KR102158044B1 - Spectrally beam combined laser system, Method for controlling the same, and Computer readable storage medium having the method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 빔 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 안정화된 고출력/고품질 파장제어 빔 결합 시스템 및 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따르면, 안정화된 고출력 및/또는 고품질 파장제어 빔결합 시스템 구성이 가능하다. The present invention relates to laser beam technology, and more particularly, to a stabilized high power/high quality wavelength controlled beam combining system and method. According to the present invention, it is possible to construct a stabilized high power and/or high quality wavelength controlled beam combining system.

Figure R1020190005658
Figure R1020190005658

Description

파장제어 레이저 빔 결합 시스템, 이의 제어 방법, 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장매체{Spectrally beam combined laser system, Method for controlling the same, and Computer readable storage medium having the method}Wavelength-controlled laser beam combining system, its control method, and a computer-readable storage medium storing the method {Spectrally beam combined laser system, Method for controlling the same, and Computer readable storage medium having the method}

본 발명은 레이저 빔 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 안정화된 고출력/고품질 파장제어 빔 결합 시스템 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to laser beam technology, and more particularly, to a stabilized high power/high quality wavelength controlled beam combining system and method.

고출력 레이저의 출력 증대 및/또는 빔품질 향상을 위해서 지속적인 연구개발이 이루어져 왔다. 그 중, 광섬유 레이저는 고품질의 레이저빔을 출력할 수 있는 고체 레이저의 형태로서 최근 상용 및 국방 레이저 시장의 주력으로 부상되었다.Continuous research and development has been made to increase the output of high-power lasers and/or improve the beam quality. Among them, fiber lasers are the form of solid-state lasers capable of outputting high-quality laser beams, and have recently emerged as the main force in the commercial and defense laser markets.

하지만, 광섬유 코어 직경 수 ~ 수십μm의 좁은 영역에서 단일모드 레이저빔을 출력할 수 있으며, 이러한 고품질 레이저빔의 출력 증대를 위해서는 고출력의 펌프빔을 입력하여야 한다. However, it is possible to output a single mode laser beam in a narrow area of several to tens of μm in diameter of an optical fiber core, and to increase the output of such a high-quality laser beam, a high-power pump beam must be input.

이 때, 코어 내 높은 에너지 밀도 집중으로 인해 유도 브릴루앙 산란(Stimulated Brillouin Scattering, SBS), 모드 불안정성(Mode Instability, MI), 유도 라만 산란(Stimulated Raman Scattering, SRS) 등의 비선형적인 현상이 발생하고, 이는 단일 광섬유 레이저 모듈의 출력 증대에 제한 요소가 되었다. At this time, nonlinear phenomena such as Stimulated Brillouin Scattering (SBS), Mode Instability (MI), and Stimulated Raman Scattering (SRS) occur due to the high energy density concentration in the core. , This became a limiting factor in increasing the power of a single fiber laser module.

이러한 현상을 극복하고 레이저의 고출력 및 고품질화를 위해서 다수의 레이저빔을 결합하는 기술 개발이 이루어졌다. 위상제어 빔결합(Coherent Beam Combining, CBC)과 파장제어 빔결합(Spectral Beam Combining, SBC) 방식이 고품질 및 고출력 레이저빔을 구현할 수 있는 기술로 개발이 진행되고 있다. In order to overcome this phenomenon and to improve the high power and high quality of the laser, a technology has been developed that combines multiple laser beams. Phase-controlled beam combining (CBC) and wavelength-controlled beam combining (SBC) methods are being developed as technologies that can realize high-quality and high-power laser beams.

파장제어 빔결합 기술은 위상 제어 빔결합 기술에 비해 복잡한 전자적인 빔제어 구성 등이 필요하지 않고, 회절격자라는 광학소자를 이용한 공간적인 결합을 통해 단일 레이저빔을 구현할 수 있다. 그래서 미국, 독일, 중국 등 기술 선진국들은 이 기술을 이용하여 수 ~ 수십 kW급 이상의 고출력 레이저 개발을 진행하고 있다.Compared to the phase-controlled beam-combining technology, the wavelength-controlled beam combining technology does not require a complicated electronic beam control configuration, and can realize a single laser beam through spatial combination using an optical element called a diffraction grating. Therefore, advanced countries such as the United States, Germany, and China are using this technology to develop high-power lasers of several to tens of kW or higher.

파장제어 빔결합 기술은 다수의 빔품질이 우수한 선편광된 좁은 선폭의 광섬유 레이저(Linear-polarized narrow linewidth fiber laser)를 광섬유 배열 구조, 전송 광학 및 회절격자로 구성된 시스템을 통해 하나의 빔으로 결합하는 것이다. Wavelength-controlled beam combining technology combines a number of linear-polarized narrow linewidth fiber lasers with excellent beam quality into one beam through a system consisting of an optical fiber array structure, transmission optics, and diffraction grating. .

결합된 빔의 고품질 및 안정된 시스템 구축을 위해서는 ① 광섬유 배열 구조에서의 위치, 각도 및 편광 정밀도, ② 전송광학의 정렬 및 수차 최소화, ③ 회절격자의 레이저 선폭에 의한 회절효과로 인해 회절축 방향 빔품질 저하, ④ 각 광학 소자들의 정렬 및 결합빔의 상태 유지 확인으로 시스템 안정화 등의 기술적 문제점을 해소해야 한다.In order to establish a high-quality and stable system of combined beams, ① position, angle and polarization accuracy in the optical fiber array structure, ② minimize the alignment and aberration of the transmission optics, ③ beam quality in the diffraction axis direction due to the diffraction effect by the laser line width of the diffraction grating Deterioration, ④ It is necessary to solve technical problems such as system stabilization by checking the alignment of each optical element and maintaining the state of the combined beam.

1. 한국공개특허 10-2018-00164041. Korean Patent Publication 10-2018-0016404 2. 한국공개특허 10-2006-00334412. Korean Patent Publication 10-2006-0033441

1. 윤진우, "유도 브릴루앙 산란 위상공액 거울을 이용한 광선 결합 레이저 증폭기에서 자체 위상제어 및 능동 위상제어를 통한 장기간 위상 안정화"학위논문(박사) KAIST 2009년1. Yun Jin-woo, "Long-term phase stabilization through self-phase control and active phase control in a beam-coupled laser amplifier using an induced Brillouin scattering phase conjugate mirror" Thesis (Doctor) KAIST 2009

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 광섬유 배열 구조에서의 위치, 각도 및 편광 정밀도를 향상시킬 수 있는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the problems of the above background technology, and an object thereof is to provide a wavelength-controlled laser beam combining system and a control method thereof capable of improving position, angle and polarization precision in an optical fiber array structure. .

또한, 본 발명은 전송광학의 정렬 및 수차를 최소화할 수 있는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a wavelength-controlled laser beam combining system capable of minimizing alignment and aberration of transmission optics and a method for controlling the same.

또한, 본 발명은 회절격자의 레이저 선폭에 의한 회절 효과로 인해 발생하는 회절축 방향 빔품질 저하를 방지할 수 있는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a wavelength-controlled laser beam combining system and a method for controlling the same, capable of preventing a decrease in beam quality in a diffraction axis direction caused by a diffraction effect caused by a laser line width of a diffraction grating.

또한, 본 발명은 각 광학 소자들의 정렬 및 결합빔의 상태 유지 확인으로 시스템 안정화가 가능한 파장제어 레이저 빔 결합 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a wavelength-controlled laser beam combining system and a method for controlling the same, capable of stabilizing the system by aligning each optical element and checking the state of the combined beam.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 광섬유 배열 구조에서의 위치, 각도 및 편광 정밀도를 향상시킬 수 있는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템을 제공한다.The present invention provides a wavelength-controlled laser beam combining system capable of improving position, angle, and polarization precision in an optical fiber array structure in order to achieve the problems presented above.

상기 파장제어 레이저 빔 결합 시스템은,The wavelength control laser beam combining system,

다수의 레이저 모듈 블럭으로부터 생성되는 다수의 광섬유 채널을 일정 간격으로 배열하는 일체형 광섬유 배열 구조체;An integrated optical fiber array structure for arranging a plurality of optical fiber channels generated from a plurality of laser module blocks at regular intervals;

상기 다수의 광섬유 채널로부터 투사되는 다수의 레이저 빔의 경로 수차를 최소화하고, 상기 레이저 빔을 시준하는 전송 광학 구조체;A transmission optical structure that minimizes path aberration of a plurality of laser beams projected from the plurality of optical fiber channels and collimates the laser beams;

시준된 레이저 빔을 결합하여 다수의 회절 결합빔을 생성하고 상기 다수의 회절 결합빔을 결합하여 하나의 고출력 레이저빔을 형성하는 회절 격자 구조체;A diffraction grating structure that combines the collimated laser beams to generate a plurality of diffractive combined beams and combines the plurality of diffractive combined beams to form one high-power laser beam;

상기 고출력 레이저빔을 분리 및 결상하여 상태를 감시하는 상태감시 광학계; 및 A state monitoring optical system that monitors a state by separating and forming the high-power laser beam; And

상기 상태감시 광학계를 통하여 상기 고출력 레이저빔을 분석하는 시스템 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a system controller that analyzes the high-power laser beam through the condition monitoring optical system.

