMgOLT), Periodically Polarized Stoichiometric Lithium Tantalate (PPsLT) and Periodically Polarized Inverted Potassium-Titanyl-Phosphate (Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate) , PPKTP), a multi-band mid-infrared laser generator using a ferroelectric wavelength converting material of any one of quasi-phase matching (QPM) structures.
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