KR102145444B1 - 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 파장이 다른 다수개의 레이저 모듈, 광섬유 어레이, 전송 거울 및 회절격자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치에 있어서, 파장제어 빔결합기에 적용되는 변수들을 입력받는 변수 입력부, 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출하는 빔 성능 판단 조건 도출부, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 파장 범위 비교부 및 비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 빔 성능 최적 조건 선정부를 포함한다.

Description

파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OPTIMIZING BEAM QUALITY WAVELENGTH CONTROLLED BEAM COMBINER}
본 발명은 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출하고, 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교한 결과를 토대로 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
파장제어 빔결합 장치는 빔성능을 유지하면서 레이저 출력을 증대하는 기술로 레이저 다이오드 출력 증대 및 원거리 전송용 고출력 레이저 개발에 널리 활용되고 있다.
파장제어 빔결합 장치의 핵심구성품은 파장이 서로 다른 레이저, 광섬유 어레이, 전송 거울, 그리고 회절격자이다. 특정 목표 성능을 달성하기 위한 주요 구성품의 사양을 체계적 분석을 통해 정하게 되면 파장제어 빔결합 시스템을 효율적으로 설계할 수 있으며 시스템의 한계 또한 알 수 있게 된다.
그러나, 기존의 파장제어 빔결합 장치 관련 자료는 빔결합 결과인 출력 성능에 치중하고 있을 뿐, 파장제어 빔결합 장치의 주요 변수를 최적화하는 기술을 언급하고 있지 않다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2017-0134175호는 "레이저 빔 발생 장치 및 레이저 빔의 파장 조정 방법"에 관하여 개시하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출하고, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교한 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치는 파장이 다른 다수개의 레이저 모듈, 광섬유 어레이, 전송 거울 및 회절격자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치에 있어서, 파장제어 빔결합기에 적용되는 변수들을 입력받는 변수 입력부; 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출하는 빔 성능 판단 조건 도출부; 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 파장 범위 비교부; 및 비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 빔 성능 최적 조건 선정부;를 포함한다.
또한, 상기 변수 입력부는 중심 파장, 레이저 선폭, 입력 빔 성능, 목표 빔 성능 및 광섬유 어레이 피치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 변수를 입력받는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 빔 성능 판단 조건 도출부는, 입력된 변수와 광섬유 어레이 발산각 및 전송 거울의 초점 거리를 이용하여 계산된 회절격자 입사빔의 크기를 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 계산하는 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 계산부; 및 계산된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 이용하여 광섬유 어레이 최대 허용간격을 도출하고, 도출된 광섬유 어레이 최대 허용간격에 광섬유 어레이 피치를 적용하여 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위를 계산하는 광섬유 어레이 최대 채널 개수 및 파장 범위 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파장 범위 비교부는 도출된 광섬유 어레이의 최대 파장에서 최소 파장을 뺀 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 빔 성능 최적 조건 선정부는, 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위를 벗어난 경우, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하는 최대 채널 개수 조절부; 및 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하는 경우, 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 조절하는 초점 거리 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 비교 결과를 토대로 조절된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 확정하여 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 빔 성능 최적화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법은 파장이 다른 다수개의 레이저 모듈, 광섬유 어레이, 전송 거울 및 회절격자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법에 있어서, 변수 입력부에 의해, 파장제어 빔결합기에 적용되는 변수들을 입력받는 단계; 빔 성능 판단 조건 도출부에 의해, 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출하는 단계;파장 범위 비교부에 의해, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 단계; 및 빔 성능 최적 조건 선정부에 의해, 비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 단계;를 포함한다.
또한, 파장제어 빔결합기에 적용되는 변수들을 입력받는 단계는, 중심 파장, 레이저 선폭, 입력 빔 성능, 목표 빔 성능 및 광섬유 어레이 피치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 변수를 입력받는 것을 특징으로 한다.
