KR102212968B1 - Apparatus and Method for monitoring polarization status and controlling of high power fiber laser for spectral beam combining - Google Patents

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이준수
이정환
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention provides a device for monitoring a polarization state of a high-power fiber laser for wavelength-controlled beam coupling, which does not lower linear polarization even in the application of a non-polarization optical fiber. The device for monitoring the polarization state includes: a plurality of fiber laser modules each arranged in a plurality of channels; an optical system assembly for combining the laser beams from the plurality of fiber laser modules to a wavelength control beam; and a polarization control signal processor providing an output signal for polarization state monitoring to the plurality of fiber laser modules.

Description

파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치 및 방법{Apparatus and Method for monitoring polarization status and controlling of high power fiber laser for spectral beam combining}Apparatus and Method for monitoring polarization status and controlling of high power fiber laser for spectral beam combining}

본 발명은 광섬유 레이저 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 단일 및 다중채널에 대한 자유광학기반과 단일채널에 대한 광섬유기반 편광 상태 모니터링 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a fiber laser technology, and more particularly, to an apparatus and method for monitoring a polarization state based on a single channel and a free optical base for a single channel and a single channel.

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 ~ 수십 μm의 좁은 영역에서 단일모드 레이저빔을 출력할 수 있으며, 이러한 고품질 레이저빔의 출력 증대를 위해서는 고출력의 펌프빔을 입력하여야 한다. 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. However, it is possible to output a single mode laser beam in a narrow area of several to several tens of μm in diameter of the fiber core, and to increase the output of such a high-quality laser beam, a high-power pump beam must be input. 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 현상 중 가장 지배적인 유도 브릴루앙 산란을 극복하기 위한 하나의 방법으로 무편광성(Non-PM) 광섬유로 증폭기를 구성하는 것이다. 이 때 발생하는 문제는 무편광성 광섬유 적용으로 선편광도가 저하되고, 이로 인해 선편광빔을 기반으로 빔결합하는 위상제어나 파장제어 빔결합 기술 적용시 효율 및 결합성이 저하된다.One way to overcome the most dominant induced Brillouin scattering among these phenomena is to configure an amplifier with non-polarized (Non-PM) optical fibers. The problem that occurs at this time is that the linear polarization is lowered by the application of the non-polarization optical fiber, and thus the efficiency and coupling properties are deteriorated when the phase control or wavelength control beam combining technology that combines beams based on the linearly polarized beam is applied.

1. 한국등록특허번호 제10-1937404호(등록일: 2019.01.04)1. Korean Patent Registration No. 10-1937404 (Registration Date: 2019.01.04) 2. 한국공개특허번호 제10-2006-103868호2. Korean Patent Publication No. 10-2006-103868

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 무편광성 광섬유 적용에도 선편광도가 저하되지 않는 파장제어 빔결합을 위한 고출력 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the above problems related to the background technology, and provides an apparatus and method for monitoring the polarization state of a high-power fiber laser for wavelength-controlled beam coupling in which linear polarization does not decrease even when non-polarization optical fibers are applied. have.

또한, 본 발명은 선편광빔을 기반으로 빔결합하는 위상제어나 파장제어 빔결합 기술 적용시 효율 및 결합성의 저하를 방지할 수 있는 파장제어 빔결합을 위한 고출력 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention provides an apparatus and method for monitoring the polarization state of a high-power optical fiber laser for wavelength-controlled beam coupling that can prevent deterioration in efficiency and coupling when applying a phase control or wavelength-controlled beam coupling technology that combines beams based on a linearly polarized beam. It has a different purpose to provide.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 무편광성 광섬유 적용에도 선편광도가 저하되지 않는 파장제어 빔결합을 위한 고출력 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치를 제공한다.The present invention provides an apparatus for monitoring a polarization state of a high-power fiber laser for wavelength-controlled beam coupling in which linear polarization does not decrease even when a non-polarization optical fiber is applied in order to achieve the above-described problem.

상기 편광 상태 모니터링 장치는,The polarization state monitoring device,

다수의 채널에 각각 배열되는 다수의 광섬유 레이저 모듈; A plurality of fiber laser modules each arranged in a plurality of channels;

상기 다수의 광섬유 레이저 모듈로부터의 레이저광들을 파장제어 빔결합하는 광학계 어셈블리;An optical system assembly for coupling laser beams from the plurality of fiber laser modules to a wavelength controlled beam;

상기 다수의 광섬유 레이저 모듈에 편광 상태 모니터링을 위한 출력 신호를 제공하는 편광제어 신호 처리기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a polarization control signal processor that provides an output signal for monitoring a polarization state to the plurality of fiber laser modules.

또한, 상기 편광 상태 모니터링 장치는, 상기 광학계 어셈블리로부터 발생되는 수직 편광빔을 수광하여 편광 상태에 따른 입력 신호를 생성하여 상기 편광제어 신호 처리기로 전송하는 광센서(balanced detector);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the polarization state monitoring apparatus includes; an optical sensor (balanced detector) for receiving the vertically polarized beam generated from the optical system assembly, generating an input signal according to the polarization state, and transmitting the input signal to the polarization control signal processor; To do.

또한, 상기 편광 상태는 각 파장에 따른 선형 분포를 가지며 배열형 수치인 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 것을 특징으로 한다.In addition, the polarization state has a linear distribution according to each wavelength and is an array type value.

또한, 상기 광학계 어셈블리는, 상기 레이저광들을 전송하는 전송 광학계; 상기 레이저광들을 하나의 회절각으로 결합하여 최종 레이저빔을 출력하는 빔결합용 회절격자; 및 상기 빔결합용 회절격자를 투과하여 출력이 저하된 각 레이저광을 모니터링하는 편광 모니터링용 결상 광학계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical system assembly may include a transmission optical system for transmitting the laser beams; A diffraction grating for combining the laser beams at a single diffraction angle to output a final laser beam; And an imaging optical system for polarization monitoring that monitors each laser beam whose output is reduced by transmitting the diffraction grating for beam combining.

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또한, 상기 광학계 어셈블리는, 상기 출력이 저하된 각 레이저광을 상기 광센서의 손상을 방지하기 위해 미리 설정되는 출력으로 저감하는 빔감쇄기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical system assembly may include a beam attenuator for reducing each laser beam whose output is reduced to a preset output to prevent damage to the optical sensor.

또한, 상기 빔감쇄기에 의해 미리 설정되는 출력으로 저감되는 레이저광을 미리 설정되는 일정 기준 이상의 선편광도를 갖는 수직 편광빔을 생성하는 투과형 회절 격자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it comprises a; transmission type diffraction grating for generating a vertically polarized beam having a linear polarization of a predetermined reference or more of the laser light reduced to a preset output by the beam attenuator.

또한, 상기 투과형 회절 격자는 상기 빔결합용 회절격자와 선형 격자 방향이 일치되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the transmission type diffraction grating may be installed so that the direction of the beam combining diffraction grating and the linear grating match.

