KR102146327B1 - System for measuring characteristics for high power fiber laser - Google Patents

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KR102146327B1
KR102146327B1 KR1020190113446A KR20190113446A KR102146327B1 KR 102146327 B1 KR102146327 B1 KR 102146327B1 KR 1020190113446 A KR1020190113446 A KR 1020190113446A KR 20190113446 A KR20190113446 A KR 20190113446A KR 102146327 B1 KR102146327 B1 KR 102146327B1
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fiber laser
optical fiber
laser beam
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high power
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박민규
이정환
이성헌
김기혁
양환석
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a system for measuring the characteristics for a high power fiber laser. The system comprises: an optical fiber laser light source generating an optical fiber laser beam; a first output measuring device measuring output of the optical fiber laser beam since the optical fiber laser beam is incident; a second output measuring device measuring polarization quenching rate of the optical fiber laser beam since the optical fiber laser beam is incident; and a beam quality measuring device measuring quality of the optical fiber laser beam since the optical fiber laser beam is incident. According to the present invention, the system may monitor a nonlinear phenomenon while simultaneously measuring the laser characteristics of several items.

Description

고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템{SYSTEM FOR MEASURING CHARACTERISTICS FOR HIGH POWER FIBER LASER}Characteristics measurement system for high-power fiber lasers {SYSTEM FOR MEASURING CHARACTERISTICS FOR HIGH POWER FIBER LASER}

본 발명은 고출력 광섬유 레이저에 관한 것으로서, 구체적으로는 고출력 광섬유 레이저의 특성을 측정하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high-power fiber laser, and more particularly, to a system for measuring characteristics of a high-power fiber laser.

고출력 광섬유 레이저의 특성은 출력, 발진효율, 편광소광률, 빔품질, 발진파장, 선폭, 광신호잡음비 등 여러 항목으로 구성되며 개별 항목을 측정하여 전체 레이저 성능을 평가하고 있다.The characteristics of high-power fiber lasers consist of several items such as power, oscillation efficiency, polarization extinction rate, beam quality, oscillation wavelength, line width, and optical signal noise ratio, and the overall laser performance is evaluated by measuring individual items.

즉, 기존 상용 측정 장비를 통한 특성 평가는 각 항목별로 개별 측정 장치가 필요하며 하나의 항목 평가가 끝나고 다른 항목 평가를 위해서는 측정 장치의 장ㅇ탈착 및 새로운 광학계 정렬이 필요하다. 이에 소요되는 시간으로 인해 전체 특성 측정에 소요되는 시간이 매우 길어져 비효율적이다. 또한 비선형 현상으로 인한 레이저 손상방지를 위해서는 특성 측정 중 비선형 현상의 지속적인 모니터링이 요구된다. 비선형 현상은 출력에 따라 그 값이 지수함수로 커지므로 지속적인 모니터링이 없이는 순간적인 출력 조절 실패가 레이저를 파괴할 수 있다.In other words, to evaluate the characteristics of the existing commercial measurement equipment, individual measurement devices are required for each item, and one item evaluation is completed, and for the evaluation of another item, mounting and detachment of the measurement device and alignment of a new optical system are required. Due to the time required for this, the time required to measure the entire characteristic is very long, which is inefficient. In addition, in order to prevent laser damage due to nonlinear phenomena, continuous monitoring of nonlinear phenomena is required during characteristic measurement. Nonlinear phenomena increase exponentially with output, so a momentary failure of power regulation can destroy the laser without continuous monitoring.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background art are provided to help understanding the background of the invention, and may include matters other than the prior art already known to those of ordinary skill in the field to which this technology belongs.

한국공개특허공보 제10-2017-0026451호Korean Patent Application Publication No. 10-2017-0026451 한국공개특허공보 제10-1997-0047965호Korean Patent Application Publication No. 10-1997-0047965 미국공개특허공보 제2011-0085149호US Patent Publication No. 2011-0085149 미국공개특허공보 제2003-0071122호US Patent Publication No. 2003-0071122

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 여러 항목의 레이저 특성을 동시에 측정하면서 비선형 현상 모니터링이 가능한 고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been conceived to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a characteristic measurement system for a high-power fiber laser capable of monitoring a nonlinear phenomenon while simultaneously measuring laser characteristics of several items.

본 발명의 일 관점에 의한 고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템은, 광섬유 레이저 빔을 발생시키는 광섬유 레이저 광원, 상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 출력을 측정하는 제1 출력 측정 장치, 상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 편광소광률을 측정하는 제2 출력 측정 장치 및 상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 품질을 측정하는 빔 품질 측정장치를 포함한다.A characteristic measuring system for a high-power optical fiber laser according to an aspect of the present invention includes an optical fiber laser light source for generating an optical fiber laser beam, a first power measuring device for measuring an output of the optical fiber laser beam by incident of the optical fiber laser beam, and the optical fiber And a second power measuring device configured to measure a polarization extinction factor of the optical fiber laser beam when the laser beam is incident, and a beam quality measuring device configured to measure the quality of the optical fiber laser beam when the optical fiber laser beam is incident.