또한, 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 도출하는 단계는, 입력된 변수와 광섬유 어레이 발산각 및 전송 거울의 초점 거리를 이용하여 계산된 회절격자 입사빔의 크기를 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 계산하는 단계; 및 계산된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 이용하여 광섬유 어레이 최대 허용간격을 도출하고, 도출된 광섬유 어레이 최대 허용간격에 광섬유 어레이 피치를 적용하여 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위를 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 단계는, 도출된 광섬유 어레이의 최대 파장에서 최소 파장을 뺀 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 것을 특징으로 한다.
또한, 비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 단계는, 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위를 벗어난 경우, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하는 단계; 및 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하는 경우, 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 단계 이후에, 비교 결과를 토대로 조절된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 확정하여 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법은 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 도출하고, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교한 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 함으로써, 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정함으로써, 파장제어 빔결합기의 주요 구성품 사양을 체계적으로 구성할 수 있고, 파장제어 빔결합기의 한계 성능을 확인할 수 있는 효과가 있다.
보다 자세하게, 본 발명은 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위를 벗어난 경우, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 함으로써, 빔 성능을 목표 성능에 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하는 경우, 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 조절함으로써, 광섬유 어레이의 채널 개수가 증대되고 파장 범위는 넓어져 빔 성능이 목표 성능보다 좋아지게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치에 채용되는 빔 성능 판단 조건 도출부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치에 채용되는 빔 성능 최적 조건 선정부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법의 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법에서 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법에서 광섬유 어레이 최대 허용 간격을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법을 이용한 빔결합기의 빔 성능을 최적화를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8에서 사용된 예시 분석 결과 데이터를 설명하기 위한 그림이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기는 소형/경량화에 유리한 단일 회절격자를 적용하고 있으며, 보다 자세하게 파장제어 빔결합기는 파장이 다른 복수의 레이저 모듈, 광섬유 어레이, 전송 거울, 그리고 회절격자를 포함하고 있다.
레이저 모듈은 각기 다른 파장을 가지고 있으며 광섬유 어레이에 연결된다. 광섬유 어레이를 빠져 나오는 레이저 빔은 발산하게 되는데 전송 거울의 초점거리만큼 진행 후에 전송 거울에서 반사되어 시준빔 형태가 된다.
전송 거울은 빔성능을 고려해서 비축 포물경 형태로 제작된다. 전송 거울에서 반사된 시준빔은 어레이 위치별로 서로 다른 입사각을 가지고 회절격자에 입사된다.
회절격자는 전송 거울로부터 초점거리만큼 떨어진 곳에 위치하게 된다. 회절격자로 입사하는 레이저 빔의 파장과 입사각은 동일한 회절각으로 회절되어 하나의 빔으로 결합되도록 정밀하게 제어된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기는 레이저의 빔성능 저하를 최소화하면서 결합빔의 출력을 증대시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치(100)는 크게 변수 입력부(110), 빔 성능 판단 조건 도출부(120), 파장 범위 비교부(130), 빔 성능 최적 조건 선정부(140) 및 빔 성능 최적화부(150)를 포함한다.
변수 입력부(110)는 파장제어 빔결합기에 적용되는 변수들을 입력받는다.
변수 입력부(110)는 중심 파장, 레이저 선폭, 입력 빔 성능, 목표 빔 성능 및 광섬유 어레이 피치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 변수를 입력받는다.
빔 성능 판단 조건 도출부(120)는 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출한다.
파장 범위 비교부(130)는 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교한다.
파장 범위 비교부(130)는 도출된 광섬유 어레이의 최대 파장에서 최소 파장을 뺀 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교한다.
빔 성능 최적 조건 선정부(140)는 비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정한다.
빔 성능 최적화부(150)는 비교 결과를 토대로 조절된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 확정하여 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화한다. 이와 같은 결과를 반영하여 파장 범위와 회절격자의 회절 효율을 고려한 결합 효율을 구하고, 이 때 최대 결합 효율을 만족하는 조합이 파장제어 빔결합기의 최적의 조건이 된다.