이때, 상기 파장제어 레이저 빔 결합 시스템은, 상기 회절 격자 구조체에 의해 생성되는 회절된 가이드 가시광 레이저를 이용하여 초기 진단을 수행하는 광정렬 초기 진단 광학계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the wavelength-controlled laser beam combining system may further include a light alignment initial diagnosis optical system for performing initial diagnosis using a diffracted guide visible light laser generated by the diffraction grating structure.

또한, 상기 레이저 빔은 협대역 레이저 빔인 것을 특징으로 한다.In addition, the laser beam is characterized in that the narrow-band laser beam.

또한, 상기 회절 격자 구조체에 입사되는 레이저빔의 입사각도는 전송 광학 구조체의 거울 곡면에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.Further, the angle of incidence of the laser beam incident on the diffraction grating structure is determined by a mirror curve of the transmission optical structure.

또한, 상기 시준된 레이저 빔의 직경은 상기 일체형 광섬유 배열 구조체와 상기 전송 광학 구조체와의 거리로부터 결정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the diameter of the collimated laser beam is characterized in that it is determined from the distance between the integrated optical fiber array structure and the transmission optical structure.

또한, 상기 파장제어 레이저 빔 결합 시스템은, 상기 고출력 레이저 빔을 분리하여 일부는 상기 상태감시 광학계 방향으로 전달하는 빔 스플리터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the wavelength-controlled laser beam combining system includes a beam splitter that separates the high-power laser beam and transmits some of the high-power laser beams toward the state monitoring optical system.

또한, 상기 파장제어 레이저 빔 결합 시스템은, 상기 빔 스플리터에 의해 상기 일부를 제외한 나머지 대부분의 고출력 레이저빔을 받아 상기 고출력 레이저빔의 직경을 확대하는 반사형 빔확대기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the wavelength control laser beam combining system is characterized in that it further comprises a reflective beam expander that receives most of the high-power laser beams except for the part by the beam splitter and enlarges the diameter of the high-power laser beam. .

또한, 상기 전송 광학 구조체는 단수 또는 다수의 전송거울을 이용하여 빔 수차를 최소화하여 시준하는 것을 특징으로 한다.In addition, the transmission optical structure is characterized by minimizing beam aberration and collimating using a single or multiple transmission mirrors.

또한, 상기 파장제어 레이저 빔 결합 시스템은, 상기 시스템 제어기에 의한 미리 설정되는 초기 상태 진단 알고리즘을 통해 도출된 제 1 제어 신호를 받아 상기 전송 광학 구조체 및 회절 격자 구조체의 위치 보정을 실시하는 구동기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the wavelength control laser beam combining system, a driver for performing position correction of the transmission optical structure and the diffraction grating structure by receiving a first control signal derived through a predetermined initial state diagnosis algorithm by the system controller; It characterized in that it includes.

또한, 상기 초기 상태 진단 알고리즘은 시스템 시작시 상기 구동기의 초기 위치에 의한 초기 구동기 각도값과 광학계 센서를 이용하여 감지된 센서 감지 각도값을 비교하여 상기 비교에 따른 오차를 계산하고 상기 오차를 보상하기 위해, 상기 구동기의 위치를 보정하는 알고리즘인 것을 특징으로 한다.In addition, the initial state diagnosis algorithm calculates an error according to the comparison by comparing the initial driver angle value by the initial position of the driver at the system start time and the sensor detection angle value detected using an optical system sensor, and compensates for the error. For this purpose, it is characterized in that it is an algorithm for correcting the position of the actuator.

또한, 상기 센서 감지 각도값은 회절각을 가지고 가이드 가시광 -1차 반사 회절빔 및 가이드 가시광 -1차 투과 회절빔을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.In addition, the sensor detection angle value is characterized in that it is calculated using a guide visible light -first order reflected diffraction beam and a guide visible light -first transmitted diffracted beam having a diffraction angle.

또한, 상기 시스템 제어기는 미리 설정되는 안정화 알고리즘을 통해 도출된 제 2 제어신호로 상기 다수의 레이저 모듈 블럭을 전달하여 시드빔 전류 제어 및 온도 제어를 통해 결합빔 안정화 제어 루프를 동작시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the system controller is characterized in that it operates a combined beam stabilization control loop through seed beam current control and temperature control by transmitting the plurality of laser module blocks with a second control signal derived through a preset stabilization algorithm. .

또한, 상기 안정화 알고리즘은 광학계 센서로 감지된 각 채널별 레이저 빔 패턴들로부터 영상 처리 필터를 통해 노이즈가 저감된 이진화 영상으로 전환하여 산출되는 중심점의 픽셀 위치를 통해 빔간 거리 간격이 산출되고, 산출된 거리 간격을 파장값으로 환산하고, 환산된 파장값과 미리 설정된느 기준 파장값을 비교하여 상기 비교 결과에 따른 오차에 해당하는 각 채널별 시드빔 온도 및 전류값을 산출하여 시드빔 전류 제어 및 온도 제어를 통해 결합빔 안정화 제어 루프를 동작시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the stabilization algorithm calculates the distance interval between the beams through the pixel position of the center point calculated by converting the laser beam patterns for each channel detected by the optical system sensor to a binarized image with reduced noise through an image processing filter. By converting the distance interval into a wavelength value, comparing the converted wavelength value with a preset reference wavelength value, and calculating the seed beam temperature and current value for each channel corresponding to the error according to the comparison result, the seed beam current control and temperature It characterized in that the combined beam stabilization control loop is operated through the control.

또한, 상기 각 채널별 레이저 빔이 요동하면 칼만필터가 적용되는 것을 특징으로 한다.In addition, when the laser beam for each channel fluctuates, a Kalman filter is applied.

또한, 상기 광섬유 배열 구조체는, 배열 블록; 상기 배열 블록과 일체로 융착되며 일정 간격으로 정렬되는 광섬유;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical fiber array structure, the array block; And an optical fiber that is integrally fused with the array block and aligned at regular intervals.

이때, 상기 광섬유는 편광유지 광섬유 및 무편광성 광섬유 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.In this case, the optical fiber is characterized in that at least one of a polarization maintaining optical fiber and a non-polarization optical fiber.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 일체형 광섬유 배열 구조체가 다수의 레이저 모듈 블럭으로부터 생성되는 다수의 광섬유 채널을 일정 간격으로 배열하는 단계; (b) 전송 광학 구조체가 상기 다수의 광섬유 채널로부터 투사되는 다수의 레이저 빔의 경로 수차를 최소화하고, 상기 레이저 빔을 시준하는 단계; (c) 회절 격자 구조체가 시준된 레이저 빔을 결합하여 다수의 회절 결합빔을 생성하고 상기 다수의 회절 결합빔을 결합하여 하나의 고출력 레이저빔을 형성하는 단계; (d) 상태감시 광학계가 상기 고출력 레이저빔을 분리 및 결상하여 상태를 감시하는 단계; 및 (e) 시스템 제어기가 상기 상태감시 광학계(180)를 통하여 상기 고출력 레이저빔을 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention includes the steps of: (a) arranging a plurality of optical fiber channels generated from a plurality of laser module blocks in an integrated optical fiber array structure at regular intervals; (b) minimizing path aberration of a plurality of laser beams projected from the plurality of optical fiber channels by a transmission optical structure and collimating the laser beams; (c) combining the collimated laser beam by the diffraction grating structure to generate a plurality of diffractive combined beams and combining the plurality of diffractive combined beams to form one high-power laser beam; (d) monitoring a state by separating and forming an image of the high-power laser beam by a state monitoring optical system; And (e) analyzing, by a system controller, the high-power laser beam through the state monitoring optical system 180. It provides a method for combining a wavelength-controlled laser beam comprising:

또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 위에서 기술된 파장제어 레이저 빔 결합 방법을 실행하는 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공한다. On the other hand, yet another embodiment of the present invention provides a computer-readable storage medium storing program code for executing the wavelength-controlled laser beam combining method described above.