또한, 상기 투과형 회절 격자는 VBG(Volume bragg grating) 방식, ETG(embedded transmission grating) 방식, 및 WGP(wire grid polarizer) 방식의 소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the transmission type diffraction grating may be any one of a volume bragg grating (VBG) method, an embedded transmission grating (ETG) method, and a wire grid polarizer (WGP) type device.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 다수의 채널에 각각 배열되는 다수의 광섬유 레이저 모듈; 상기 다수의 광섬유 레이저 모듈로부터의 레이저광들을 평행하게 시준하여 입사시키는 메인 광학계 어셈블리; 시준 입사되는 레이저광들을 파장제어 빔결합하는 서브 광학계 어셈블리; 및 상기 다수의 광섬유 레이저 모듈에 편광 상태 모니터링을 위한 출력 신호를 제공하는 편광제어 신호 처리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치를 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention, a plurality of fiber laser modules each arranged in a plurality of channels; A main optical system assembly for collimating and incident laser beams from the plurality of fiber laser modules in parallel; A sub optical system assembly that combines the collimated and incident laser beams into a wavelength controlled beam; And a polarization control signal processor that provides an output signal for monitoring a polarization state to the plurality of fiber laser modules. A device for monitoring a polarization state of a fiber laser for wavelength-controlled beam combining is provided.

이때, 상기 편광 상태 모니터링 장치는, 상기 메인 광학계 어셈블리로부터 발생되는 제 1 수직 편광빔을 수광하여 편광 상태에 따른 제 1 입력 신호를 생성하여 상기 편광제어 신호 처리기로 전송하는 제 1 광센서; 및 상기 서브 광학계 어셈블리로부터 발생되는 제 2 수직 편광빔을 수광하여 편광 상태에 따른 제 2 입력 신호를 생성하여 상기 편광제어 신호 처리기로 전송하는 제 2 광센서; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the polarization state monitoring apparatus may include: a first optical sensor that receives a first vertically polarized beam generated from the main optical system assembly, generates a first input signal according to a polarization state, and transmits the first input signal to the polarization control signal processor; And a second optical sensor configured to receive a second vertically polarized beam generated from the sub optical system assembly, generate a second input signal according to a polarization state, and transmit the second input signal to the polarization control signal processor. It characterized in that it comprises a.

또한, 상기 메인 광학계 어셈블리는, 상기 레이저광들을 전송하는 전송 광학계; 상기 레이저광들을 다수의 회절각으로 상기 레이저광들을 회절 출력하는 제 1 빔결합용 회절격자; 및 상기 제 1 빔결합용 회절격자를 투과하여 출력이 저하된 각 레이저광을 모니터링하는 제 1 편광 모니터링용 결상 광학계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the main optical system assembly may include a transmission optical system for transmitting the laser beams; A first diffraction grating for diffracting the laser beams at a plurality of diffraction angles; And a first polarization monitoring imaging optical system for monitoring each laser beam whose output is reduced by transmitting the first diffraction grating for beam combining.

또한, 상기 서브 광학계 어셈블리는, 상기 제 1 빔결합용 회절격자로부터 회절 출력되는 레이저광들을 회절하여 최종 레이저빔을 출력하는 제 2 빔결합용 회절격자; 및 상기 제 2 빔결합용 회절격자를 투과하여 출력이 저하된 각 레이저광을 모니터링하는 제 2 편광 모니터링용 결상 광학계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the sub-optical system assembly may include: a second diffraction grating for diffracting laser beams diffracted from the first diffraction grating for beam combining to output a final laser beam; And a second polarization monitoring imaging optical system for monitoring each laser beam whose output has been reduced by transmitting the second diffraction grating for beam combining.

또한, 상기 편광 상태는 수학식

Figure 112019108424463-pat00002
(여기서, λi 및 λ는 i 및 j번째 채널의 파장을 나타내며, TE는 수직 편광을 나타내 회절격자1은 제 1 빕결함용 회절격자를 나타내고, 회절격자2는 제 2 빔결합용 회절격자를 나타낸다)에 의해 예측되는 것을 특징으로 한다.In addition, the polarization state is Equation
Figure 112019108424463-pat00002
(Where λi and λ represent the wavelengths of the i and j-th channels, TE represents vertical polarization, diffraction grating 1 represents the first diffraction grating for bib defects, and diffraction grating 2 represents the second diffraction grating for beam coupling. ) Predicted by.

또 다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 편광제어 신호 처리기가 다수의 채널에 각각 배열되는 다수의 광섬유 레이저 모듈에 출력 신호를 제공하는 단계; (b) 광학계 어셈블리가 상기 다수의 광섬유 레이저 모듈로부터의 레이저광들을 파장제어 빔결합하는 단계; 및 (c) 상기 편광제어 신호 처리기가 상기 다수의 광섬유 레이저 모듈의 편광 상태 모니터링을 수행하여 상기 출력 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention includes the steps of: (a) providing an output signal to a plurality of fiber laser modules each of which a polarization control signal processor is arranged in a plurality of channels; (b) wavelength-controlled beam coupling of laser beams from the plurality of optical fiber laser modules by an optical system assembly; And (c) generating the output signal by performing, by the polarization control signal processor, monitoring the polarization states of the plurality of fiber laser modules; monitoring the polarization state of the fiber laser for wavelength-controlled beam combining, comprising: Provides a way.

본 발명에 따르면, 무편광성(non-PM) 광섬유를 적용하여 비선형성 현상을 감소시킨 단일 레이저 모듈의 출력 증대와 단일 모듈 출력 증대를 통해 모듈 수량을 감소시켜 빔결합 시스템 소형경량화에 활용할 수 있다. According to the present invention, it is possible to reduce the number of modules by increasing the output of a single laser module in which non-linearity is reduced by applying a non-PM optical fiber and increasing the output of a single module, thereby reducing the size and weight of a beam combining system.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 이를 토대로 국방 분야에서는 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 is possible to apply it to a directional energy weapon system using a high-power laser in the field of defense based on this, and to achieve an increase in laser power according to the system characteristics.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 산업 분야에서는 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, in the industrial field, 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, 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 빔결합을 위한 고출력 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치(100)의 구성 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 단일 회절격자를 사용한 파장제어 빔결합 방식에서 다중채널의 편광 상태 모니터링 장치의 구성 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 이중 회절격자를 사용한 파장제어 빔결합 방식에서 다중채널 편광 상태 모니터링 장치의 구성 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단일채널 편광 상태의 모니터링 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 다중채널 편광 상태 모니터링 과정을 보여주는 흐름도이다.
1 is a block diagram of a configuration of an apparatus 100 for monitoring a polarization state of a high-power fiber laser for wavelength-controlled beam coupling according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a configuration of a multi-channel polarization state monitoring apparatus in a wavelength controlled beam combining method using a single diffraction grating according to another embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a configuration of a multi-channel polarization state monitoring apparatus in a wavelength-controlled beam combining method using a double diffraction grating according to another embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a process of monitoring a single channel polarization state according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a multi-channel polarization state monitoring process according to another embodiment of the present invention.