그리고, 상기 제1 출력 측정 장치 전단에 구비되어 입사되는 빔을 분할시키는 제1 빔 분할기를 더 포함하고, 상기 제1 빔 분할기를 투과하는 빔이 상기 제1 출력 측정 장치로 입사되는 것을 특징으로 한다.In addition, a first beam splitter is provided at a front end of the first output measuring device and configured to split an incident beam, and a beam passing through the first beam splitter is incident on the first output measuring device. .

여기서, 상기 제1 빔 분할기는 96%의 출력을 투과시키고, 상기 제1 출력 측정 장치는 96% 투과도를 보정하여 상기 광섬유 레이저 빔의 출력을 측정하는 것을 특징으로 한다.Here, the first beam splitter transmits 96% of the power, and the first power measuring device measures the output of the optical fiber laser beam by correcting 96% transmittance.

나아가, 상기 제1 빔 분할기에 의해 반사되는 빔을 분할시키는 제2 빔 분할기를 더 포함하고, 상기 제2 빔 분할기에 의해 반사되는 빔이 상기 제2 출력 측정 장치로 입사되는 것을 특징으로 한다.Further, a second beam splitter for splitting a beam reflected by the first beam splitter is further included, and a beam reflected by the second beam splitter is incident on the second output measuring device.

여기서, 상기 제2 빔 분할기는 50:50의 비율로 빔 출력을 분할하는 것을 특징으로 한다.Here, the second beam splitter is characterized in that the beam output is split at a ratio of 50:50.

그리고, 상기 제2 출력 측정 장치 전단에 구비되며, 상기 광섬유 레이저 빔의 선편광 성분만 출력하는 반파장판 및 상기 반파장판을 통과한 상기 광섬유 레이저 빔의 s파와 p파를 분리하는 편광 광속분리기를 더 포함할 수 있다.And, provided in the front end of the second output measuring device, further comprising a half-wave plate for outputting only the linearly polarized light component of the optical fiber laser beam, and a polarization beam splitter for separating s-waves and p-waves of the optical fiber laser beam passing through the half-wave plate can do.

또한, 상기 제2 출력 측정 장치를 통해 측정되지 않는 나머지 빔을 제거하는 빔 덤퍼를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a beam dumper for removing the remaining beams that are not measured through the second output measuring device.

그리고, 상기 제2 빔 분할기를 투과한 빔을 분할시키는 제2 빔 분할기를 더 포함하고, 상기 제3 빔 분할기에 의해 반사되는 빔이 상기 빔 품질 측정장치로 입사되는 것을 특징으로 한다.And, further comprising a second beam splitter for splitting the beam transmitted through the second beam splitter, the beam reflected by the third beam splitter is incident on the beam quality measuring device.

여기서, 상기 제3 빔 분할기는 50:50의 비율로 빔 출력을 분할하는 것을 특징으로 한다.Here, the third beam splitter is characterized in that the beam output is split at a ratio of 50:50.

또한, 상기 제3 빔 분할기를 투과한 빔의 발진파장의 중심값과 선폭을 측정하는 파장측정장치를 더 포함할 수 있다.In addition, a wavelength measuring device for measuring a center value and a line width of an oscillation wavelength of a beam transmitted through the third beam splitter may be further included.

그리고, 상기 제3 빔 분할기를 투과한 빔의 발진하는 파장영역과 발진하지 않는 파장영역 출력값의 비를 통해 상기 광섬유 레이저 빔의 광신호잡음비를 측정하는 광스펙트럼분석기를 더 포함할 수 있다.The optical spectrum analyzer may further include an optical spectrum analyzer for measuring an optical signal noise ratio of the optical fiber laser beam through a ratio of an output value of an oscillating wavelength region and a non-oscillating wavelength region of the beam transmitted through the third beam splitter.

또한, 상기 광섬유 레이저 광원과 연결되는 전원공급장치 및 상기 전원공급장치와 상기 광섬유 레이저 광원 사이에 구비되어 전압 및 전류를 측정하는 클램프 미터를 더 포함할 수 있다.In addition, a power supply connected to the optical fiber laser light source, and a clamp meter provided between the power supply and the optical fiber laser light source to measure voltage and current may be further included.

그리고, 상기 광섬유 레이저 광원에 구비되는 후방산란 측정포트 및 상기 후방산란 측정포트와 광섬유를 통해 연결되어 상기 광섬유 레이저 빔의 후방산란 출력을 측정하는 광검출기를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a backscatter measurement port provided in the optical fiber laser light source and a photodetector connected to the backscatter measurement port through an optical fiber to measure the backscatter output of the optical fiber laser beam.