도 3은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치에 채용되는 빔 성능 판단 조건 도출부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 빔 성능 판단 조건 도출부(120)는 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출한다,
이를 위해, 빔 성능 판단 조건 도출부(120)는 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 계산부(121) 그리고 광섬유 어레이 최대 채널 개수 및 파장 범위 계산부(122)를 포함한다.
격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 계산부(121)는 입력된 변수와 광섬유 어레이 발산각 및 전송 거울의 초점 거리를 이용하여 계산된 회절격자 입사빔의 크기를 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 계산한다.
보다 자세하게, 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 계산부(121)는 하기의 수식 1을 통해 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 계산한다.
[수식 1]
Figure 112019119954418-pat00001
이때, ΔM2는 목표 빔품질을 입력 빔품질로 나눈 값, g는 회절격자 격자밀도, Δλ는 레이저 선폭, ω0는 회절격자 입사빔의 크기, α은 회절격자 입사각도를 나타낸다.
여기서, 광섬유 어레이 발산각과 전송 거울의 초점거리를 이용하면 회절격자 입사빔의 크기를 계산할 수 있기 때문에 주어진 입력값을 적용하면 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 계산할 수 있다.
광섬유 어레이 최대 채널 개수 및 파장 범위 계산부(122)는 계산된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 이용하여 광섬유 어레이 최대 허용간격을 도출하고, 도출된 광섬유 어레이 최대 허용간격에 광섬유 어레이 피치를 적용하여 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위를 계산한다.
보다 자세하게, 광섬유 어레이 최대 채널 개수 및 파장 범위 계산부(122)는 계산된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리로부터 광섬유 어레이 최대 허용간격을 구할 수 있다. 광섬유 어레이 최대 허용 간격은 회절한계 조건을 만족하는 광섬유 최대 간격을 의미한다. 이 허용간격에 어레이 피치를 적용하면 최대 채널 개수를 구할 수 있고 채널 별 파장도 구할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치에 채용되는 빔 성능 최적 조건 선정부의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 빔 성능 최적 조건 선정부(140)는 비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정한다.
이를 위해, 빔 성능 최적 조건 선정부(140)는 최대 채널 개수 조절부(141) 및 초점 거리 조절부(142)를 포함한다.
최대 채널 개수 조절부(141)는 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위를 벗어난 경우, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 한다. 즉, 최대 채널 개수 조절부(141)는 파장범위를 만족하는 최대의 채널수를 구할 수 있게 된다.
초점 거리 조절부(142)는 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하는 경우, 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 조절한다. 즉, 초점 거리 조절부(142)는 파장범위를 만족하는 조건하에서 초점거리를 줄이게 된다. 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 줄이면 파장범위는 넓어지고 빔품질은 목표 성능보다 좋아지게 된다. 파장범위를 만족하는 최소 초점거리가 최적 초점거리가 된다.
도 5는 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법의 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법은 앞서 설명한 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치를 이용하는 것으로, 이하 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 파장제어 빔결합기에 적용되는 변수들을 입력받는다(S100).
S100 단계는 중심 파장, 레이저 선폭, 입력 빔 성능, 목표 빔 성능 및 광섬유 어레이 피치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 변수를 입력받는다.
다음, 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출한다(S200).
S200 단계는 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리는 입력된 변수와 광섬유 어레이 발산각 및 전송 거울의 초점 거리를 이용하여 계산된 회절격자 입사빔의 크기를 토대로 계산된다. 그리고 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위는 계산된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 이용하여 광섬유 어레이 최대 허용간격을 도출하고, 도출된 광섬유 어레이 최대 허용간격에 광섬유 어레이 피치를 적용하여 계산된다.
다음, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교한다(S300).
S300 단계는 도출된 광섬유 어레이의 최대 파장에서 최소 파장을 뺀 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교한다.
S300 단계의 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하는 경우, 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 조절한다(S400).
한편, S300 단계의 비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위를 벗어난 경우, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 한다(S500).