본 발명에 따르면, 안정화된 고출력 및/또는 고품질 파장제어 빔결합 시스템 구성이 가능하다. According to the present invention, it is possible to construct a stabilized high power and/or high quality wavelength controlled beam combining system.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 일체화된 광섬유 배열구조와 전송거울, 회절격자를 적용하여 소형화, 수차 최소화 및 협대역 선폭 제한에서 자유로운 빔결합 광학 구조 구현이 되며, 광정렬 초기 진단 및 상태 감시를 통해 외부 환경에 따라 안정된 시스템을 유지보수할 수 있다는 점을 들 수 있다. In addition, as another effect of the present invention, an integrated optical fiber array structure, a transmission mirror, and a diffraction grating are applied to realize miniaturization, aberration minimization, and a beam-coupled optical structure free from narrow-band line width limitations. The point is that a stable system can be maintained according to the external environment.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 국방 분야에서 고출력 레이저를 이용한 지향성 에너지 무기 체계에 적용할 수 있으며, 체계 특성에 따른 레이저 출력 증대를 이루어낼 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, it can be applied to a directional energy weapon system using a high-power laser in the field of defense, and it is possible to increase the laser power according to the system characteristics.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 산업 분야에서 고출력의 우수한 빔품질을 가진 레이저를 이용하여 두꺼운 소재 절단, 용접 및 접합 공정을 단시간 내에 할 수 있게 되며, 고에너지의 밀집이 필요한 핵융합이나 기타 차세대 에너지 기술에도 적용할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, it is possible to cut, weld, and bond thick materials in a short time by using a laser with high power and excellent beam quality in the industrial field, and nuclear fusion or other next-generation energy that requires high energy concentration. It can also be applied to technology.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 학술 분야에서 고출력 레이저를 이용한 고에너지 상태의 물성 분석 등을 수행할 수 있게 된다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, it is possible to perform physical property analysis in a high energy state using a high-power laser in the academic field.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파장제어 빔결합 시스템의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템 제어기(120)의 상세 구성 블럭도이다.
도 3은 도 1에 도시된 일체형 광섬유 배열 구조체(130)의 모식도이다.
도 4는 도 1에 도시된 반사형 빔확대기(170)의 광학 모식도이다.
도 5는 도 1에 도시된 광정렬 초기 진단 광학계(190)의 광학 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광정렬 초기 상태 진단 및 점검 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 도 1에 도시된 상태감시 광학계(180)의 모식도이다.
도 8 및 도 9는 도 7에 도시된 결합빔 상태감시를 통한 시스템 안정화 과정을 보여주는 흐름도이다.1 is a block diagram of a wavelength-controlled beam combining system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed block diagram of the system controller 120 shown in FIG. 1.
3 is a schematic diagram of the integrated optical fiber array structure 130 shown in FIG. 1.
4 is an optical schematic diagram of the reflective beam expander 170 shown in FIG. 1.
5 is an optical schematic diagram of the optical alignment early diagnosis optical system 190 shown in FIG. 1.
6 is a flowchart illustrating a process of diagnosing and checking an initial state of optical alignment according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram of the state monitoring optical system 180 shown in FIG. 1.
8 and 9 are flowcharts illustrating a system stabilization process through monitoring of a combined beam state shown in FIG. 7.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 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.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar elements.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term "and/or" includes a combination of a plurality of related stated items or any of a plurality of related stated items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms including technical or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Shouldn't.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 파장제어 레이저 빔 결합 시스템 및 이의 제어 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a wavelength-controlled laser beam combining system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파장제어 빔결합 시스템(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 파장제어 빔결합 시스템(100)은, 레이저 빔을 생성하는 제 1 내지 제 n 레이저 모듈 블럭(110-1 내지 110-n), 광섬유 채널을 배열하는 일체형 광섬유 배열 구조체(130), 레이저 빔(10)의 경로 수차를 조정하는 전송 광학 구조체(104-1,104-2), 레이저 빔들(10)을 결합하여 회절 결합빔을 생성하고, 다수의 회절 결합빔을 결합하여 하나의 고출력 레이저빔을 형성하는 회절 격자 구조체(105-1,105-2), 상기 고출력 레이저빔을 분리 및 결상하여 상태를 감시하는 상태감시 광학계(180), 상기 상태감시 광학계(180)를 통하여 상기 고출력 레이저빔을 분석하는 시스템 제어기(120) 등을 포함하여 구성될 수 있다.1 is a block diagram of a wavelength control beam combining system 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the wavelength control beam combining system 100 includes first to nth laser module blocks 110-1 to 110-n for generating laser beams, and an integrated optical fiber array structure 130 for arranging optical fiber channels. ), transmission optical structures 104-1 and 104-2 that adjust the path aberration of the laser beam 10, the laser beams 10 are combined to generate a diffractive combined beam, and a plurality of diffractive combined beams are combined to generate one high power The high-power laser beam is transmitted through the diffraction grating structures 105-1 and 105-2 forming a laser beam, a state monitoring optical system 180 that monitors the state by separating and forming the high-power laser beam, and the state monitoring optical system 180. It may be configured to include a system controller 120 to analyze and the like.

제 1 내지 제 n 레이저 모듈 블럭(110-1 내지 110-n)은 제 1 내지 제 n 서브 광섬유 레이저 모듈(110-1-1 내지 110-1-n)로 구성된다. 제 1 내지 제 n 서브 광섬유 레이저 모듈(110-1-1 내지 110-1-n)은 선편광성, 좁은 선폭, 및 고품질의 수kW급의 성능을 가지는 단일 모듈이다. The first to nth laser module blocks 110-1 to 110-n are composed of first to nth sub-fiber laser modules 110-1-1 to 110-1-n. The first to nth sub-fiber laser modules 110-1-1 to 110-1-n are single modules having linear polarization, narrow line width, and high quality performance of several kW class.

내부는 시드빔(미도시), 광섬유 증폭기(미도시), 출력단(미도시), 시드빔/증폭기 제어 드라이버(미도시) 및 가이드 가시광 레이저 빔소자(미도시)로 구성되어있다. 이러한 다수의 모듈에서 나오는 출력 광섬유 다발은 일체형 광섬유 배열 구조체(130)로 통합된다.The interior is composed of a seed beam (not shown), an optical fiber amplifier (not shown), an output stage (not shown), a seed beam/amplifier control driver (not shown), and a guide visible light laser beam element (not shown). The output optical fiber bundles from these multiple modules are integrated into an integrated optical fiber array structure 130.

일체형 광섬유 배열 구조체(130)로부터 출력되는 개별 레이저빔은 발산되며, 발산하는 레이저 빔(10)은 전송 광학 구조체(104-1,104-2)로 입사되여 일정 빔 직경을 가지는 형태로 레이저 빔을 평행광으로 시준된다. 전송 광학 구조체(104-1,104-2)는 단수 또는 다수로 이루어질 수 있다. 명세서 전체에서 다수는 복수를 포함하는 개념이다. 제 1 및 제 2 전송 광학 구조체(104-1,104-2)는 각 레이저 모듈별로 회절 격자 구조체(105-1,105-2)에 입사되는 각도를 고정한다. 이를 위해, 입삭 각도는 전송 광학 구조체(104-1,104-2)의 거울 곡면에 의해 결정된다.Individual laser beams output from the integrated optical fiber array structure 130 are diverged, and the emanating laser beam 10 is incident on the transmission optical structures 104-1 and 104-2 so that the laser beam is collimated into a form having a predetermined beam diameter. Is collimated. The transmission optical structures 104-1 and 104-2 may be formed in singular or plural. Throughout the specification, a majority is a concept including a plurality. The first and second transmission optical structures 104-1 and 104-2 fix angles incident on the diffraction grating structures 105-1 and 105-2 for each laser module. To this end, the angle of entry is determined by the mirror curves of the transmission optical structures 104-1 and 104-2.

거울 곡면은 구면, 포물면, 쌍곡면 등이 적용되며, 일체형 광섬유 배열 구조체(130)로부터 출력되는 레이저빔의 발산 각도에 따라 곡률값을 최적화한 설계를 반영해서 수차를 최소화할 수 있다. 이는 상용 레이 추적(ray tracing) 광학설계 프로그램을 이용해서 최적화 설계를 할 수 있다. As for the mirror curved surface, a spherical surface, a parabolic surface, a hyperbolic surface, and the like are applied, and aberration can be minimized by reflecting a design that optimizes the curvature value according to the divergence angle of the laser beam output from the integrated optical fiber array structure 130. This can be optimized design using a commercial ray tracing optical design program.

시준된 레이저 빔의 직경은 일체형 광섬유 배열 구조체(130)와 전송 광학 구조체(104-1,104-2)와의 거리로부터 결정되며, 이중 전송거울로 구성할 경우 하나의 초점면을 거쳐서 2번째 전송거울에서 평행하게 시준되도록 구성이 가능하다. 회절 격자 구조체(105-1,105-2)는 단수 또는 이중으로 구성할 수 있다.The diameter of the collimated laser beam is determined from the distance between the integrated optical fiber array structure 130 and the transmission optical structures 104-1 and 104-2, and in the case of a double transmission mirror, parallel to the second transmission mirror through one focal plane. It can be configured to collimate properly. The diffraction grating structures 105-1 and 105-2 may be composed of singular or double.

시준된 레이저 빔은 회절 격자 구조체(105-1,105-2)에 입사된다. 전송 광학 구조체(104-1,104-2)를 단수의 전송 거울로 구성하는 경우, 하나의 회절 격자 구조체로 결합이 가능하다. The collimated laser beam is incident on the diffraction grating structures 105-1 and 105-2. When the transmission optical structures 104-1 and 104-2 are composed of a single transmission mirror, they can be combined into one diffraction grating structure.