다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템은, 광섬유 레이저 빔을 발생시키는 광섬유 레이저 광원, 상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 출력을 측정하는 제1 출력 측정 장치, 상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 편광소광률을 측정하는 제2 출력 측정 장치 및 상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 모드 불안정 현상을 확인하기 위한 CCD 카메라를 포함한다.Next, a characteristic measurement system for a high-power fiber laser according to an aspect of the present invention includes a fiber laser light source for generating a fiber laser beam, and a first power measurement device for measuring the output of the fiber laser beam when the fiber laser beam is incident. And a second output measuring device for measuring a polarization extinction factor of the optical fiber laser beam when the optical fiber laser beam is incident, and a CCD camera for confirming a mode instability phenomenon of the optical fiber laser beam when the optical fiber laser beam is incident.

그리고, 상기 CCD 카메라 후단에 구비되며, 상기 광섬유 레이저 빔의 발진파장의 중심값과 선폭을 측정하는 파장측정장치 및 상기 CCD 카메라 후단에 구비되며, 상기 광섬유 레이저 빔의 발진하는 파장영역과 발진하지 않는 파장영역 출력값의 비를 통해 상기 광섬유 레이저 빔의 광신호잡음비를 측정하는 광스펙트럼분석기를 더 포함할 수 있다.In addition, a wavelength measuring device provided at the rear end of the CCD camera, which measures the center value and line width of the oscillation wavelength of the optical fiber laser beam, and a wavelength measuring device provided at the rear end of the CCD camera, does not oscillate with the oscillating wavelength region of the optical fiber laser beam. It may further include an optical spectrum analyzer for measuring the optical signal noise ratio of the optical fiber laser beam through the ratio of the wavelength region output value.

또한, 상기 광섬유 레이저 광원과 연결되는 전원공급장치 및 상기 전원공급장치와 상기 광섬유 레이저 광원 사이에 구비되어 전압 및 전류를 측정하는 클램프 미터를 더 포함할 수 있다.In addition, a power supply connected to the optical fiber laser light source, and a clamp meter provided between the power supply and the optical fiber laser light source to measure voltage and current may be further included.

그리고, 상기 광섬유 레이저 광원에 구비되는 후방산란 측정포트 및 상기 후방산란 측정포트와 광섬유를 통해 연결되어 상기 광섬유 레이저 빔의 후방산란 출력을 측정하는 광검출기를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a backscatter measurement port provided in the optical fiber laser light source and a photodetector connected to the backscatter measurement port through an optical fiber to measure the backscatter output of the optical fiber laser beam.

또한, 상기 제2 출력 측정 장치 전단에 구비되며, 상기 광섬유 레이저 빔의 선편광 성분만 출력하는 반파장판 및 상기 반파장판을 통과한 상기 광섬유 레이저 빔의 s파와 p파를 분리하는 편광 광속분리기를 더 포함할 수 있다.In addition, the second power measuring device further includes a half-wave plate that is provided in front of the device and outputs only the linearly polarized light component of the optical fiber laser beam, and a polarization beam splitter that separates s-waves and p-waves of the optical fiber laser beam passing through the half-wave plate. can do.

본 발명의 고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템에 의하면, 여러 항목의 광섬유 레이저 특성(출력, 발진효율, 편광소광률, 빔품질, 발진파장, 선폭, 광신호잡음비)을 동시에, 그리고 하나의 시스템에 의해 측정할 수 있을 뿐만 아니라 비선형 현상(유도 브릴루앙 산란, 모드 불안정)을 특성 측정과 동시에 모니터링 하여 측정 시간 절감 및 레이저의 손상 방지가 가능하다.According to the characteristic measurement system for a high-power optical fiber laser of the present invention, several items of optical fiber laser characteristics (output, oscillation efficiency, polarization extinction rate, beam quality, oscillation wavelength, line width, optical signal noise ratio) are simultaneously and by one system. In addition to being able to measure, nonlinear phenomena (induced Brillouin scattering, mode instability) can be monitored at the same time as characteristic measurement to reduce measurement time and prevent laser damage.

도 1은 본 발명에 의한 고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 출력 세기에 따른 빔품질 측정의 예를 나타낸다.
도 3은 출력 세기에 따른 고차모드의 빔 분포 측정의 예를 나타낸다.
도 4는 후방산란 측정으로 레이저 중심파장(신호광)과 유도 브릴루앙 산란(SBS)광의 스펙트럼 측정의 예를 나타낸다.1 shows a characteristic measurement system for a high-power fiber laser according to the present invention.
2 shows an example of measuring the beam quality according to the output intensity.
3 shows an example of measuring a beam distribution in a higher-order mode according to an output intensity.
4 shows an example of spectrum measurement of laser center wavelength (signal light) and induced Brillouin scattering (SBS) light as backscattering measurement.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the implementation of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.In describing a preferred embodiment of the present invention, known techniques or repetitive descriptions that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be reduced or omitted.