마지막으로, 비교 결과를 토대로 조절된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 확정하여 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화한다(S600). 이와 같은 결과를 반영하여 파장 범위와 회절격자의 회절 효율을 고려한 결합 효율을 구하고, 이 때 최대 결합 효율을 만족하는 조합이 파장제어 빔결합기의 최적의 조건이 된다.
도 6은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법에서 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법에서 광섬유 어레이 최대 허용 간격을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치 및 그 방법을 이용한 빔결합기의 빔 성능을 최적화를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 나타낸다. 앞서 설명한 것처럼 수식 1을 활용하면 회절격자 격자밀도 별 전송 거울 초점거리를 구할 수 있다. 그림은 입력 조건이 중심파장 1.06um, 레이저 선폭 10GHz, 입력 빔 M2 1.2, 그리고 출력 빔 M2 1.8에서의 결과를 나타낸다. 회절격자 격자밀도가 클수록 초점거리는 작아짐을 확인할 수 있다. 초점거리가 작아지면 전송 거울과 회절격자에서 출력밀도가 높아지면서 손상 한계를 고려해야 한다. 초점거리가 커질수록 전송 거울의 비축거리 증가하면서 광축에서 벗어나는 채널에 대해서는 빔품질 저하가 급격히 가속된다.
도 7은 광섬유 어레이 최대 허용 간격을 나타낸다. 고정된 파장범위와 회절격자 격자 밀도를 고려할 때 초점거리가 증가하면 비례해서 허용 간격이 증가하게 된다. 그러나 비축 전송 거울을 고려하면 상황이 달라진다. 초점거리 증가에 따라 빔 크기도 커지고 이에 따른 비축 거리가 증가하면서 광축에서 벗어나는 광섬유 어레이 채널의 빔품질은 급격히 저하된다. 그림은 이를 반영하고 있는데 특정 초점거리 이상에서는 오히려 허용 간격이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 빔결합기의 빔 성능 최적화의 예시 결과를 나타낸다. 도면은 격자 밀도별 초점 거리와 채널 개수를 나타낸다. 초기 계산된 초점거리와 이에 따른 광섬유 어레이 채널 개수와 최적화를 통해 수정된 초점거리와 이에 따른 광섬유 어레이 채널 개수를 나타낸다.
도 9는 도 8에서 사용된 예시 분석 결과 데이터를 나타낸다. 분석에 사용한 조건은 다음과 같다. 중심파장 1.06um, 광섬유 어레이 피치 600um, 입력 빔품질 M2 1.3, 출력 빔품질 M2 2.5, 그리고 선폭은 12GHz이다. 이 분석에서 레이저 발진 파장 범위는 임의로 50nm로 제안하였다. 초기 초점거리에 따른 파장 범위 결과를 보면 격자밀도 960, 1200, 1740에서 파장 범위가 50nm 이하이고 1400, 1500, 1600에서는 50nm 이상이다. 파장 범위를 만족하는 3가지 경우에서 1200, 1740은 초점거리를 줄일 경우 파장범위를 벗어나거나 오히려 채널 개수가 감소해서 초기 조건이 최적 초점거리가 된다. 그러나 격자 밀도 960의 경우 초점거리가 길어져서 최대 채널이 1개이다. 이 경우 초점 거리를 줄이면 채널 개수와 파장 범위가 증가한다. 최적화된 초점 거리는 277mm로 이 때 채널 개수는 26개이고 파장 범위는 48.6nm이다. 파장 범위를 초과하는 3가지의 경우는 채널 개수와 파장범위는 각각 37/56.2nm, 37/56.2nm, 35/53.0nm로 채널 개수를 줄임으로써 파장범위 조건을 만족시켜야 한다. 채널개수 최적화 후의 채널 개수와 파장범위는 각각 33/50.0nm, 33/50.0nm, 33/49.9nm이다. 그림에서 표시한 a가 파장 범위를 만족하는 경우 초점거리를 최적화한 경우이고 b는 파장 범위를 벗어나는 경우 채널 개수를 최적화한 결과이다. 이와 같은 방법으로 목표 성능을 만족하는 주요 구성품 사양을 도출 할 수 있다. 이렇게 얻어진 결과에 회절격자 회절 효율을 적용하면 파장제어 빔결합 시스템의 결합 효율을 구할 수 있다. 이중 가장 높은 효율을 나타내는 구성품 주요 변수가 목표 성능을 달성하는 최적의 조합이 되는 것이다.