하지만, 수차 및/또는 레이저 선폭에 의한 회절축 방향의 빔품질 저하를 감안해야 한다. 이 문제를 해결하기 위해, 이중의 전송거울과 회절 격자로 구성하는 경우, 2번째인 제 2 전송거울(104-2)로부터 각 파장별로 평행하게 시준되는 일정 직경의 레이저 빔을 1번째인 제 1 회절 격자 구조체(105-1)에 일정간격을 가지면서 일부 중첩되어 입사시킨다. However, it is necessary to take into account the decrease in the beam quality in the diffraction axis direction due to aberration and/or laser line width. In order to solve this problem, in the case of configuring a double transmission mirror and a diffraction grating, a laser beam of a predetermined diameter collimated in parallel for each wavelength from the second transmission mirror 104-2, which is the second, is the first The diffraction grating structure 105-1 is partially overlapped and incident at a predetermined interval.

그리고, 2번째인 제 2 회절 격자 구조체(105-2)로 각 파장별 일정한 각도를 가지며 입사하며, 최종 회절 결합빔(20)으로 결합되어 하나의 고출력 레이저빔(30)을 형성한다. 이러한 이중 회절격자 구조는 레이저 선폭에 의한 회절축 방향 빔품질 저하를 보상할 수 있다. In addition, the second diffraction grating structure 105-2 is incident at a constant angle for each wavelength, and is combined into the final diffraction combined beam 20 to form one high-power laser beam 30. Such a double diffraction grating structure can compensate for the decrease in beam quality in the diffraction axis direction due to the laser line width.

또한, 기존의 이중 회절격자 방식의 결합은 각 레이저빔을 렌즈로 시준하여 입사해야 하기 때문에 회절축 방향의 레이저빔 시준 광기구(미도시)와 1번째 회절격자의 크기가 커지는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 일실시예에서는 1번째인 제 1 회절 격자 구조체(105-1)로 입사되는 시준빔의 일부 중첩성을 통해 전체 광학 구조의 소형화를 추구할 수 있다. 도 3의 일체형 광섬유 배열블록체에 융착된 개별 광섬유간 간격만큼 1번째 회절 격자 구조체(105-1)로 입사하는 n개의 시준빔간 간격이 결정되기 때문에, 각각을 렌즈로 시준하여 구성하는 이중 회절격자 방식에서의 시준빔 전체 폭보다 ∼1/n 수준만큼 빔 폭을 줄일 수 있다. 이로 인해 각각의 레이저빔을 시준하는 광학 렌즈와 거울 등의 부품 폭을 함께 줄여 결국 전체 시스템의 소형화 구성이 가능하다. In addition, the conventional combination of the double diffraction grating method has a problem that the size of the first diffraction grating and the laser beam collimating optical device (not shown) in the diffraction axis direction increases because each laser beam must be collimated with a lens and incident. However, in an embodiment of the present invention, miniaturization of the entire optical structure can be pursued through partial overlapping of the collimating beam incident on the first diffraction grating structure 105-1. Since the distance between the n collimating beams incident on the first diffraction grating structure 105-1 is determined by the distance between the individual optical fibers fused to the integrated optical fiber array block body of FIG. 3, a double diffraction grating configured by collimating each with a lens The beam width can be reduced by ∼1/n level from the total width of the collimating beam in the method. As a result, the width of parts such as optical lenses and mirrors that collimate each laser beam are reduced together, resulting in a miniaturization of the entire system.

결합된 고출력 레이저빔은 빔 스플리터(106)을 통해 대부분은 반사형 빔확대기(170) 방향으로 출력되며, 일부 적은 출력의 고출력 레이저 빔은 상태감시 광학계(180)로 전달된다. 반사형 빔확대기(170)는 고출력 레이저 빔의 빔직경을 체계 용도에 맞게 확대시키는 광학기구이다. 반사형을 적용함으로써 고출력 레이저의 열변형에 의한 빔형상 왜곡 등을 크게 감소시킬 수 있다. The combined high-power laser beam is mostly output to the reflective beam expander 170 through the beam splitter 106, and a high-power laser beam with a small output is transmitted to the condition monitoring optical system 180. The reflective beam expander 170 is an optical device that enlarges a beam diameter of a high-power laser beam to suit a system purpose. By applying the reflection type, it is possible to greatly reduce the distortion of the beam shape due to thermal deformation of the high-power laser.

상태감시 광학계(180)는 결합된 레이저빔의 정렬 및/또는 파장 상태를 감시 및/또는 확인하는 광학기구이다.The state monitoring optical system 180 is an optical device that monitors and/or confirms the alignment and/or wavelength state of the combined laser beam.

광정렬 초기 진단 광학계(190)는 회절격자를 통해 회절된 가이드 가시광 레이저(191)를 이용하여 레이저 시스템이 초기화 과정에서 정렬 상태를 진단하기 위한 광학구조이다.The optical alignment diagnosis optical system 190 is an optical structure for diagnosing the alignment state during the initialization process of the laser system using the guided visible light laser 191 diffracted through the diffraction grating.

상태감시 광학계(180)에서 감지된 센서 신호(181)은 시스템 제어기(120)로 입력된다. 시스템 제어기(120)는 안정화 알고리즘을 통해 도출된 제어 신호(115)를 제 1 내지 제 n 레이저 모듈 블럭(110-1 내지 110-n)에 전달함으로써 시드빔 전류/온도 제어를 통해 결합빔 안정화 제어루프가 작동하게 된다. The sensor signal 181 detected by the state monitoring optical system 180 is input to the system controller 120. The system controller 120 controls the combined beam stabilization through seed beam current/temperature control by transmitting the control signal 115 derived through the stabilization algorithm to the first to nth laser module blocks 110-1 to 110-n. The loop works.

광정렬 초기 진단 광학계(190)에서 감지된 센서 신호(192)는 시스템 제어기(120)로 입력되고, 초기 상태 진단 알고리즘을 통해 도출된 제어 신호(193, 114)는 전송 광학 구조체(104-1,104-2)의 위치를 변경하는 제 1-1 및 제 1-2 구동기(141-1,141-2) 및 회절 격자 구조체(105-1,105-2)의 위치를 변경하는 제 2-1 및 제 2-2 구동기(142-1,142-2)를 구동하여 위치 보정을 실시하게 된다.The sensor signal 192 detected by the optical alignment initial diagnosis optical system 190 is input to the system controller 120, and the control signals 193 and 114 derived through the initial state diagnosis algorithm are transmitted optical structures 104-1 and 104- 2) The 1-1 and 1-2 drivers (141-1 and 141-2) that change the position of the 2) and the 2-1 and 2-2 drivers that change the position of the diffraction grating structures (105-1, 105-2) Position correction is performed by driving (142-1,142-2).

이를 위해, 구동기(141-1,141-2,142-1,142-2)는 액추에이터, 기어, 전자회로 등으로 구성된다. 물론, 액추에이터는 높이를 조절하기 위해, 볼 스크류, 모터 등으로 구성될 수 있다.To this end, the actuators 141-1, 141-2, 142-1, and 142-2 are composed of actuators, gears, and electronic circuits. Of course, the actuator may be composed of a ball screw, a motor, or the like to adjust the height.

도 2는 도 1에 도시된 시스템 제어기(120)의 상세 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 시스템 제어기(120)는, 진단부(210), 계산부(220), 및 보정부(230), 안정 제어부(240) 등을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.FIG. 2 is a detailed block diagram of the system controller 120 shown in FIG. 1. Referring to FIG. 2, the system controller 120 is characterized in that it is configured to include a diagnosis unit 210, a calculation unit 220, a correction unit 230, a stability control unit 240, and the like.

진단부(210)는 광정렬 초기 진단 광학계(191)로부터 상기 회절 격자 구조체(105-1,105-2)에 의해 생성되는 회절된 가이드 가시광 레이저를 이용하여 초기 진단 정보 및 상태감시 광학계(180)로부터 고출력 레이저 빔의 상태 감시 정보를 수신한다.The diagnosis unit 210 uses the diffracted guide visible light laser generated by the diffraction grating structures 105-1 and 105-2 from the optical alignment initial diagnosis optical system 191 to provide high power from the initial diagnosis information and the condition monitoring optical system 180. Receive laser beam status monitoring information.

계산부(220)는 초기 진단 정보를 이용하여 전송 광학 구조체(104-1,104-2) 및 회절 격자 구조체(105-1,105-2)의 위치 보정 정보를 산출한다. 또한, 상태 감시 정보를 이용하여 실시간 파장제어/보상 및 각 광섬유 채널 이상 유무를 판단하여 안정화 제어 루프 정보를 산출한다.The calculation unit 220 calculates position correction information of the transmission optical structures 104-1 and 104-2 and the diffraction grating structures 105-1 and 105-2 using the initial diagnosis information. Also, by using the state monitoring information, real-time wavelength control/compensation and whether there is an abnormality in each optical fiber channel is determined to calculate stabilization control loop information.

보정부(230)는 산출된 위치 보정 정보를 바탕으로 위치 보정을 위한 제어 신호(114,193)를 생성하여 구동기(141-1,141-2,142-1,142-2)에 전송한다. The correction unit 230 generates control signals 114 and 193 for position correction based on the calculated position correction information and transmits them to the drivers 141-1, 141-2, 142-1, and 142-2.