도 1은 본 발명에 의한 고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템을 도시한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템을 설명하기로 한다.1 shows a characteristic measurement system for a high-power fiber laser according to the present invention. Hereinafter, a characteristic measurement system for a high-power fiber laser according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

본 발명은 고출력 광섬유 레이저의 특성을 하나의 시스템으로 동시에 측정 가능하게 하는 것으로서, 고출력 레이저의 특성인 출력, 발진효율, 편광소광률, 빔품질, 발진파장, 선폭, 광신호잡음비를 측정하며, 비선형 현상(모드 불안정, 유도 브릴루앙 산란)을 모니터링할 수 있는 시스템이다.The present invention enables the characteristics of a high-power fiber laser to be measured simultaneously with one system, and measures the characteristics of a high-power laser, such as output, oscillation efficiency, polarization extinction rate, beam quality, oscillation wavelength, line width, optical signal noise ratio, and nonlinearity. It is a system that can monitor phenomena (mode instability, induced Brillouin scattering).

광섬유 레이저 광원(110)으로부터의 레이저 빔을 시준기(111, collimator)를 통해 시준한다. 이 때 시준된 레이저 빔은 제1 조리개(I1)를 통해 원치 않는 외곽 산란광을 제거하고, 시준된 레이저 빔은 제1 빔 분할기(131, WM1)를 거쳐 투과되어 제1 출력 측정 장치(141, PM1)로 입사된다.The laser beam from the fiber laser light source 110 is collimated through a collimator 111. At this time, the collimated laser beam removes unwanted external scattered light through the first aperture I1, and the collimated laser beam is transmitted through the first beam splitter 131 and WM1 to be transmitted through the first power measuring device 141, PM1. ).

제1 빔 분할기(131)에 의해 96%의 출력은 투과되며 4%는 반사되며, 제1 빔 분할기(131)는 고출력에서 변형이 없도록 하기 위해 Fused silica 재질로 제작된다.96% of the output is transmitted by the first beam splitter 131 and 4% is reflected, and the first beam splitter 131 is made of fused silica material to prevent deformation at high power.

제1 출력 측정 장치(141)를 통해 투과된 빔의 출력을 측정하며, 실제 출력은 96% 투과도를 보정하여 얻을 수가 있다. 이 때 고출력으로 인한 출력 측정장치의 손상을 예방하기 위해 빔 입사각은 약 6도 이상 유지될 수 있도록 조절하는 것이 바람직하다.The output of the beam transmitted through the first power measuring device 141 is measured, and the actual output can be obtained by correcting 96% transmittance. At this time, in order to prevent damage to the power measuring device due to high power, it is desirable to adjust the beam incidence angle to be maintained at about 6 degrees or more.

그리고, 광섬유 레이저에 제공되는 전압ㅇ전류값을 측정하면 레이저 출력에 따른 소모전력을 측정할 수 있다. 즉, 전원공급장치(120)가 광섬유 레이저 광원(110)과 연결되고, 전원공급장치(120)와 광섬유 레이저 광원(110) 사이에 전압, 전류를 비접촉식으로 측정 가능한 클램프 미터(121)를 적용하여 전압, 전류값을 측정하며, 동시에 해당 출력값을 제1 출력 측정 장치(141)를 통해 획득하면 다음 수학식 1과 같이 발진효율을 계산할 수 있다. In addition, by measuring the voltage/current value provided to the fiber laser, power consumption according to the laser output can be measured. That is, the power supply 120 is connected to the optical fiber laser light source 110, and a clamp meter 121 capable of non-contact measurement of voltage and current is applied between the power supply 120 and the optical fiber laser light source 110. When voltage and current values are measured and the corresponding output values are obtained through the first output measuring device 141, the oscillation efficiency can be calculated as shown in Equation 1 below.

Figure 112019094187014-pat00001
Figure 112019094187014-pat00001

다음, 제1 빔 분할기(131)에 의해 반사된 빔은 제2 빔 분할기(132)로 입사되고, 제2 빔 분할기(132)에 의해 50:50의 비율로 빔 출력이 분할된다.Next, the beam reflected by the first beam splitter 131 is incident on the second beam splitter 132, and the beam output is split by the second beam splitter 132 at a ratio of 50:50.

제2 빔 분할기(132)에 의해 반사된 빔은 반파장판(151, HWP), 편광 광속분리기(152, PBS)를 거쳐 제2 출력 측정 장치(142)로 입사됨으로써, 편광소광률을 측정할 수 있다.The beam reflected by the second beam splitter 132 passes through a half-wave plate 151 (HWP) and a polarization beam splitter 152 (PBS) to enter the second output measuring device 142, so that the polarization extinction coefficient can be measured. have.

즉, 반파장판(151)은 선편광 성분만 출력하며, 편광 광속분리기(152)는 입력된 광의 s파와 p파를 분리하므로 제2 출력 측정 장치(142)에는 특정 선편광 성분만 도달하게 된다.That is, the half-wave plate 151 outputs only the linearly polarized light component, and since the polarized light beam splitter 152 separates the s-wave and p-wave of the input light, only a specific linearly polarized light component reaches the second output measuring device 142.