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 is to 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. 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. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar elements. 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 빔결합을 위한 고출력 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus and method for monitoring a polarization state of a high-power fiber laser for wavelength-controlled beam coupling 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 빔결합을 위한 고출력 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 평광 상태 모니터링 장치(100)는, 광섬유 레이저 모듈(10), 광센서(balanced detector)(116), 편광 제어 신호 처리기(117), 제어기(120) 등을 포함하여 구성될 수 있다.1 is a block diagram of a configuration of an apparatus 100 for monitoring a polarization state of a high-power fiber laser for wavelength-controlled beam coupling according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the polarization condition monitoring apparatus 100 may include a fiber laser module 10, a balanced detector 116, a polarization control signal processor 117, a controller 120, and the like. I can.

광섬유 레이저 모듈(10)은, 시드 LD(101), 선폭 변조기(102), 편광 변조기(104), 광고립기(105), 광섬유 증폭기(106,107,109), 커플러(103,108,111) 및 CLS(110) 등을 포함한다.The optical fiber laser module 10 includes a seed LD 101, a line width modulator 102, a polarization modulator 104, an advertisement collector 105, an optical fiber amplifier 106, 107, 109, a coupler 103, 108, 111, and a CLS 110. do.

시드 LD(Laser Diode)(101)로부터 시작된 레이저광은 선폭 변조기(102)를 통해 유도 브릴루앙 산란을 억제하기 위한 선폭 가변이 이루어진다. 시드 LD(Laser Diode)(101)는 고출력이고 협대역 레이저를 출력한다.The line width of the laser light starting from the seed LD (Laser Diode) 101 is varied through the line width modulator 102 to suppress the induced Brillouin scattering. The seed LD (Laser Diode) 101 has a high power and outputs a narrowband laser.

제 1 커플러(103)는 편광성(PM: Polarization Maintening) 광섬유로 구성되며 높은 선편광도를 가지는 기준 신호를 제공하기 위하여 사용한다. 편광 변조기(104)의 입력단까지 편광성(PM) 광섬유로 구성된다. 그러나, 그 이후 출력부터는 편광 변조기(104)를 통해 편광 상태가 변화된 레이저광을 그대로 전달하기 위해서 무편광성(Non-PM) 광섬유로 구성된다. The first coupler 103 is composed of a polarization maintening (PM) optical fiber and is used to provide a reference signal having a high linear polarization. The polarization modulator 104 is composed of a polarizing (PM) optical fiber to the input end. However, from the output after that, in order to transmit the laser light whose polarization state is changed through the polarization modulator 104 as it is, it is composed of a non-polarization (Non-PM) optical fiber.

편광 변조기(104)는 편광제어 신호 처리기(117)로부터 전기/전자적 제어신호를 받아서 광섬유 내 도파하는 레이저광의 편광상태를 변화시키는 소자이다. 그 변조형식에 따라 (1) PZT(piezoelectric material) 압전소자로 광섬유에 기계적 스트레스를 가하는 광섬유 스퀴저(fiber squeezer) 형식과 (2) 가해지는 전기적 전위차에 의해 복굴절률이 변화하는 LiNiO3 결정형식, (3) 전위차에 의해 분자 배열이 변하는 액정을 이용하는 형식 및 (4) 패러데이 전자석을 이용하여 복굴절률을 변화시키는 방식 등을 모두 적용할 수 있다. The polarization modulator 104 is an element that receives an electric/electronic control signal from the polarization control signal processor 117 and changes the polarization state of the laser light guided in the optical fiber. Depending on the modulation type, (1) a type of fiber squeezer that applies mechanical stress to the optical fiber with a piezoelectric material (PZT) piezoelectric element, and (2) a LiNiO 3 crystal type whose birefringence is changed by the electric potential difference applied, (3) A type using a liquid crystal whose molecular arrangement changes due to a potential difference and (4) a method of changing a birefringence using a Faraday electromagnet can be applied.

광고립기(105)는 제 1 내지 제 3 광섬유 증폭기(106,107,109)로부터 역반사되어 오는 레일리 및 유도 브릴루앙 산란광으로 그 이전 단계 소자를 보호하기 위해서 적용한다. 제 2 커플러(108)는 제 3 광섬유 증폭기(109)로부터 역반사되어 오는 레이저광을 수광하기 위하여 사용된다. 이 역반사 레이저광은 편광변조로 제어해야할 임의편광된 최종 출력단 레이저광 정보를 포함한다. 제 1 내지 제 3 광섬유 증폭기(106,107,109)는 고출력 증대를 위해서 1단, 2단 또는 3단 이상의 Yb, Er, Yb/Er co-doping, Tm 및 Ho 등의 광섬유 이득매질(출력 파장 의존), 광고립기, 펌프 LD(출력 파장 의존) 및 펌프광 결합기 등으로 구성될 수 있다. The advertisement granulator 105 is applied to protect the previous stage device with Rayleigh and induced Brillouin scattered light reflected back from the first to third optical fiber amplifiers 106, 107, and 109. The second coupler 108 is used to receive the laser light reflected back from the third optical fiber amplifier 109. The retroreflected laser light contains information about the final output stage laser light that is arbitrarily polarized to be controlled by polarization modulation. The first to third optical fiber amplifiers (106, 107, 109) are optical fiber gain media such as Yb, Er, Yb/Er co-doping, Tm and Ho (output wavelength dependent), advertisement It may be composed of a granulator, a pump LD (output wavelength dependent), and a pump optical coupler.

CLS(cladding light stripper)(110)는 잔여 펌프 LD광 및 클래드 모드 광을 제거하기 위해서 사용된다. 제 3 커플러(111)는 고출력 레이저광의 일부를 분기하여, 정방향의 임의 편광된 고출력 레이저 광신호를 획득하기 위해서 사용된다. 전송 광섬유(112)는 고출력 레이저광을 손실없이 안전하게 출력하기 위해서 엔드캡(end-cap) 및 고투과 유전체 코팅, 클래드 모드광 제거 구조를 적용하여 구성한다. A cladding light stripper (CLS) 110 is used to remove residual pump LD light and clad mode light. The third coupler 111 is used to divide a part of the high-power laser light to obtain a positively-polarized high-power laser optical signal. The transmission optical fiber 112 is configured by applying an end-cap, a high-transmission dielectric coating, and a clad mode light removal structure in order to safely output high-power laser light without loss.

시드LD(101)로부터 오는 편광된 정방향 광신호(113)와 광섬유 증폭기(109)로 부터오는 역방향 광신호(114), 정방향의 임의 편광된 고출력 레이저 광신호(115)는 비교출력을 위한 광센서(balanced detector)(116)로 입력되어 전기 전자적 신호로 편광제어 신호 처리기(117)로 입력된다.The polarized forward optical signal 113 from the seed LD 101, the reverse optical signal 114 from the optical fiber amplifier 109, and the randomly polarized high power laser optical signal 115 in the forward direction are optical sensors for comparison output. It is input to the (balanced detector) 116 and input to the polarization control signal processor 117 as an electric and electronic signal.