안전 제어부(240)는 산출된 안정화 제어 루프 정보를 바탕으로 레이저 모듈 블럭(110-1 내지 110-n)에 대한 안정화 제어 루프에 위한 제어 신호(115)를 생성하여 레이저 모듈 블럭(110-1 내지 110-n)에 전송한다.The safety control unit 240 generates a control signal 115 for a stabilization control loop for the laser module blocks 110-1 to 110-n based on the calculated stabilization control loop information, and 110-n).

도 2에 도시된 진단부(210), 계산부(220), 보정부(230) 및 안정 제어부(240)는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.The diagnostic unit 210, the calculation unit 220, the correction unit 230, and the stability control unit 240 shown in FIG. 2 refer to units that process at least one function or operation, which are software and/or hardware. Can be implemented. In hardware implementation, application specific integrated circuit (ASIC), digital signal processing (DSP), programmable logic device (PLD), field programmable gate array (FPGA), processors, microprocessors, and other devices designed to perform the above-described functions It may be implemented as an electronic unit or a combination thereof. In software implementation, it may be implemented as a module that performs the above-described functions. Software can be stored in a memory unit and executed by a processor. The memory unit or processor may employ various means well known to those skilled in the art.

도 3은 도 1에 도시된 일체형 광섬유 배열 구조체(130)의 모식도이다. 도 3을 참조하면, 일체형 광섬유 배열 구조체(130)를 구성하는 각 광섬유(320,330)는 배열 블록(310)과 일체형으로 융착되며, 이러한 다수의 광섬유를 일정 간격으로 정밀하게 정렬하여 제작된다.3 is a schematic diagram of the integrated optical fiber array structure 130 shown in FIG. 1. Referring to FIG. 3, each of the optical fibers 320 and 330 constituting the integrated optical fiber array structure 130 is integrally fused with the array block 310, and is manufactured by precisely aligning a plurality of optical fibers at regular intervals.

배열 블록(310)은 광섬유(320,330)로부터 발산되는 레이저광을 수용하는 유리 소재의 사각 구조 블록이며, 용융 실리카(Fused silica), 제로듀어(Zerodur), Al2O3 등 고출력 레이저 파장 영역에서 흡수율이 낮은 소재를 사용한다.The array block 310 is a rectangular structure block made of a glass material that receives laser light emitted from the optical fibers 320 and 330, and has an absorption rate in a high-power laser wavelength region such as fused silica, Zerodur, and Al 2 O 3 Use this low material.

광섬유(320,330)는 편광유지 광섬유(320)와 무편광성 광섬유(330)을 사용할 수 있다. 회절격자로 빔결합을 위해 선편광성을 유지해야 하며, 이는 제작 공정시 X/Y/Z축 정밀 구동 및 회전을 통해 달성할 수 있다.The optical fibers 320 and 330 may use a polarization maintaining optical fiber 320 and a non-polarization optical fiber 330. Linear polarization must be maintained for beam combining with a diffraction grating, which can be achieved through precise X/Y/Z axis driving and rotation during the manufacturing process.

제작 공정은 다음과 같다.The manufacturing process is as follows.

(1) 광섬유(320,330)를 Roll각 회전(305) 및 X/Y축 정렬(306)을 구동기(미도시)를 이용하여 정밀 정렬한다.(1) The optical fibers 320 and 330 are precisely aligned using a roll angle rotation 305 and an X/Y axis alignment 306 using a driver (not shown).

(2) Z축 구동(307)을 통해 배열블록(310)에 접근시키다.(2) The arrangement block 310 is approached through the Z-axis drive 307.

(3) 융착용 레이저(340)로 광섬유(320,330) 및 배열블록(31)을 용융, 접착 및 인장 인가의 순서로 처리한다. 이러한 공정을 통해 제작된 일체형 광섬유 배열 구조체를 이용하여 광학 정렬 오차/수차 최소화 및 공정 용이성, 소형화를 달성할 수 있다.(3) The fusion laser 340 processes the optical fibers 320 and 330 and the array block 31 in the order of melting, bonding, and tensile application. By using the integrated optical fiber array structure manufactured through such a process, optical alignment errors/aberrations can be minimized, and process ease and miniaturization can be achieved.

도 4는 도 1에 도시된 반사형 빔확대기(170)의 광학 모식도이다. 도 4를 참조하면, 반사형 빔확대기(170)는 고출력 레이저 빔(401)을 빔직경이 확대된 출력빔(404)으로 변환하는 장치이다. 1차 빔 확대용 거울(420)는 구면, 포물면, 쌍곡면, 타원면 등으로 구성할 수 있다. 2차 빔 확대용 거울(430)은 구면, 포물면, 쌍곡면, 타원면 등으로 구성할 수 있다. 출력빔(404)의 직경은 1차 빔 확대용 거울(420)과 2차 빔 확대용 거울(430)의 곡률의 비율만큼 확대된다. 체계 용도에 맞추어 곡률 비율을 산정하여 원하는 빔직경을 구현할 수 있다.4 is an optical schematic diagram of the reflective beam expander 170 shown in FIG. 1. Referring to FIG. 4, the reflective beam expander 170 is a device that converts a high-power laser beam 401 into an output beam 404 having an enlarged beam diameter. The primary beam enlargement mirror 420 may be formed of a spherical surface, a parabolic surface, a hyperbolic surface, an elliptical surface, and the like. The secondary beam enlargement mirror 430 may be formed of a spherical surface, a parabolic surface, a hyperbolic surface, an elliptical surface, and the like. The diameter of the output beam 404 is enlarged by a ratio of the curvature of the primary beam expanding mirror 420 and the secondary beam expanding mirror 430. The desired beam diameter can be realized by calculating the curvature ratio according to the system usage.

도 5는 도 1에 도시된 광정렬 초기 진단 광학계(190)의 광학 모식도이다. 도 5를 참조하면, 제 1 내지 제 n 서브 광섬유 레이저 모듈(110-1-1 내지 110-1-n)에 장착된 가이드 가시광 레이저빔은 주증폭기 여분의 펌프 포트 및 커플러를 통해 고출력 레이저빔(도 1의 30)과 같은 광섬유 내 경로로 출력될 수 있다. 5 is an optical schematic diagram of the optical alignment early diagnosis optical system 190 shown in FIG. 1. 5, the guide visible laser beam mounted on the first to n-th sub fiber laser modules 110-1-1 to 110-1-n is a high-power laser beam through an extra pump port and coupler of the main amplifier. It may be output through a path in the optical fiber as shown in 30) of FIG. 1.

가이드 가시광 레이저빔은 400 ~ 700nm 대역의 파장을 가질 수 있으며, 회절 격자 구조체(105-1,105-2)의 격자밀도에 따라 파장은 정해지게 된다. 예시로 1740 l/mm의 격자밀도를 가지는 회절격자를 적용했을 시, 가이드 가시광 레이저빔은 630 ~ 640nm대역의 파장을 가져야 한다. The guided visible laser beam may have a wavelength of 400 to 700 nm, and the wavelength is determined according to the grating density of the diffraction grating structures 105-1 and 105-2. For example, when a diffraction grating having a grating density of 1740 l/mm is applied, the guided visible laser beam should have a wavelength in the 630 ~ 640nm band.

이 때 입사된 633nm의 가이드 가시광 레이저빔(501)은 약 9 ~ 11도의 회절각을 가지고 가이드 가시광 -1차 반사 회절빔(502) 및 가이드 가시광 -1차 투과 회절빔(503)으로 분리된다. 이 각도는 고출력 레이저 회절빔 및 결합빔과 간섭되지 않기 때문에 제 1 및 제 2 광학계 센서(550-1,550-2)로 탐지가 가능한 영역에 위치한다. At this time, the incident guide visible light laser beam 501 of 633 nm has a diffraction angle of about 9 to 11 degrees and is divided into a guide visible light -first order reflected diffraction beam 502 and a guide visible light -first order transmitted diffracted beam 503. Since this angle does not interfere with the high-power laser diffraction beam and the combined beam, it is located in an area that can be detected by the first and second optical system sensors 550-1 and 550-2.

가이드 가시광 -1차 투과 회절빔(503)은 제 1 집속 렌즈(540-1)를 통해 제 1 광학계 센서(550-1)로 입사하게 된다. 제 1 집속렌즈(540-1)는 위치 정밀도, 센서의 픽셀크기에 의존하여 초점거리 및 직경, 곡률을 산정할 수 있다. 제 1 광학계 센서(550-1)는 Si 기반의 1차원 또는 2차원 위치센서(Position Sensing Detector, PSD)나 CCD(Charge-Coupled Device), CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 센서와 광량 조절을 위한 감쇄 필터를 함께 적용할 수 있다. The guide visible light -the first transmitted diffracted beam 503 is incident on the first optical system sensor 550-1 through the first focusing lens 540-1. The first focusing lens 540-1 may calculate a focal length, a diameter, and a curvature depending on the location accuracy and the pixel size of the sensor. The first optical system sensor 550-1 is a Si-based one-dimensional or two-dimensional position sensing detector (PSD), a charge-coupled device (CCD), a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) sensor, and for controlling the amount of light. Attenuation filters can be applied together.