따라서, 반파장판(151)을 회전시키면서 출력을 측정하면 회전방향에 따른 출력의 증감을 확인할 수 있으며, 이를 통해 레이저 출력에 따른 편광소광률을 다음 수학식 2를 통해 얻을 수가 있다. 그리고, 제2 출력 측정 장치(142)를 통해 측정되지 않는 나머지 빔은 제2 출력 측정 장치(142) 내부 산란광을 최소화하기 위해 빔 덤퍼(153)를 통해 제거하는 것이 바람직하다.Therefore, if the output is measured while rotating the half-wave plate 151, the increase or decrease of the output according to the rotation direction can be confirmed, and through this, the polarization extinction rate according to the laser output can be obtained through Equation 2 below. In addition, it is preferable to remove the remaining beams that are not measured by the second power measuring device 142 through the beam dumper 153 in order to minimize the scattered light inside the second power measuring device 142.

Figure 112019094187014-pat00002
Figure 112019094187014-pat00002

다음, 제2 빔 분할기(132)에서 투과된 빔은 제3 빔 분할기(133)로 입사되고, 제3 빔 분할기(133)에 의해 50:50의 비율로 빔 출력이 분할된다.Next, the beam transmitted from the second beam splitter 132 is incident on the third beam splitter 133, and the beam output is split by the third beam splitter 133 at a ratio of 50:50.

이 때, 공간상 효율을 위해 도시와 같이 빔 경로상 제1 반사경(M1)이 구비되어 장치 바닥과 평행하게 빔의 경로를 조절할 수 있다. 그리고, 제2 조리개(I2)를 통해 원치 않는 외곽 산란광을 제거하여 제3 빔 분할기(133)로 진입하게 할 수 있다.At this time, for spatial efficiency, the first reflector M1 is provided on the beam path as shown in the figure, so that the path of the beam can be adjusted parallel to the bottom of the device. In addition, unwanted external scattered light may be removed through the second aperture I2 to enter the third beam splitter 133.

제3 빔 분할기(133)에서 반사된 빔은 빔 품질 측정장치(161)로 입사되며, 이를 통해 도 2와 같이 출력과 동시에 빔 품질을 측정할 수 있으며, 빔 품질 측정장치(161)는 알려진 장치가 사용될 수 있다.The beam reflected by the third beam splitter 133 is incident on the beam quality measuring device 161, through which the beam quality can be measured at the same time as the output as shown in FIG. 2, and the beam quality measuring device 161 is a known device. Can be used.

또는, 빔 품질 측정장치(161) 대신 CCD 카메라(162)를 장착할 수 있다. 또한, 상술할 빔 품질 측정장치(161)에 의해 빔 품질 측정 후, 이를 제거하고 CCD 카메라(162)를 장착하여 CCD 카메라(162)에 의해 순차적으로 모드 불안정 현상을 확인할 수 있으며, 도 3은 모드 불안정 현상을 측정한 실제 사례를 보여준다.Alternatively, a CCD camera 162 may be mounted instead of the beam quality measuring device 161. In addition, after measuring the beam quality by the beam quality measuring device 161 to be described above, it is removed, and the CCD camera 162 is mounted to sequentially check the mode instability phenomenon by the CCD camera 162. Shows an actual case of measuring instability.

모드 불안정 현상은 시간에 따라 고차모드가 불안정하게 변하는 형상으로, 그 정도가 심하면 모드 간 간섭으로 인한 광섬유 내부 손상이 유발될 수가 있다.The mode unstable phenomenon is a shape in which the higher-order mode changes unstable over time, and if the degree is severe, internal damage to the optical fiber due to inter-mode interference may be caused.

다음, 제3 빔 분할기(133)를 투과한 빔은 파장측정장치(171, wavelength meter) 및 광스펙트럼분석기(172, OSA, Optical Spectrum Analyzer) 측으로 입사가 된다.Next, the beam transmitted through the third beam splitter 133 is incident on the wavelength meter 171 and the optical spectrum analyzer 172 (OSA, Optical Spectrum Analyzer).

이 때도, 공간상 효율을 위해 도시와 같이 빔 경로상 제2 반사경(M2)이 구비되어 빔 진행 방향을 전활시킬 수 있고, 제3 조리개(I3)를 통해 외곽 산란광을 제거하며 광 집속기(181)를 통해 수광되게 할 수 있다.Also at this time, for spatial efficiency, a second reflector M2 is provided on the beam path as shown in the figure, so that the beam traveling direction can be turned, and the outer scattered light is removed through the third stop I3, and the light concentrator 181 ) Through.