Figure 112019108424463-pat00003
Figure 112019108424463-pat00003

이 때, 위 수식에 따라 편광상태, 회선(convolution), 및 상관(correlation)하여 계산 및 제어신호를 획득할 수 있다. 또한, 수직 선편광도가 최대화되도록 SPGD(Stochastic Parallel Gradient Decent), SPGA(Stochastic Parallel Gradient Ascending), 전역 최적화 알고리즘(Global optimization algorithm), 유전자 탐색 알고리즘(Genetic finding algorithm), 힐 클라이밍 알고리즘(Hill Climbing algorithm), 머신러닝 기법 등을 적용하여 위 알고리즘을 통해 예측 및 계산된 제어 출력신호로 편광 변조기(104)를 구동하여 선편광도를 획득 및 제어한다.In this case, a polarization state, a convolution, and a correlation are performed according to the above equation to obtain a calculation and control signal. In addition, to maximize vertical linear polarization, Stochastic Parallel Gradient Decent (SPGD), Stochastic Parallel Gradient Ascending (SPGA), Global optimization algorithm, Genetic finding algorithm, Hill Climbing algorithm , By applying a machine learning technique, etc., by driving the polarization modulator 104 with the control output signal predicted and calculated through the above algorithm to obtain and control the linear polarization.

제어기(120)는 구성요소들과 신호를 주고 받으며 제어하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 제어기(120)는 마이크로 프로세서, 메모리, 회로, 프로그램 등으로 구성될 수 있다.The controller 120 performs a function of exchanging signals with and controlling components. To this end, the controller 120 may be composed of a microprocessor, a memory, a circuit, a program, and the like.

메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD(Secure Digital) 또는 XD(eXtreme Digital) 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 인터넷(internet)상에서 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage), 클라우드 서버와 관련되어 동작할 수도 있다.Memory is a flash memory type, hard disk type, multimedia card micro type, card type memory (for example, SD (Secure Digital) or XD (eXtreme Digital)) Memory, etc.), RAM (Random Access Memory, RAM), SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read Only Memory, ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), magnetic memory , A magnetic disk and an optical disk, and may include at least one type of storage medium. In addition, it may operate in connection with a web storage or a cloud server that performs a storage function on the Internet.

물론, 도 1에서는 제어기(120)를 별도로 분리하여 구성하였으나, 편광 제어 신호 처리기(117)에 통합하여 구성하는 것도 가능하다.Of course, in FIG. 1, the controller 120 is separately configured, but it is also possible to incorporate it into the polarization control signal processor 117.

도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 단일 회절격자를 사용한 파장제어 빔결합 방식에서 다중채널의 편광 상태 모니터링 장치의 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 다중채널의 편광 상태 모니터링 장치는, 제 1 내지 제 n 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n), 광학계 어셈블리(200), 광센서(216) 등을 포함하여 구성될 수 있다.2 is a block diagram illustrating a configuration of a multi-channel polarization state monitoring apparatus in a wavelength controlled beam combining method using a single diffraction grating according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the multi-channel polarization state monitoring apparatus includes first to nth fiber laser modules 10-1 to 10-n, an optical system assembly 200, an optical sensor 216, and the like. I can.

제 1 내지 제 n 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)은, 시드 LD(101), 선폭 변조기(102), 편광 변조기(104), 광고립기(105), 제 1 내지 제 3 광섬유 증폭기(106,107,109), 제 1 내지 제 3 커플러(103,108,111) 및 CLS(110)를 모두 포함할 수 있다. The first to nth optical fiber laser modules 10-1 to 10-n are, the seed LD 101, the line width modulator 102, the polarization modulator 104, the advertising agent 105, the first to third optical fiber amplifiers. (106, 107, 109), the first to third couplers 103, 108, 111 and the CLS 110 may all be included.

광학계 어셈블리(200)는, 전송 광섬유(202), 전송 광학계(204), 빔결합용 회절결자(205), 편광 모니터링용 결상 광학계(206), 빔 감쇄기(207), 투과형 회절격자(208) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 전송 광학계(204)는 레이저 광을 집광하는 집광 렌즈를 포함할 수 있다.The optical system assembly 200 includes a transmission optical fiber 202, a transmission optical system 204, a diffraction grating 205 for beam combining, an imaging optical system 206 for polarization monitoring, a beam attenuator 207, a transmission type grating 208, etc. It can be configured to include. The transmission optical system 204 may include a condensing lens that condenses laser light.

이러한 모듈을 1 ~ n개 채널까지 배열할 수 있으며, 이 배열된 전송 광섬유(202)는 광섬유 배열 구조체(203)내 일정 간격으로 기계적으로 결합 및 융착하여 일체화될 수 있다. These modules may be arranged up to 1 to n channels, and the arranged transmission optical fibers 202 may be mechanically coupled and fused at regular intervals in the optical fiber array structure 203 to be integrated.

1 ~ n개 채널로 배열된 고출력 레이저광은 전송 광학계(204)를 통해 빔결합할 수 있는 입사각으로 빔결합용 회절격자(205)에 전달된다. 따라서, 빔결합용 회절격자(205)를 통해 하나의 회절각으로 결합되어 출력이 증대된다. 이 때, 빔결합용 회절격자(205)를 투과하여 출력이 저하된 각 채널의 레이저광은 편광 모니터링용 결상 광학계(206)를 통해 공간적으로 집속시키고, 빔감쇄기(207)을 통해 광센서 (116)의 손상 방지이하 출력으로 저감된다.The high-power laser light arranged in 1 to n channels is transmitted to the diffraction grating 205 for beam combining at an incident angle capable of beam combining through the transmission optical system 204. Therefore, the output is increased by combining at one diffraction angle through the diffraction grating 205 for beam combining. At this time, the laser light of each channel whose output has been reduced by passing through the beam coupling diffraction grating 205 is spatially focused through the polarization monitoring imaging optical system 206, and the optical sensor 116 through the beam attenuator 207 ) To prevent damage and reduce to output.

투과형 회절격자(208)는 빔결합용 회절격자(205)와 선형 격자 방향이 일치되도록 설치하며, VBG(Volume bragg grating), ETG(embedded transmission grating), WGP(wire grid polarizer) 방식 소자 등을 적용할 수 있다. 투과형 회절 격자(208)는 TE(Transverse Electric Field: 수직 편광) 편광자로 대체될 수 있다.The transmission type diffraction grating 208 is installed so that the direction of the linear grating coincides with the diffraction grating 205 for beam combining, and the VBG (Volume Bragg grating), ETG (embedded transmission grating), WGP (wire grid polarizer) type elements, etc. can do. The transmission diffraction grating 208 may be replaced with a Transverse Electric Field (TE) polarizer.