제 1 광학계 센서(550-1)릍 통해 감지된 위치 정보는 시스템 제어기(도 1의 120) 내 광정렬 초기 진단 알고리즘 흐름을 거친 제어 신호로 전송 광학 구조체(104-1,104-2) 및 회절 격자 구조체(105-1,105-2)의 위치 보정을 실시하는 구동기(141-1,141-2,142-1,142-2)를 제어하여 초기 진단 및 보상을 하게 된다.The positional information detected through the first optical system sensor 550-1 is transmitted as a control signal that has passed through the light alignment initial diagnosis algorithm flow in the system controller (120 in FIG. 1). Optical structures 104-1 and 104-2 and diffraction grating structures Initial diagnosis and compensation are performed by controlling the actuators 141-1, 141-2, 142-1, and 142-2 that perform position correction of (105-1, 105-2).

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광정렬 초기 상태 진단 및 점검 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 시스템 시작 명령이 들어오면, 시스템 제어기(120)가 자체 진단을 실시한다. 이 때, 전송 광학 구조체(104-1,104-2) 및 회절 격자 구조체(105-1,105-2)의 위치 보정을 실시하는 구동기(141-1,141-2,142-1,142-2)의 위치값을 확인하게 된다(단계 S610,S620,S630). 6 is a flowchart illustrating a process of diagnosing and checking an initial state of optical alignment according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, when a system start command is received, the system controller 120 performs self-diagnosis. At this time, the position values of the drivers 141-1, 141-2, 142-1, and 142-2 that correct the positions of the transmission optical structures 104-1 and 104-2 and the diffraction grating structures 105-1 and 105-2 are checked ( Steps S610, S620, S630).

그 후, 레이저 모듈 블럭(110-1 내지 110-n)의 제 1 내지 제 n 서브 광섬유 레이저 모듈(110-1-1 내지 110-1-n) 내 가이드 가시광 레이저와 시드빔 전원을 인가하여 병렬적으로 광학 정렬도 및 경로 확인 과정을 수행한다. 부연하면, 광섬유 레이저 모듈(110-1-1 내지 110-1-n)에 장착된 가이드 가시광 레이저 전원 인가 및 조사를 실시하고, 가이드 가시광 -1차 반사 회절빔(502) 및 가이드 가시광 -1차 투과 회절빔(503)의 위치 및/또는 각도를 광학계 센서(550-1,550-2)로 감지한다(단계 S641-1,S641-2).Thereafter, the guide visible light laser and the seed beam power in the first to nth sub-fiber laser modules 110-1-1 to 110-1-n of the laser module blocks 110-1 to 110-n are applied in parallel. As an alternative, it performs the optical alignment and path check process. In other words, applying and irradiating a guide visible light laser mounted on the optical fiber laser modules 110-1-1 to 110-1-n, guide visible light -1st reflected diffraction beam 502 and guide visible light -1st order The position and/or angle of the transmitted diffracted beam 503 is sensed by the optical system sensors 550-1 and 550-2 (steps S641-1 and S641-2).

동시에 협대역 고출력 레이저 시드빔 전원 인가하여 상태감시 광학계 센서(550-1,550-2)의 최적 감지를 위해 감쇄 광학 소자 조절을 수행하고, 상태감시 광학계(180) 내 원거리장(Far-field) 센서를 통한 시드빔 레이저광 감지 및 정렬/결합 위치를 확인한다(단계 S642-1,S642-2,S642-3). Simultaneously, attenuation optical element is adjusted for optimal detection of the condition monitoring optical system sensors (550-1,550-2) by applying a narrow-band high-power laser seed beam power, and a far-field sensor in the condition monitoring optical system (180) is Seed beam laser light detection and alignment/combination positions are checked (steps S642-1, S642-2, S642-3).

시스템 시작시 구동기의 초기 위치에 의한 초기 구동기 각도값과 광학계 센서를 이용하여 감지된 감지 각도값을 비교하여 비교에 따른 오차(즉, 차이값)를 계산하고, 이 오차를 보상하기 위해 상기 구동기(141-1,141-2,142-1,142-2)의 위치를 보정한다. 오차가 보상된 구동기 위치값을 저장하여 추후 시스템 초기 진단시 활용하는 데이터가 된다. 최종 위치 확인 및 협대역 고출력 레이저 광섬유 증폭기 전원 대기 상태로 전환하여 시스템 초기화를 완료하게 된다(단계 S650,S660,S670,S680,S690).When the system is started, the initial driver angle value by the initial position of the driver and the detected angle value detected using the optical system sensor are compared to calculate an error (i.e., difference value) according to the comparison, and to compensate for this error, the driver ( 141-1,141-2,142-1,142-2). The position value of the actuator compensated for the error is stored and becomes the data used for initial system diagnosis later. Confirming the final position and switching to the standby state of the narrowband high-power laser optical fiber amplifier to complete the system initialization (steps S650, S660, S670, S680, S690).

도 7은 도 1에 도시된 상태감시 광학계(180)의 모식도이다. 도 7을 참조하면, 고출력 레이저 빔(701)은 제 1 및 2 빔 스플리터(720-1,720-2)를 거쳐 감쇄된 결합빔으로 상태감시 광학계(180)로 입사된다. 그 감쇄된 결합빔은 시스템 초기 진단 및/또는 고출력 레이저 발진 등의 상황에 맞춰 회전 구동기(미도시)를 갖춘 편광자(730)와 구동되는 핀홀(740)를 통해 원거리장(far-field) 센서(770)로 입사되는 출력이 조절된다. 50:50 빔 스플리터(720-2)를 통해 원거리장 센서(770)와 정렬상태 감시 센서(710)로 빔경로를 나누게 된다.7 is a schematic diagram of the state monitoring optical system 180 shown in FIG. 1. Referring to FIG. 7, a high-power laser beam 701 is a combined beam attenuated through the first and second beam splitters 720-1 and 720-2 and is incident on the state monitoring optical system 180. The attenuated combined beam is a far-field sensor (far-field) through a polarizer 730 equipped with a rotation driver (not shown) and a pinhole 740 driven in accordance with conditions such as system initial diagnosis and/or high-power laser oscillation. The output incident on 770 is adjusted. The beam path is divided into the far-field sensor 770 and the alignment state monitoring sensor 710 through the 50:50 beam splitter 720-2.

원거리장 센서(770)는 집속렌즈(760)을 통해 초점면의 결합빔을 감지하고, 결합상태와 빔 떨림(Jitter)상태를 확인하게 된다. 정렬상태 감시 센서(710)는 빔분리 회절격자(780)와 집속렌즈(790)를 통해 분리된 출력빔(702-1 내지 702-n)의 센서면 위치를 감지하게 되고, 각 채널별 협대역 광섬유 레이저 모듈의 파장 상태를 확인하게 된다. The far-field sensor 770 detects the combined beam of the focal plane through the focusing lens 760, and checks the combined state and the beam jitter state. The alignment condition monitoring sensor 710 detects the position of the sensor surface of the output beams 702-1 to 702-n separated through the beam-separating diffraction grating 780 and the focusing lens 790, and narrow band for each channel. Check the wavelength status of the fiber laser module.

각 파장에 따라 빔분리 회절격자(780)를 통해 일정 회절각으로 분리되고, 집속렌즈(790)의 배율에 의해 각 파장별로 일정 간격을 유지하여 정렬상태 감시 센서(710)에 위치한다. 예시로 1200 l/mm 빔분리 회절격자 및 100mm 초점거리 볼록렌즈를 적용시 파장 감지 분해능은 ~수 pm 수준으로 획득할 수 있다. According to each wavelength, it is separated by a predetermined diffraction angle through a beam-separating diffraction grating 780, and is positioned at the alignment state monitoring sensor 710 by maintaining a predetermined interval for each wavelength by the magnification of the focusing lens 790. For example, when a 1200 l/mm beam-separating diffraction grating and a 100mm focal length convex lens are applied, the wavelength detection resolution can be obtained at the level of ~ several pm.

원거리장 센서(770) 및 정렬상태 감시 센서(710)는 Si, InGaAs 기반의 1차원 또는 2차원 위치센서(Position Sensing Detector, PSD)나 CMOS, CCD 센서와 광량 조절을 위한 감쇄 필터를 함께 적용할 수 있다.The far-field sensor 770 and the alignment state monitoring sensor 710 can be applied with a Si, InGaAs-based one-dimensional or two-dimensional position sensor (Position Sensing Detector, PSD), CMOS, CCD sensor, and attenuation filter for controlling the amount of light. I can.

도 8 및 도 9는 도 7에 도시된 결합빔 상태감시를 통한 시스템 안정화 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 시스템 시작 명령으로 시스템 제어기(120)가 자체 진단을 실시한다. 도 6에 도시된 시스템 초기화 과정이 완료되고 발진 모드로 진입되면, 고출력 레이저 전원 인가 및 결합빔 발진이 시작된다(단계 S810,S811,S813,S814). 8 and 9 are flowcharts illustrating a system stabilization process through monitoring of a combined beam condition shown in FIG. 7. Referring to FIG. 8, the system controller 120 performs self-diagnosis with a system start command. When the system initialization process shown in FIG. 6 is completed and the oscillation mode is entered, high-power laser power is applied and combined beam oscillation is started (steps S810, S811, S813, and S814).