광 집속기(181)는 출력 레이저광을 시준한 시준기(111)와 동일한 기기의 방향을 반대로 하여 자유공간에서 전파되는 빔을 광섬유 내부로 수광하는 역할을 수행한다.The optical concentrator 181 plays a role of receiving a beam propagating in a free space into the optical fiber by reversing the direction of the same device as the collimator 111 collimating the output laser light.

수광된 빔은 50:50 광섬유 제1 커플러(182)를 통해 파장측정장치(171)와 광스펙트럼분석기(172)에 각각 광섬유를 통해 분배되며 이는 알려진 장치가 사용될 수 있다.The received beam is distributed to the wavelength measurement device 171 and the optical spectrum analyzer 172 through the 50:50 optical fiber first coupler 182, respectively, through optical fibers, and known devices may be used.

파장측정장치(171)는 내부에 간섭계를 구비하여 내부 발진파장의 중심값과 선폭 측정이 즉각적으로 가능하다. 광스펙트럼분석기(172)는 발진파장의 스펙트럼을 얻을 수 있으므로 발진파장의 중심값과 선폭 측정을 스펙트럼을 분석하여 수행할 수 있으며 레이저가 발진하는 파장영역과 발진하지 않는 파장영역 출력값의 비를 통해 레이저 광의 광신호잡음비를 측정할 수 있다.The wavelength measurement device 171 has an interferometer therein, so that the center value and line width of the internal oscillation wavelength can be measured immediately. Since the optical spectrum analyzer 172 can obtain the spectrum of the oscillation wavelength, the center value of the oscillation wavelength and the line width can be measured by analyzing the spectrum, and the laser through the ratio of the output value of the wavelength region where the laser oscillates and the wavelength region that does not oscillate. It is possible to measure the optical signal noise ratio of light.

마지막으로, 광섬유 레이저 내부에 후방산란 측정을 위한 포트가 제공되면 본 장비를 통해 유도 브릴루앙 산란 측정이 가능하다. 광섬유 레이저 출력이 증가하면서 레이저 광의 후방산란광 뿐만 아니라 비선형 효과에 의해 다른 파장을 가지는 유도 브릴루앙 산란(SBS, Stimulated Brillouin Scattering)광이 증가하는데 이는 도4와 같다. 유도 브릴루앙 산란은 심할 경우 레이저를 파괴할 수 있으므로 계속적인 모니터링이 필요하다.Finally, if a port for backscattering measurement is provided inside the fiber laser, the guided Brillouin scattering measurement is possible through this device. As the fiber laser output increases, not only the backscattered light of the laser light but also the Stimulated Brillouin Scattering (SBS) light having a different wavelength due to a nonlinear effect increases, as shown in FIG. 4. Induced Brillouin scattering can destroy the laser in severe cases and requires continuous monitoring.

즉, 광섬유 레이저 광원(110)에 후방산란 측정포트(191)를 구비하고, 후방산란 측정포트(191)는 광섬유를 통해 광스펙트럼분석기(172) 또는 광검출기(190)로 연결되어 후방산란 출력을 측정할 수 있다. 특히 광검출기(190) 값을 광섬유 레이저 제어기 혹은 전원공급장치와 연동하여 특정 출력 이상 후방산란광이 들어오면 레이저를 긴급 정지할 수 있다. 이는 출력, 발진효율, 편광소광률, 빔품질, 발진파장, 선폭, 광신호잡음비 특성 측정과 동시에 모니터링이 가능하므로 고출력 특성 측정 시 발생할 수 있는 레이저 손상을 예방할 수 있게 한다. That is, a backscatter measurement port 191 is provided to the fiber laser light source 110, and the backscatter measurement port 191 is connected to the optical spectrum analyzer 172 or the photodetector 190 through an optical fiber to provide a backscatter output. Can be measured. In particular, the laser can be stopped in an emergency when backscattered light exceeds a certain output by interlocking the value of the photodetector 190 with a fiber laser controller or a power supply device. This makes it possible to monitor the power, oscillation efficiency, polarization extinction rate, beam quality, oscillation wavelength, line width, and optical signal noise ratio characteristics at the same time, thereby preventing laser damage that may occur when measuring high power characteristics.

이상과 같이 본 발명의 고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템에 의하면, 여러 항목의 광섬유 레이저 특성(출력, 발진효율, 편광소광률, 빔품질, 발진파장, 선폭, 광신호잡음비)을 동시에, 그리고 하나의 시스템에 의해 측정할 수 있을 뿐만 아니라 비선형 현상(유도 브릴루앙 산란, 모드 불안정)을 특성 측정과 동시에 모니터링 하여 측정 시간 절감 및 레이저의 손상 방지가 가능하다.As described above, according to the characteristic measurement system for a high-power fiber laser of the present invention, several items of fiber laser characteristics (output, oscillation efficiency, polarization extinction rate, beam quality, oscillation wavelength, line width, optical signal noise ratio) are simultaneously and one In addition to being able to be measured by the system, it is possible to reduce measurement time and prevent damage to the laser by monitoring nonlinear phenomena (induced Brillouin scattering, mode instability) simultaneously with characteristic measurement.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.Although the present invention as described above has been described with reference to the illustrated drawings, it is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is self-evident to those who have Therefore, such modifications or variations will have to belong to the claims of the present invention, and the scope of the present invention will be interpreted based on the appended claims.