투과형 회절격자(208)를 통과하여 높은 선편광도를 가지는 TE 편광빔(209)은 광센서(216)로 각 채널 협대역 광섬유 레이저 파장에 따라 수광하게 된다. 광센서(216)는 선형 광센서일 수 있다.The TE polarized beam 209 having a high linearly polarized light passing through the transmission type diffraction grating 208 is received by the optical sensor 216 according to the wavelength of each channel narrow-band fiber laser. The optical sensor 216 may be a linear optical sensor.

이 때 광센서(216)로 수광된 편광 상태는 각 파장에 따라 선형 분포를 가지고, 이는 (n × 1) 배열형 수치로 편광제어 신호 처리기(117)의 입력신호로 제공된다. 여기서, n은 광섬유 어레이와 연결된 채널수이다. 광센서를 통해 입력되는 전자신호가 벡터형임을 나타낸다.At this time, the polarization state received by the photosensor 216 has a linear distribution according to each wavelength, which is provided as an input signal of the polarization control signal processor 117 in an (n × 1) array type value. Here, n is the number of channels connected to the optical fiber array. It indicates that the electronic signal input through the optical sensor is a vector type.

이 때, 아래의 수식에 따라 각 채널별 편광상태를 예측할 수 있다.In this case, the polarization state for each channel can be predicted according to the following equation.

Figure 112019108424463-pat00004
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λi는 i번째 채널의 파장을 나타낸다. λi represents the wavelength of the i-th channel.

이는 빔결합용 회절격자(205)로 입사되는 각도에 의해 광센서(216)로 결상되는 수광 위치에 의해 결정된다. 위 수식을 통해 각 채널별로 수직 선편광도를 최대화되도록 SPGD(Stochastic Parallel Gradient Decent), SPGA(Stochastic Parallel Gradient Ascending), 전역 최적화 알고리즘(Global optimization algorithm), 유전자 탐색 알고리즘(Genetic finding algorithm), 힐 클라이밍 알고리즘(Hill Climbing algorithm), 머신러닝 기법 등을 적용할 수 있다. This is determined by a light-receiving position formed by the optical sensor 216 by an angle incident on the diffraction grating 205 for beam combining. Stochastic Parallel Gradient Decent (SPGD), Stochastic Parallel Gradient Ascending (SPGA), Global optimization algorithm, Genetic finding algorithm, Hill climbing algorithm to maximize vertical linear polarization for each channel through the above formula (Hill Climbing algorithm), machine learning techniques, etc. can be applied.

위 알고리즘을 통해 예측 및 계산된 제어 출력신호로 제 1 내지 제 n 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)내 편광 변조기(104)를 구동하여 선편광도를 획득 및 제어한다. 한편, 도 1에 도시된 광센서(116)는 광섬유를 통해 편광신호를 받는 것임에 반해, 도 2에 도시된 광센서(216)는 결합된 레이저빔 내의 각 채널별 편광신호를 수광하는 기능을 수행한다.The polarization modulator 104 in the first to nth fiber laser modules 10-1 to 10-n is driven with the control output signal predicted and calculated through the above algorithm to obtain and control the linear polarization. On the other hand, the optical sensor 116 shown in FIG. 1 receives a polarized signal through an optical fiber, whereas the optical sensor 216 shown in FIG. 2 has a function of receiving a polarized signal for each channel in the combined laser beam. Perform.

도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 이중 회절격자를 사용한 파장제어 빔결합 방식에서 다중채널 편광 상태 모니터링 장치의 구성 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 다중채널의 편광 상태 모니터링 장치는, 제 1 내지 제 n 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n), 메인 광학계 어셈블리(300), 서브 광학계 어셈블리(310), 제 1 및 제 2 광센서(316-1,316-2) 등을 포함하여 구성될 수 있다.3 is a block diagram of a configuration of a multi-channel polarization state monitoring apparatus in a wavelength-controlled beam combining method using a double diffraction grating according to another embodiment of the present invention. 3, a multi-channel polarization state monitoring apparatus includes first to nth fiber laser modules 10-1 to 10-n, a main optical system assembly 300, a sub optical system assembly 310, and a first and It may be configured to include a second optical sensor (316-1, 316-2).

제 1 내지 제 n 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)은, 시드 LD(101), 선폭 변조기(102), 편광 변조기(104), 광고립기(105), 제 1 내지 제 3 광섬유 증폭기(106,107,109), 제 1 내지 제 3 커플러(103,108,111) 및 CLS(110)를 모두 포함할 수 있다. The first to nth optical fiber laser modules 10-1 to 10-n are, the seed LD 101, the line width modulator 102, the polarization modulator 104, the advertising agent 105, the first to third optical fiber amplifiers. (106, 107, 109), the first to third couplers 103, 108, 111 and the CLS 110 may all be included.

메인 광학계 어셈블리(300)는, 전송 광섬유(202), 전송 광학계(204), 제 1 빔결합용 회절결자(305), 편광 모니터링용 결상 광학계(206), 빔 감쇄기(207), 투과형 회절격자(208) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 서브 광학계 어셈블리(310)는 제 2 빔결합 회절격자(311), 제 2 모니터링용 결상광학계(312) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 전송 광학계(204)는 레이저 광을 평행 광형태로 출사하는 시준 렌즈를 포함하여 구성될 수 있다. The main optical system assembly 300 includes a transmission optical fiber 202, a transmission optical system 204, a first diffraction pattern for beam combining 305, an imaging optical system 206 for polarization monitoring, a beam attenuator 207, and a transmission type diffraction grating ( 208) and the like. In addition, the sub optical system assembly 310 may include a second beam combining diffraction grating 311, a second imaging optical system 312 for monitoring, and the like. The transmission optical system 204 may include a collimating lens that emits laser light in the form of parallel light.

이러한 모듈을 1 ~ n개 채널까지 배열할 수 있으며, 이 배열된 전송 광섬유(202)는 광섬유 배열 구조체(203)내 일정 간격으로 기계적으로 결합 및 융착하여 일체화할 수 있다. 1 ~ n개 채널로 배열된 고출력 레이저광은 전송 광학계(204)를 통해 제 1 빔결합 회절격자(305)로 평행하게 시준하여 입사한다. These modules can be arranged up to 1 to n channels, and the arranged transmission optical fibers 202 can be mechanically coupled and fused at regular intervals in the optical fiber arrangement structure 203 to be integrated. The high-power laser light arranged in 1 to n channels is collimated and incident in parallel to the first beam coupling diffraction grating 305 through the transmission optical system 204.