상태감시 광학계로 입사하는 결합빔의 세기 조절을 위해 감쇄 광학 소자(편광자, 핀홀)이 조정되며, 상태감시 광학계 센서를 통해 고출력 레이저 빔을 감지한다. 센서로 감지된 각 파장별(채널별) 레이저 빔 패턴들은 영상 처리 필터를 통해 노이즈가 저감된 이진화 영상으로 전환하여 중심점 계산을 수행한다(단계 S815,S816,S817). Attenuation optical elements (polarizer, pinhole) are adjusted to adjust the intensity of the combined beam incident to the state monitoring optical system, and a high-power laser beam is detected through the state monitoring optical system sensor. The laser beam patterns for each wavelength (for each channel) detected by the sensor are converted to a binarized image with reduced noise through an image processing filter, and the center point is calculated (steps S815, S816, and S817).

이후, 계산된 중심점의 픽셀 위치를 통해 빔 간 거리 간격을 계산하고, 요동하는 빔은 칼만필터를 적용해서 예측하여 추적한다. 얻어진 중심점의 거리 간격을 파장값으로 환산하여, 기준 파장 상태일 때의 값과 비교하여 오차를 계산하고, 제어를 위한 각 채널별 시드빔 온도/전류값을 산출한다(단계 S818,S819). 이 때, 정렬/결합 위치, 파장 상태에 이상 상태 감지 여부를 판단하고, 정상인 경우 계속 발진한다(단계 S820,S830).Thereafter, the distance interval between the beams is calculated through the calculated pixel position of the center point, and the oscillating beam is predicted and tracked by applying a Kalman filter. The distance interval between the obtained center point is converted into a wavelength value, an error is calculated by comparing it with a value in a reference wavelength state, and a seed beam temperature/current value for each channel for control is calculated (steps S818 and S819). At this time, it is determined whether an abnormal state is detected in the alignment/combination position and the wavelength state, and if it is normal, the oscillation is continued (steps S820 and S830).

도 9를 참조하면, 단계 S820에서, 이상 상태가 감지된 경우, 제어 범위 내에 있는지 판단한다. 제어 범위는 상태감시 광학계내 정렬상태 감시 센서에서 획득한 분리빔이 중첩되지 않는 범위를 말한다. 제어 범위 내에 있을 경우, 협대역 레이저 모듈 시드빔 파장제어를 통해 결합 상태 안정화 제어를 실행하여, 정상 발진 상태를 유지한다(단계 S910,S920,S930). 단계 S910에서, 제어 범위를 벗어난 상태인 경우, 협대역 레이저 모듈의 수가 기준 수치 이상이면, 전체 전원을 차단하고 비상/진단 모드로 진입한다(단계 S940,S960). 단계 S940에서 기준 수치보다 미만인 경우, 이상 파장 감지된 채널의 협대역 레이저 모듈 광섬유 증폭기 전원을 순차적으로 차단한다(단계 S950).Referring to FIG. 9, in step S820, when an abnormal state is detected, it is determined whether it is within a control range. The control range refers to the range in which the split beams acquired by the alignment status monitoring sensor in the condition monitoring optical system do not overlap. If it is within the control range, the coupling state stabilization control is performed through the narrow-band laser module seed beam wavelength control to maintain the normal oscillation state (steps S910, S920, and S930). In step S910, when the number of narrowband laser modules is out of the control range, if the number of narrowband laser modules is equal to or greater than the reference value, the entire power is cut off and the emergency/diagnosis mode is entered (steps S940 and S960). If it is less than the reference value in step S940, the power of the narrowband laser module optical fiber amplifier of the channel in which the abnormal wavelength is detected is sequentially cut off (step S950).

또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. In addition, the steps of the method or algorithm described in connection with the embodiments disclosed herein are implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means such as a microprocessor, a processor, a CPU (Central Processing Unit), etc. It can be recorded on any media. The computer-readable medium may include a program (command) code, a data file, a data structure, or the like alone or in combination.

상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다. The program (command) code recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROM, DVD, Blu-ray, and the like, and ROM, RAM ( A semiconductor memory device specially configured to store and execute program (instruction) codes such as RAM), flash memory, and the like may be included.

여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Here, examples of the program (instruction) code include not only machine language codes such as those created by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The above-described hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the present invention, and vice versa.

100: 파장제어 레이저 빔 결합 시스템
104-1,104-2: 제 1 및 제 2 전송 광학 구조체
105-1,105-2: 제 1 및 제 2 회절 격자 구조체
106: 빔 스플리터
110-1 내지 110-n: 제 1 내지 n 레이저 모듈 블럭
110-1-1 내지 110-1-n: 제 1 내지 제 n 서브 광섬유 레이저 모듈
120: 시스템 제어기
130: 일체형 광섬유 배열 구조체
170: 반사형 빔확대기
180: 상태감시 광학계
190: 광정렬 초기 진단 광학계100: wavelength control laser beam combining system
104-1,104-2: first and second transmission optical structures
105-1,105-2: first and second diffraction grating structures
106: beam splitter
110-1 to 110-n: first to nth laser module block
110-1-1 to 110-1-n: 1st to nth sub-fiber laser modules
120: system controller
130: integrated optical fiber array structure
170: reflective beam expander
180: condition monitoring optical system
190: optical alignment early diagnosis optical system

Claims (17)