110 : 광섬유 레이저 광원
120 : 전원공급장치
131 : 제1 빔 분할기 132 : 제2 빔 분할기 133 : 제3 빔 분할기
141 : 제1 출력 측정 장치 142 : 제2 출력 측정 장치
151 : 반파장판 152 : 편광 광속분리기 152 : 빔 덤퍼
161 : 빔 품빌 측정장치 162 : CCD 카메라
171 : 파장측정장치 172 : 광스펨트럼분석기
181 : 광 집속기
190 : 광검출기110: fiber laser light source
120: power supply
131: first beam splitter 132: second beam splitter 133: third beam splitter
141: first output measuring device 142: second output measuring device
151: half-wave plate 152: polarized light beam splitter 152: beam dumper
161: beam product measuring device 162: CCD camera
171: wavelength measuring device 172: optical spectral analyzer
181: optical concentrator
190: photodetector

Claims (18)

광섬유 레이저 빔을 발생시키는 광섬유 레이저 광원;
상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 출력을 측정하는 제1 출력 측정 장치;
상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 편광소광률을 측정하는 제2 출력 측정 장치; 및
상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 품질을 측정하는 빔 품질 측정장치를 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.A fiber laser light source for generating a fiber laser beam;
A first power measuring device for measuring an output of the optical fiber laser beam by the optical fiber laser beam being incident;
A second power measuring device for measuring a polarization extinction coefficient of the optical fiber laser beam by the optical fiber laser beam being incident; And
Including a beam quality measuring device for measuring the quality of the optical fiber laser beam is incident on the fiber laser beam,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 출력 측정 장치 전단에 구비되어 입사되는 빔을 분할시키는 제1 빔 분할기를 더 포함하고,
상기 제1 빔 분할기를 투과하는 빔이 상기 제1 출력 측정 장치로 입사되는 것을 특징으로 하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a first beam splitter provided at a front end of the first power measuring device to split the incident beam,
Characterized in that the beam passing through the first beam splitter is incident to the first power measuring device,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 빔 분할기는 96%의 출력을 투과시키고, 상기 제1 출력 측정 장치는 96% 투과도를 보정하여 상기 광섬유 레이저 빔의 출력을 측정하는 것을 특징으로 하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method according to claim 2,
The first beam splitter transmits 96% of the power, and the first power measuring device measures the output of the optical fiber laser beam by correcting 96% transmittance.
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 빔 분할기에 의해 반사되는 빔을 분할시키는 제2 빔 분할기를 더 포함하고,
상기 제2 빔 분할기에 의해 반사되는 빔이 상기 제2 출력 측정 장치로 입사되는 것을 특징으로 하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method according to claim 2,
Further comprising a second beam splitter for splitting the beam reflected by the first beam splitter,
Characterized in that the beam reflected by the second beam splitter is incident on the second output measuring device,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 4에 있어서,
상기 제2 빔 분할기는 50:50의 비율로 빔 출력을 분할하는 것을 특징으로 하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 4,
The second beam splitter is characterized in that splitting the beam output at a ratio of 50:50,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 4에 있어서,
상기 제2 출력 측정 장치 전단에 구비되며, 상기 광섬유 레이저 빔의 선편광 성분만 출력하는 반파장판; 및
상기 반파장판을 통과한 상기 광섬유 레이저 빔의 s파와 p파를 분리하는 편광 광속분리기를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 4,
A half-wave plate provided at a front end of the second power measuring device and outputting only a linearly polarized component of the optical fiber laser beam; And
Further comprising a polarization beam splitter for separating the s-wave and p-wave of the optical fiber laser beam passing through the half-wave plate,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 6에 있어서,
상기 제2 출력 측정 장치를 통해 측정되지 않는 나머지 빔을 제거하는 빔 덤퍼를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 6,
Further comprising a beam dumper for removing the remaining beams that are not measured through the second power measurement device,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 4에 있어서,
상기 제2 빔 분할기를 투과한 빔을 분할시키는 제3 빔 분할기를 더 포함하고,
상기 제3 빔 분할기에 의해 반사되는 빔이 상기 빔 품질 측정장치로 입사되는 것을 특징으로 하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 4,
Further comprising a third beam splitter for splitting the beam transmitted through the second beam splitter,
Characterized in that the beam reflected by the third beam splitter is incident on the beam quality measuring device,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 8에 있어서,
상기 제3 빔 분할기는 50:50의 비율로 빔 출력을 분할하는 것을 특징으로 하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 8,
The third beam splitter is characterized in that splitting the beam output at a ratio of 50:50,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 8에 있어서,
상기 제3 빔 분할기를 투과한 빔의 발진파장의 중심값과 선폭을 측정하는 파장측정장치를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 8,