각 채널 파장에 따른 제 1 빔결합 회절격자(305)에서의 회절각으로 제 2 빔결합 회절격자(311)로 입사하고, 최종 결합된 고출력 빔으로 출력된다. 이때, 제 1 빔결합용 회절격자(305)를 투과하여 출력이 저하된 각 채널의 레이저광은 제 1 편광 모니터링용 결상 광학계(206)울 통해 공간적으로 집속시키고, 빔감쇄기(207)을 통해 광센서(316-1)의 손상 방지이하 출력으로 저감된다. The diffraction angle of the first beam-combining diffraction grating 305 according to each channel wavelength is incident on the second beam-combining diffraction grating 311, and is finally output as a combined high-power beam. At this time, the laser light of each channel whose output is reduced by passing through the first beam combining diffraction grating 305 is spatially focused through the first polarization monitoring imaging optical system 206, and the light through the beam attenuator 207 The output is reduced to less than preventing damage to the sensor 316-1.

투과형 회절격자(208)는 제 1 빔결합용 회절격자(305)와 선형 격자 방향이 일치되도록 설치하며, VBG(Volume bragg grating), ETG(embedded transmission grating), WGP(wire grid polarizer) 방식 소자 등을 적용할 수 있다. 투과형 회절격자(208)를 통과하여 높은 선편광도를 가지는 제 1 TE 편광빔(309)은 제 1 광센서(316-1)로 각 채널 협대역 광섬유 레이저 파장에 따라 수광하게 된다. The transmission type diffraction grating 208 is installed so that the direction of the linear grating matches the first diffraction grating 305 for beam combining, and the VBG (Volume bragg grating), ETG (embedded transmission grating), WGP (wire grid polarizer) type device, etc. Can be applied. The first TE polarized beam 309 having a high linearly polarized light passing through the transmission type diffraction grating 208 is received by the first optical sensor 316-1 according to the wavelength of each channel narrowband fiber laser.

이때, 제 1 광센서(316-1)로 수광된 편광 상태는 각 파장에 따라 선형 분포를 가지고, 이는 (nx1) 배열형 수치로 편광제어 신호 처리기(117)의 입력신호로 제공된다. 이때, 수학식2에 따라 각 채널별 편광상태를 예측할 수 있다. 따라서, 각 채널별로 수직 선편광도를 최대화되도록 SPGD(Stochastic Parallel Gradient Decent), SPGA(Stochastic Parallel Gradient Ascending), 전역 최적화 알고리즘(Global optimization algorithm), 유전자 탐색 알고리즘(Genetic finding algorithm), 힐 클라이밍 알고리즘(Hill Climbing algorithm), 머신러닝 기법 등을 적용하여 위 알고리즘을 통해 예측 및 계산된 제어 출력신호로 협대역 광섬유 레이저 모듈(301)내 편광변조기(103)를 구동하여 선편광도를 획득 및 제어한다. In this case, the polarization state received by the first photosensor 316-1 has a linear distribution according to each wavelength, which is provided as an input signal of the polarization control signal processor 117 in an (nx1) array type value. In this case, the polarization state for each channel may be predicted according to Equation 2. Therefore, to maximize the vertical linear polarization for each channel, Stochastic Parallel Gradient Decent (SPGD), Stochastic Parallel Gradient Ascending (SPGA), Global optimization algorithm, Genetic finding algorithm, Hill climbing algorithm Climbing algorithm) and machine learning techniques are applied to obtain and control the linear polarization by driving the polarization modulator 103 in the narrow-band fiber laser module 301 with the control output signal predicted and calculated through the above algorithm.

추가적으로 제 2 빔결합용 회절격자(311)를 투과한 각 채널별 레이저광을 제 2 모니터링용 결상광학계(312)를 이용하여 제 2 광센서(316-2)로 수광한다. 이때, 제 2 TE 편광빔(313)은 제 1 빔결합용 회절격자(305)를 통해 선편광되어 회절되었기 때문에, 별도의 편광자나 투과형 회절격자는 필요하지 않게 된다. Additionally, laser light for each channel that has passed through the second diffraction grating 311 for beam combining is received by the second optical sensor 316-2 using the second imaging optical system 312 for monitoring. At this time, since the second TE polarized beam 313 is linearly polarized and diffracted through the first diffraction grating 305 for beam combining, a separate polarizer or a transmission type diffraction grating is not required.

이때도, 수학식2에 따라 각 채널별 편광상태를 예측할 수 있다. 따라서, 각 채널별로 수직 선편광도를 최대화되도록 SPGD(Stochastic Parallel Gradient Decent), SPGA(Stochastic Parallel Gradient Ascending), 전역 최적화 알고리즘(Global optimization algorithm), 유전자 탐색 알고리즘(Genetic finding algorithm), 힐 클라이밍 알고리즘(Hill Climbing algorithm), 머신러닝 기법 등을 적용하여 위 알고리즘을 통해 예측 및 계산된 제어 출력신호로 제 1 내지 제 n 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)내 편광 변조기(103)를 구동하여 선편광도를 획득 및 제어한다. 또한 위 2가지 구조를 혼용하여 다음 수식과 같이 정밀하게 편광상태를 예측할 수 있다.Also in this case, the polarization state of each channel may be predicted according to Equation 2. Therefore, to maximize the vertical linear polarization for each channel, Stochastic Parallel Gradient Decent (SPGD), Stochastic Parallel Gradient Ascending (SPGA), Global optimization algorithm, Genetic finding algorithm, Hill climbing algorithm Climbing algorithm), machine learning technique, etc., and linearly polarized light by driving the polarization modulator 103 in the first to nth fiber laser modules 10-1 to 10-n with the control output signal predicted and calculated through the above algorithm. To acquire and control degrees. In addition, by mixing the above two structures, the polarization state can be accurately predicted as shown in the following equation.

Figure 112019108424463-pat00005
Figure 112019108424463-pat00005

여기서, λi 및 λj 는 i 및 j번째 채널의 파장을 나타내며, 이는 i번째 제 1 빔결합용 회절격자(305)와 j번째 제 2 빔결합용 회절격자(311)로 입사 및 회절되는 각도에 의해 제 1 광센서(316-1)과 제 2 광센서(316-2)로 결상되는 수광 위치에 의해 결정된다. Here, λi and λj represent the wavelengths of the i and j-th channels, which are incident and diffracted by the i-th first diffraction grating 305 and the j-th diffraction grating 311 for beam combining. It is determined by the light-receiving position formed by the first optical sensor 316-1 and the second optical sensor 316-2.