복수개의 레이저 모듈 블럭(110-1 내지 110-n)으로부터 생성되는 복수개의 광섬유 채널을 일정 간격으로 배열하는 일체형 광섬유 배열 구조체(130);
상기 복수개의 광섬유 채널로부터 각각 투사되는 복수개의 레이저 빔(10)의 경로 수차를 최소화하고, 상기 복수개의 레이저 빔(10)을 시준하는 전송 광학 구조체(104-1,104-2);
시준된 레이저 빔을 결합하여 복수개의 회절 결합빔을 생성하고 상기 복수개의 회절 결합빔을 결합하여 하나의 고출력 레이저빔을 형성하는 이중의 회절 격자로 구성된 회절 격자 구조체(105-1,105-2);
상기 고출력 레이저빔을 분리 및 결상하여 상태를 감시하는 상태감시 광학계(180); 및
상기 상태감시 광학계(180)를 통하여 상기 고출력 레이저빔을 분석하는 시스템 제어기(120);를 포함하며,
상기 회절 격자 구조체(105-1,105-2)에 의해 생성되는 회절된 가이드 가시광 레이저를 이용하여 초기 진단을 수행하는 광정렬 초기 진단 광학계(190);를 더 포함하며,
상기 복수개의 레이저 빔(10)은 협대역 레이저 빔이고,
상기 복수개의 레이저 빔(10)의 선편광성을 유지하기 위해 상기 일체형 광섬유 배열 구조체(130)는,
배열 블록(310);
상기 배열 블록(310)과 일체로 융착되며 일정 간격으로 정렬되는 광섬유(320,330);를 포함하며, 상기 광섬유(320,330)는 편광유지 광섬유 및 무편광성 광섬유 이며,
상기 배열 블록(310)은 상기 복수개의 레이저 빔(10)을 수용하는 유리 소재의 사각 구조 블록인 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
An integrated optical fiber array structure 130 for arranging a plurality of optical fiber channels generated from the plurality of laser module blocks 110-1 to 110-n at regular intervals;
Transmission optical structures (104-1, 104-2) for minimizing path aberrations of the plurality of laser beams 10 projected from the plurality of optical fiber channels and collimating the plurality of laser beams 10;
A diffraction grating structure (105-1, 105-2) composed of a double diffraction grating configured to generate a plurality of diffractive combined beams by combining the collimated laser beams and combining the plurality of diffractive combined beams to form one high-power laser beam;
A state monitoring optical system 180 for monitoring a state by separating and forming the high-power laser beam; And
Including; a system controller 120 for analyzing the high-power laser beam through the state monitoring optical system 180,
The optical alignment initial diagnosis optical system 190 for performing initial diagnosis using the diffracted guide visible light laser generated by the diffraction grating structures 105-1 and 105-2; further includes,
The plurality of laser beams 10 are narrow-band laser beams,
In order to maintain the linear polarization of the plurality of laser beams 10, the integrated optical fiber array structure 130,
An arrangement block 310;
Including; optical fibers 320 and 330 that are integrally fused with the array block 310 and aligned at regular intervals, wherein the optical fibers 320 and 330 are polarization maintaining optical fibers and non-polarizing optical fibers,
The array block (310) is a wavelength-controlled laser beam combining system, characterized in that the rectangular structure block made of a glass material to receive the plurality of laser beams (10).
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 회절 격자 구조체(105-1,105-2)에 입사되는 상기 시준된 레이저빔의 입사각도는 전송 광학 구조체(104-1,104-2)의 거울 곡면에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 1,
A wavelength-controlled laser beam combining system, characterized in that the angle of incidence of the collimated laser beam incident on the diffraction grating structures 105-1 and 105-2 is determined by a mirror curved surface of the transmission optical structures 104-1 and 104-2. .
제 1 항에 있어서,
상기 시준된 레이저 빔의 직경은 상기 일체형 광섬유 배열 구조체(130)와 상기 전송 광학 구조체(104-1,104-2)간의 거리로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 1,
The diameter of the collimated laser beam is determined from the distance between the integrated optical fiber array structure (130) and the transmission optical structure (104-1, 104-2).
제 1 항에 있어서,
상기 고출력 레이저 빔을 분리하여 일부는 상기 상태감시 광학계(180) 방향으로 전달하는 빔 스플리터(106);를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템
The method of claim 1,
A wavelength-controlled laser beam combining system comprising: a beam splitter 106 that separates the high-power laser beam and transmits some of it in the direction of the condition monitoring optical system 180.
제 6 항에 있어서,
상기 빔 스플리터(106)에 의해 상기 일부를 제외한 나머지의 고출력 레이저빔을 받아 상기 고출력 레이저빔의 직경을 확대하는 반사형 빔확대기(170);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 6,
A wavelength-controlled laser beam combining system comprising: a reflective beam expander 170 that receives the high-power laser beam except for the portion of the high-power laser beam by the beam splitter 106 and enlarges the diameter of the high-power laser beam. .
제 1 항에 있어서,
상기 전송 광학 구조체(104-1,104-2)는 단수 또는 복수개의 전송거울을 이용하여 빔 수차를 최소화하여 시준하는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 1,
The transmission optical structure (104-1, 104-2) is a wavelength-controlled laser beam combining system, characterized in that using a single or a plurality of transmission mirrors to minimize beam aberration and collimate.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 제어기(120)에 의한 미리 설정되는 초기 상태 진단 알고리즘을 통해 도출된 제 1 제어 신호(114,193)를 받아 상기 전송 광학 구조체(104-1,104-2) 및 회절 격자 구조체(105-1,105-2)의 위치 보정을 실시하는 구동기(141-1,141-2,142-1,142-2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 1,
The transmission optical structures 104-1 and 104-2 and the diffraction grating structures 105-1 and 105-2 are received by receiving the first control signals 114 and 193 derived through a preset initial state diagnosis algorithm by the system controller 120 A wavelength-controlled laser beam coupling system comprising: a driver (141-1,141-2,142-1,142-2) that corrects the position of the.
제 9 항에 있어서,
상기 초기 상태 진단 알고리즘은 시스템 시작시 상기 구동기(141-1,141-2,142-1,142-2)의 초기 위치에 의한 초기 구동기 각도값과 광학계 센서를 이용하여 감지된 센서 감지 각도값을 비교하여 상기 비교에 따른 오차를 계산하고 상기 오차를 보상하기 위해, 상기 구동기(141-1,141-2,142-1,142-2)의 위치를 보정하는 알고리즘인 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 9,
The initial state diagnosis algorithm compares the initial driver angle value by the initial position of the driver (141-1,141-2,142-1,142-2) and the sensor detection angle value sensed using an optical system sensor at system startup, A wavelength-controlled laser beam combining system, characterized in that it is an algorithm that corrects the position of the driver (141-1,141-2,142-1,142-2) in order to calculate an error and compensate for the error.
제 10 항에 있어서,
상기 센서 감지 각도값은 회절각을 가지고 가이드 가시광 -1차 반사 회절빔(502) 및 가이드 가시광 -1차 투과 회절빔(503)을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 10,
The sensor detection angle value is calculated using a guide visible light -first order reflected diffraction beam 502 and a guide visible light -first order transmitted diffracted beam 503 having a diffraction angle.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 제어기(120)는 미리 설정되는 안정화 알고리즘을 통해 도출된 제 2 제어신호(115)로 상기 복수개의 레이저 모듈 블럭(110-1 내지 110-n)을 전달하여 시드빔 전류 제어 및 온도 제어를 통해 결합빔 안정화 제어 루프를 동작시키는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 1,
The system controller 120 transmits the plurality of laser module blocks 110-1 to 110-n as a second control signal 115 derived through a preset stabilization algorithm to control seed beam current and temperature. Wavelength-controlled laser beam combining system, characterized in that to operate the combined beam stabilization control loop through.
제 12 항에 있어서,
상기 안정화 알고리즘은 광학계 센서로 감지된 각 채널별 레이저 빔 패턴들로부터 영상 처리 필터를 통해 노이즈가 저감된 이진화 영상으로 전환하여 산출되는 중심점의 픽셀 위치를 통해 빔간 거리 간격이 산출되고, 산출된 거리 간격을 파장값으로 환산하고, 환산된 파장값과 미리 설정되는 기준 파장값을 비교하여 상기 비교 결과에 따른 오차에 해당하는 각 채널별 시드빔 온도 및 전류값을 산출하여 시드빔 전류 제어 및 온도 제어를 통해 결합빔 안정화 제어 루프를 동작시키는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 12,
The stabilization algorithm calculates the distance interval between the beams through the pixel position of the center point calculated by converting the laser beam patterns for each channel detected by the optical system sensor into a binary image with reduced noise through an image processing filter, and calculates the calculated distance interval Is converted into a wavelength value, and the seed beam temperature and current value for each channel corresponding to the error according to the comparison result are calculated by comparing the converted wavelength value with a preset reference wavelength value to control the seed beam current and temperature. Wavelength-controlled laser beam combining system, characterized in that to operate the combined beam stabilization control loop through.
제 13 항에 있어서,
상기 각 채널별 레이저 빔이 요동하면 칼만필터가 적용되는 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 시스템.
The method of claim 13,
Wavelength control laser beam combining system, characterized in that the Kalman filter is applied when the laser beam for each channel fluctuates.
삭제delete (a) 일체형 광섬유 배열 구조체(130)가 복수개의 레이저 모듈 블럭(110-1 내지 110-n)으로부터 생성되는 복수개의 광섬유 채널을 일정 간격으로 배열하는 단계;
(b) 전송 광학 구조체(104-1,104-2)가 상기 복수개의 광섬유 채널로부터 투사되는 복수개의 레이저 빔(10)의 경로 수차를 최소화하고, 상기 레이저 빔(10)을 시준하는 단계;
(c) 회절 격자 구조체(105-1,105-2)가 시준된 레이저 빔을 결합하여 복수개의 회절 결합빔을 생성하고 상기 복수개의 회절 결합빔을 결합하여 하나의 고출력 레이저빔을 형성하는 단계;
(d) 상태감시 광학계(180)가 상기 고출력 레이저빔을 분리 및 결상하여 상태를 감시하는 단계; 및
(e) 시스템 제어기(120)가 상기 상태감시 광학계(180)를 통하여 상기 고출력 레이저빔을 분석하는 단계;를 포함하며,
상기 회절 격자 구조체(105-1,105-2)에 의해 생성되는 회절된 가이드 가시광 레이저를 이용하여 초기 진단을 수행하는 광정렬 초기 진단 광학계(190);를 더 포함하며,
상기 레이저 빔(10)은 협대역 레이저 빔이고,
상기 레이저 빔(10)의 선편광성을 유지하기 위해 상기 일체형 광섬유 배열 구조체(130)는,
배열 블록(310);
상기 배열 블록(310)과 일체로 융착되며 일정 간격으로 정렬되는 광섬유(320,330);를 포함하며, 상기 광섬유(320,330)는 편광유지 광섬유 및 무편광성 광섬유 이며,
상기 배열 블록(310)은 상기 레이저 빔(10)을 수용하는 유리 소재의 사각 구조 블록인 것을 특징으로 하는 파장제어 레이저 빔 결합 방법.
(a) arranging a plurality of optical fiber channels generated from the plurality of laser module blocks 110-1 to 110-n by the integrated optical fiber array structure 130 at regular intervals;
(b) minimizing path aberration of the plurality of laser beams 10 projected from the plurality of optical fiber channels by the transmission optical structures 104-1 and 104-2, and collimating the laser beams 10;
(c) combining the collimated laser beams by the diffraction grating structures 105-1 and 105-2 to generate a plurality of diffractive combined beams and combining the plurality of diffractive combined beams to form one high-power laser beam;
(d) monitoring a state by separating and forming an image of the high-power laser beam by the state monitoring optical system 180; And
(e) analyzing, by the system controller 120, the high-power laser beam through the condition monitoring optical system 180; and
The optical alignment initial diagnosis optical system 190 for performing initial diagnosis using the diffracted guide visible light laser generated by the diffraction grating structures 105-1 and 105-2; further includes,
The laser beam 10 is a narrow band laser beam,
In order to maintain the linear polarization of the laser beam 10, the integrated optical fiber array structure 130,
An arrangement block 310;
Including; optical fibers 320 and 330 that are integrally fused with the array block 310 and aligned at regular intervals, wherein the optical fibers 320 and 330 are polarization maintaining optical fibers and non-polarizing optical fibers,
The arrangement block 310 is a wavelength-controlled laser beam combining method, characterized in that the rectangular block of a glass material to receive the laser beam (10).
제 16 항에 따른 파장제어 레이저 빔 결합 방법을 실행하는 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.A computer-readable storage medium storing program code for executing the wavelength-controlled laser beam combining method according to claim 16.
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