Further comprising a wavelength measuring device for measuring the center value and line width of the oscillation wavelength of the beam transmitted through the third beam splitter,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 8에 있어서,
상기 제3 빔 분할기를 투과한 빔의 발진하는 파장영역과 발진하지 않는 파장영역 출력값의 비를 통해 상기 광섬유 레이저 빔의 광신호잡음비를 측정하는 광스펙트럼분석기를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 8,
Further comprising an optical spectrum analyzer for measuring the optical signal noise ratio of the optical fiber laser beam through the ratio of the output value of the oscillating wavelength region and the non-oscillating wavelength region of the beam transmitted through the third beam splitter,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 8에 있어서,
상기 광섬유 레이저 광원과 연결되는 전원공급장치; 및
상기 전원공급장치와 상기 광섬유 레이저 광원 사이에 구비되어 전압 및 전류를 측정하는 클램프 미터를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 8,
A power supply connected to the optical fiber laser light source; And
Further comprising a clamp meter provided between the power supply and the optical fiber laser light source to measure voltage and current,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 8에 있어서,
상기 광섬유 레이저 광원에 구비되는 후방산란 측정포트; 및
상기 후방산란 측정포트와 광섬유를 통해 연결되어 상기 광섬유 레이저 빔의 후방산란 출력을 측정하는 광검출기를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 8,
A backscattering measurement port provided in the optical fiber laser light source; And
Further comprising a photodetector connected to the backscattering measurement port through an optical fiber to measure the backscattering output of the optical fiber laser beam,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 광섬유 레이저 빔을 발생시키는 광섬유 레이저 광원;
상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 출력을 측정하는 제1 출력 측정 장치;
상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 편광소광률을 측정하는 제2 출력 측정 장치; 및
상기 광섬유 레이저 빔이 입사되어 상기 광섬유 레이저 빔의 모드 불안정 현상을 확인하기 위한 CCD 카메라를 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.A fiber laser light source for generating a fiber laser beam;
A first power measuring device for measuring an output of the optical fiber laser beam by the optical fiber laser beam being incident;
A second power measuring device for measuring a polarization extinction coefficient of the optical fiber laser beam by the optical fiber laser beam being incident; And
Including a CCD camera for confirming the mode unstable phenomenon of the optical fiber laser beam is incident on the fiber laser beam,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 14에 있어서,
상기 CCD 카메라 후단에 구비되며, 상기 광섬유 레이저 빔의 발진파장의 중심값과 선폭을 측정하는 파장측정장치; 및
상기 CCD 카메라 후단에 구비되며, 상기 광섬유 레이저 빔의 발진하는 파장영역과 발진하지 않는 파장영역 출력값의 비를 통해 상기 광섬유 레이저 빔의 광신호잡음비를 측정하는 광스펙트럼분석기를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 14,
A wavelength measuring device provided at a rear end of the CCD camera and measuring a center value and a line width of an oscillation wavelength of the optical fiber laser beam; And
Further comprising an optical spectrum analyzer provided at the rear end of the CCD camera and measuring an optical signal noise ratio of the optical fiber laser beam through a ratio of an output value of an oscillating wavelength region and a non-oscillating wavelength region of the optical fiber laser beam,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 14에 있어서,
상기 광섬유 레이저 광원과 연결되는 전원공급장치; 및
상기 전원공급장치와 상기 광섬유 레이저 광원 사이에 구비되어 전압 및 전류를 측정하는 클램프 미터를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 14,
A power supply connected to the optical fiber laser light source; And
Further comprising a clamp meter provided between the power supply and the optical fiber laser light source to measure voltage and current,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 14에 있어서,
상기 광섬유 레이저 광원에 구비되는 후방산란 측정포트; 및
상기 후방산란 측정포트와 광섬유를 통해 연결되어 상기 광섬유 레이저 빔의 후방산란 출력을 측정하는 광검출기를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 14,
A backscattering measurement port provided in the optical fiber laser light source; And
Further comprising a photodetector connected to the backscattering measurement port through an optical fiber to measure the backscattering output of the optical fiber laser beam,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers. 청구항 14에 있어서,
상기 제2 출력 측정 장치 전단에 구비되며, 상기 광섬유 레이저 빔의 선편광 성분만 출력하는 반파장판; 및
상기 반파장판을 통과한 상기 광섬유 레이저 빔의 s파와 p파를 분리하는 편광 광속분리기를 더 포함하는,
고출력 광섬유 레이저용 특성 측정 시스템.The method of claim 14,
A half-wave plate provided at a front end of the second power measuring device and outputting only a linearly polarized component of the optical fiber laser beam; And
Further comprising a polarization beam splitter for separating the s-wave and p-wave of the optical fiber laser beam passing through the half-wave plate,
Characteristic measurement system for high power fiber lasers.
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