위 수식을 통해 각 회절격자 위치에 따른 신호를 회선(convolution) 및 상관(correlation)하여 각 채널별로 수직 선편광도를 최대화되도록 SPGD(Stochastic Parallel Gradient Decent), SPGA(Stochastic Parallel Gradient Ascending), Global optimization algorithm, Genetic finding algorithm, Hill Climbing algorithm, 머신러닝기법 등을 적용하여 위 알고리즘을 통해 예측 및 계산된 제어 출력신호로 제 1 내지 제 n 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)내 편광 변조기(104)를 구동하여 선편광도를 획득 및 제어한다.Stochastic Parallel Gradient Decent (SPGD), Stochastic Parallel Gradient Ascending (SPGA), Global optimization algorithm to maximize vertical linear polarization for each channel by convolution and correlation of signals according to the position of each grating through the above equation. , Genetic finding algorithm, Hill Climbing algorithm, machine learning method, etc., and the polarization modulator 104 in the first to nth fiber laser modules 10-1 to 10-n with the control output signal predicted and calculated through the above algorithm. ) To obtain and control the linear polarization.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단일채널 편광 상태의 모니터링 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 시스템 시작과 제어기(120)의 자체 진단이 완료되면((단계 S401,S402), 시스템 초기화 및 발진모드 진입으로 처리된다(단계 S403). 증폭기 전원 인가 및 저출력 발진 상태에서 편광분석 신호 획득 및 편광변조 신호를 출력하여(단계 S404,S405) 요구 선편광도에 도달할 때까지 폐루프(closed loop)로 제어한다(단계 S406). 요구 선편광도에 도달하면 고출력 정상 발진으로 진입한다(단계 S407). 이 제어순서는 도 1과 도 4의 단일채널 편광 상태 모니터링에 적용할 수 있다.4 is a flowchart illustrating a process of monitoring a single channel polarization state according to an embodiment of the present invention. Referring to Fig. 4, when the system is started and the self-diagnosis of the controller 120 is completed (steps S401 and S402), the system initializes and enters the oscillation mode (step S403). The analysis signal is obtained and the polarization modulated signal is output (steps S404 and S405), and the control is performed in a closed loop until the required linear polarization is reached (step S406), and the high-power normal oscillation is entered when the required linear polarization is reached. (Step S407) This control sequence can be applied to the single channel polarization state monitoring of FIGS. 1 and 4.

도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 다중채널 편광 상태 모니터링 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 시스템 시작과 제어기(120)의 자체 진단이 완료되면(단계 S501,S502), 시스템 초기화 및 발진모드 진입으로 처리된다(단계 S503). 1 ~ n까지의 채널별 증폭기 전원 인가 및 저출력 발진 상태에서 1 ~ n까지의 채널별 편광분석 신호 획득 및 편광변조 신호를 출력하여(단계 S504,S505), 요구 선편광도에 도달할 때까지 폐루프(closed loop)로 제어한다(단계 S506). 5 is a flowchart illustrating a multi-channel polarization state monitoring process according to another embodiment of the present invention. Referring to Fig. 5, when the system is started and the self-diagnosis of the controller 120 is completed (steps S501 and S502), the system is initialized and the oscillation mode is entered (step S503). In the state of applying power to the amplifier for each channel from 1 to n, and obtaining a polarization analysis signal for each channel from 1 to n, and outputting a polarization modulated signal (steps S504, S505), closed loop until the required linear polarization is reached. Control is performed by (closed loop) (step S506).

이 때, 요구 선편광도에 미달하는 채널이 존재할 경우, 제어 가능한지 판단하고 고장 채널로 판단되면(단계 S508,S509), 제어 가능 채널만 요구 선편광도에 도달하도록 closed loop로 제어한다(단계 S510). 제어 가능 채널 출력으로 정상 발진 또는 전체 채널 고출력 정상 발진의 2가지 경우로 알고리듬 루프가 가동된다(단계 S511,S507). 이 제어순서는 도 3의 다중채널 편광 상태 모니터링에 적용할 수 있다.At this time, if there is a channel below the required linear polarization, it is determined whether it is controllable, and if it is determined as a faulty channel (steps S508 and S509), only the controllable channel is controlled in a closed loop so as to reach the required linear polarization (step S510). The algorithm loop is operated in two cases: normal oscillation with the controllable channel output or all channels high-power normal oscillation (steps S511 and S507). This control sequence can be applied to the multi-channel polarization state monitoring of FIG. 3.

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.

101 : 시드LD, 102 : 선폭 변조기, 103 : 제 1 광섬유 커플러, 104 : 편광 변조기
105 : 광고립기, 106 : 제 1 광섬유 증폭기, 107 : 제 2 광섬유 증폭기
108 : 제 2 광섬유 커플러, 109 : 제 3 광섬유 증폭기, 110 : CLS
111 : 제 3 광섬유 커플러, 112 : 전송 광섬유, 116 : 광신호 센서, 117 : 편광제어 신호처리기
101: seed LD, 102: line width modulator, 103: first optical fiber coupler, 104: polarization modulator
105: advertisement granulator, 106: first optical fiber amplifier, 107: second optical fiber amplifier
108: second optical fiber coupler, 109: third optical fiber amplifier, 110: CLS
111: third optical fiber coupler, 112: transmission optical fiber, 116: optical signal sensor, 117: polarization control signal processor

Claims (16)