이상 본 명세서에서 설명한 기능적 동작과 본 주제에 관한 실시형태들은 본 명세서에서 개시한 구조들 및 그들의 구조적인 등가물을 포함하여 디지털 전자 회로나 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어에서 또는 이들 중 하나 이상이 조합에서 구현 가능하다.
본 명세서에서 기술하는 주제의 실시형태는 하나 이상이 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위하여 또는 그 동작을 제어하기 위하여 유형의 프로그램 매체상에 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상이 모듈로서 구현될 수 있다. 유형의 프로그램 매체는 전파형 신호이거나 컴퓨터로 판독 가능한 매체일 수 있다. 전파형 신호는 컴퓨터에 의한 실행을 위하여 적절한 수신기 장치로 전송하기 위한 정보를 인코딩하기 위하여 생성되는 예컨대 기계가 생성한 전기적, 광학적 또는 전자기 신호와 같은 인공적으로 생성된 신호이다. 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 기계로 판독 가능한 전파형 신호에 영향을 미치는 물질의 조합 또는 이들 중 하나 이상이 조합일 수 있다.
컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트 또는 코드로도 알려져 있음)은 컴파일되거나 해석된 언어나 선험적 또는 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 또는 컴퓨터 환경에서 이용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 파일 장치의 파일에 반드시 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 요청된 프로그램에 제공되는 단일 파일 내에, 또는 다중의 상호 작용하는 파일(예컨대, 하나 이상이 모듈, 하위 프로그램 또는 코드의 일부를 저장하는 파일) 내에, 또는 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장되는 하나 이상이 스크립트) 내에 저장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 위치하거나 복수의 사이트에 걸쳐서 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 접속된 다중 컴퓨터나 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 전개될 수 있다.
부가적으로, 본 특허문헌에서 기술하는 논리 흐름과 구조적인 블록도는 개시된 구조적인 수단의 지원을 받는 대응하는 기능과 단계의 지원을 받는 대응하는 행위 및/또는 특정한 방법을 기술하는 것으로, 대응하는 소프트웨어 구조와 알고리즘과 그 등가물을 설정하는 데에도 사용 가능하다.
본 명세서에서 기술하는 프로세스와 논리 흐름은 수신 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 기능을 수행하기 위하여 하나 이상이 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상이 프로그래머블 프로세서에 의하여 수행 가능하다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는, 예컨대 범용 및 특수 목적의 마이크로프로세서 양자 및 어떤 형태의 디지털 컴퓨터의 어떠한 하나 이상이 프로세서라도 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 또는 양자로부터 명령어와 데이터를 수신할 것이다.
컴퓨터의 핵심적인 요소는 명령어와 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 메모리 장치 및 명령을 수행하기 위한 프로세서이다. 또한, 컴퓨터는 일반적으로 예컨대 자기, 자기 광학 디스크나 광학 디스크와 같은 데이터를 저장하기 위한 하나 이상이 대량 저장 장치로부터 데이터를 수신하거나 그것으로 데이터를 전송하거나 또는 그러한 동작 둘 다를 수행하기 위하여 동작가능 하도록 결합되거나 이를 포함할 것이다. 그러나, 컴퓨터는 그러한 장치를 가질 필요가 없다.
본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 요컨대 본 발명이 의도하는 효과를 달성하기 위해 도면에 도시된 모든 기능 블록을 별도로 포함하거나 도면에 도시된 모든 순서를 도시된 순서 그대로 따라야만 하는 것은 아니며, 그렇지 않더라도 얼마든지 청구항에 기재된 본 발명의 기술적 범위에 속할 수 있음에 주의한다.
100 : 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치
110 : 변수 입력부
120 : 빔 성능 판단 조건 도출부
130 : 파장 범위 비교부
140 : 빔 성능 최적 조건 선정부
150 : 빔 성능 최적화부

Claims (12)

  1. 파장이 다른 다수개의 레이저 모듈, 광섬유 어레이, 전송 거울 및 회절격자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치에 있어서,
    파장제어 빔결합기에 적용되는 변수들을 입력받는 변수 입력부;
    입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출하는 빔 성능 판단 조건 도출부;
    도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 파장 범위 비교부; 및
    비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 빔 성능 최적 조건 선정부;를 포함하며,
    상기 파장 범위 비교부는 도출된 광섬유 어레이의 최대 파장에서 최소 파장을 뺀 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변수 입력부는 중심 파장, 레이저 선폭, 입력 빔 성능, 목표 빔 성능 및 광섬유 어레이 피치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 변수를 입력받는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 빔 성능 판단 조건 도출부는,
    입력된 변수와 광섬유 어레이 발산각 및 전송 거울의 초점 거리를 이용하여 계산된 회절격자 입사빔의 크기를 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 계산하는 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 계산부; 및
    계산된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 이용하여 광섬유 어레이 최대 허용간격을 도출하고, 도출된 광섬유 어레이 최대 허용간격에 광섬유 어레이 피치를 적용하여 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위를 계산하는 광섬유 어레이 최대 채널 개수 및 파장 범위 계산부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빔 성능 최적 조건 선정부는,
    비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위를 벗어난 경우, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하는 최대 채널 개수 조절부; 및
    비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하는 경우, 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 조절하는 초점 거리 조절부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    비교 결과를 토대로 조절된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 확정하여 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 빔 성능 최적화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 장치.
  7. 파장이 다른 다수개의 레이저 모듈, 광섬유 어레이, 전송 거울 및 회절격자 중 적어도 어느 하나를 포함하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법에 있어서,
    변수 입력부에 의해, 파장제어 빔결합기에 적용되는 변수들을 입력받는 단계;
    빔 성능 판단 조건 도출부에 의해, 입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 포함하는 빔 성능 조건을 도출하는 단계;
    파장 범위 비교부에 의해, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 단계; 및
    빔 성능 최적 조건 선정부에 의해, 비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 단계;를 포함하며,
    도출된 광섬유 어레이의 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 단계는, 도출된 광섬유 어레이의 최대 파장에서 최소 파장을 뺀 파장 범위와 기 설정된 기준 파장 범위를 비교하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    파장제어 빔결합기에 적용되는 변수들을 입력받는 단계는,
    중심 파장, 레이저 선폭, 입력 빔 성능, 목표 빔 성능 및 광섬유 어레이 피치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 변수를 입력받는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    입력된 변수들을 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위 중 적어도 어느 하나를 도출하는 단계는,
    입력된 변수와 광섬유 어레이 발산각 및 전송 거울의 초점 거리를 이용하여 계산된 회절격자 입사빔의 크기를 토대로 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 계산하는 단계; 및
    계산된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 이용하여 광섬유 어레이 최대 허용간격을 도출하고, 도출된 광섬유 어레이 최대 허용간격에 광섬유 어레이 피치를 적용하여 광섬유 어레이의 최대 채널 개수 및 광섬유 어레이의 파장 범위를 계산하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 단계는,
    비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위를 벗어난 경우, 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하는 단계; 및
    비교 결과, 도출된 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하는 경우, 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리를 조절하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    비교 결과를 토대로, 도출된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 조절하여 광섬유 어레이의 파장 범위가 기 설정된 기준 파장 범위에 속하도록 하여 빔 성능을 최적화하기 위한 최적 조건을 선정하는 단계 이후에,
    비교 결과를 토대로 조절된 격자밀도 별 전송 거울의 초점거리 또는 광섬유 어레이의 최대 채널 개수를 확정하여 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합기의 빔 성능을 최적화하는 방법.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
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