다수의 채널에 각각 배열되는 다수의 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n);
다수의 상기 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)로부터의 다수의 레이저광을 파장제어 빔결합하는 광학계 어셈블리(200);
다수의 상기 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)에 편광 상태 모니터링을 위한 출력 신호를 제공하는 편광제어 신호 처리기(117);를 포함하며,
상기 광학계 어셈블리(200)로부터 발생되는 수직 편광빔(209)을 수광하여 편광 상태에 따른 입력 신호를 생성하여 상기 편광제어 신호 처리기(117)로 전송하는 광센서(216);를 포함하며,
상기 편광 상태는 각 파장에 따른 선형 분포를 가지며 배열형 수치인 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
A plurality of fiber laser modules 10-1 to 10-n, each arranged in a plurality of channels;
An optical system assembly 200 for coupling a plurality of laser beams from the plurality of fiber laser modules 10-1 to 10-n with a wavelength control beam;
Including; a polarization control signal processor 117 for providing an output signal for polarization state monitoring to the plurality of the fiber laser modules (10-1 to 10-n),
Including; an optical sensor 216 that receives the vertically polarized beam 209 generated from the optical system assembly 200, generates an input signal according to a polarization state, and transmits it to the polarization control signal processor 117,
The polarization state has a linear distribution according to each wavelength and is an array type numerical value.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 광학계 어셈블리(200)는,
다수의 상기 레이저광을 전송하는 전송 광학계(204);
다수의 상기 레이저광을 하나의 회절각으로 결합하여 최종 레이저빔을 출력하는 빔결합용 회절격자(205); 및
상기 빔결합용 회절격자(205)를 투과하여 출력이 저하된 각 레이저광을 모니터링하는 편광 모니터링용 결상 광학계(206);를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
The method of claim 1,
The optical system assembly 200,
A transmission optical system 204 for transmitting a plurality of the laser beams;
A beam combining diffraction grating (205) for outputting a final laser beam by combining a plurality of the laser beams at one diffraction angle; And
Polarization monitoring imaging optical system 206 for monitoring each laser beam whose output is reduced by transmitting through the beam combining diffraction grating 205; monitoring the polarization state of a fiber laser for wavelength-controlled beam combining, comprising: Device.
제 6 항에 있어서,
상기 출력이 저하된 각 레이저광을 상기 광센서(216)의 손상을 방지하기 위해 미리 설정되는 출력으로 저감하는 빔감쇄기(207);를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
The method of claim 6,
A beam attenuator 207 for reducing each laser beam whose output is degraded to a preset output to prevent damage to the optical sensor 216; of a fiber laser for wavelength-controlled beam combining, comprising: Polarization condition monitoring device.
제 7 항에 있어서,
상기 빔감쇄기(207)에 의해 미리 설정되는 출력으로 저감되는 레이저광을 미리 설정되는 일정 기준 이상의 선편광도를 갖는 수직 편광빔(209)을 생성하는 투과형 회절 격자(208);를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
The method of claim 7,
And a transmission-type diffraction grating 208 for generating a vertically polarized beam 209 having a linear polarization of a predetermined reference or more of the laser light reduced to an output preset by the beam attenuator 207. Optical fiber laser polarization condition monitoring device for wavelength-controlled beam coupling.
제 8 항에 있어서,
상기 투과형 회절 격자(208)는 상기 빔결합용 회절격자(205)와 선형 격자 방향이 일치되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
The method of claim 8,
The transmission type diffraction grating (208) is a polarization state monitoring device of the optical fiber laser, characterized in that installed so as to match the direction of the linear grating with the diffraction grating (205) for beam combining.
제 8 항에 있어서,
상기 투과형 회절 격자(208)는 VBG(Volume bragg grating) 방식, ETG(embedded transmission grating) 방식, 및 WGP(wire grid polarizer) 방식의 소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
The method of claim 8,
The transmission type diffraction grating 208 is a device for monitoring a polarization state of an optical fiber laser, characterized in that it is any one of a volume bragg grating (VBG) method, an embedded transmission grating (ETG) method, and a wire grid polarizer (WGP) method.
다수의 채널에 각각 배열되는 다수의 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n);
다수의 상기 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)로부터의 다수의 레이저광을 평행하게 시준하여 입사시키는 메인 광학계 어셈블리(300);
시준 입사되는 다수의 상기 레이저광을 파장제어 빔결합하는 서브 광학계 어셈블리(310); 및
다수의 상기 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)에 편광 상태 모니터링을 위한 출력 신호를 제공하는 편광제어 신호 처리기(117);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
A plurality of fiber laser modules 10-1 to 10-n, each arranged in a plurality of channels;
A main optical system assembly 300 for collimating and entering a plurality of laser beams from the plurality of fiber laser modules 10-1 to 10-n in parallel;
A sub-optical system assembly 310 for combining a plurality of collimated and incident laser beams with a wavelength-controlled beam; And
A polarization control signal processor 117 providing an output signal for monitoring a polarization state to the plurality of fiber laser modules 10-1 to 10-n;
Polarization state monitoring device of a fiber laser for wavelength control beam coupling comprising a.
제 11 항에 있어서,
상기 메인 광학계 어셈블리(300)로부터 발생되는 제 1 수직 편광빔(309)을 수광하여 편광 상태에 따른 제 1 입력 신호를 생성하여 상기 편광제어 신호 처리기(117)로 전송하는 제 1 광센서 (316-1); 및
상기 서브 광학계 어셈블리(310)로부터 발생되는 제 2 수직 편광빔(313)을 수광하여 편광 상태에 따른 제 2 입력 신호를 생성하여 상기 편광제어 신호 처리기(117)로 전송하는 제 2 광센서 (316-2); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
The method of claim 11,
A first optical sensor (316-) for receiving the first vertical polarization beam 309 generated from the main optical system assembly 300, generating a first input signal according to a polarization state, and transmitting the first input signal to the polarization control signal processor 117 One); And
A second optical sensor 316-receiving the second vertical polarization beam 313 generated from the sub optical system assembly 310, generating a second input signal according to a polarization state, and transmitting the second input signal to the polarization control signal processor 117 2); Polarization state monitoring device of a fiber laser for wavelength-controlled beam coupling comprising a.
제 12 항에 있어서,
상기 메인 광학계 어셈블리(300)는,
다수의 상기 레이저광을 전송하는 전송 광학계(204);
다수의 상기 레이저광을 다수의 회절각으로 다수의 상기 레이저광을 회절 출력하는 제 1 빔결합용 회절격자(305); 및
상기 제 1 빔결합용 회절격자(205)를 투과하여 출력이 저하된 각 레이저광을 모니터링하는 제 1 편광 모니터링용 결상 광학계(206);를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
The method of claim 12,
The main optical system assembly 300,
A transmission optical system 204 for transmitting a plurality of the laser beams;
A first diffraction grating (305) for diffraction output of the plurality of laser light by diffraction of the plurality of laser light at a plurality of diffraction angles; And
Optical fiber laser for wavelength-controlled beam coupling, comprising: a first polarization monitoring imaging optical system 206 for monitoring each laser beam whose output has been reduced by transmitting through the first diffraction grating 205 for beam coupling. Polarization state monitoring device.
제 13 항에 있어서,
상기 서브 광학계 어셈블리(310)는,
상기 제 1 빔결합용 회절격자(305)로부터 회절 출력되는 다수의 상기 레이저광을 회절하여 최종 레이저빔을 출력하는 제 2 빔결합용 회절격자(311); 및
상기 제 2 빔결합용 회절격자(311)를 투과하여 출력이 저하된 각 레이저광을 모니터링하는 제 2 편광 모니터링용 결상 광학계(312);를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
The method of claim 13,
The sub optical system assembly 310,
A second diffraction grating 311 for diffracting the plurality of laser beams diffracted from the first diffraction grating 305 for outputting a final laser beam; And
An optical fiber laser for wavelength-controlled beam coupling, comprising: a second polarization monitoring imaging optical system 312 for monitoring each laser beam whose output has been reduced by transmitting through the second diffraction grating 311 for beam coupling. Polarization state monitoring device.
제 14 항에 있어서,
상기 편광 상태는 수학식
Figure 112019108424463-pat00007
(여기서, λi 및 λ는 i 및 j번째 채널의 파장을 나타내며, TE는 수직 편광을 나타내 회절격자1은 제 1 빕결함용 회절격자(305)를 나타내고, 회절격자2는 제 2 빔결합용 회절격자(311)를 나타낸다)에 의해 예측되는 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 장치.
The method of claim 14,
The polarization state is Equation
Figure 112019108424463-pat00007
(Where λi and λ represent the wavelengths of the i and j-th channels, TE represents vertical polarization, diffraction grating 1 represents the first diffraction grating 305 for bib defects, and diffraction grating 2 represents the second diffraction for beam coupling A device for monitoring the polarization state of a fiber laser for wavelength-controlled beam coupling, characterized in that predicted by a grating 311).
(a) 편광제어 신호 처리기(117)가 다수의 채널에 각각 배열되는 다수의 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)에 출력 신호를 제공하는 단계;
(b) 광학계 어셈블리(200)가 다수의 상기 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)로부터의 레이저광들을 파장제어 빔결합하는 단계; 및
(c) 상기 편광제어 신호 처리기(117)가 상기 다수의 광섬유 레이저 모듈(10-1 내지 10-n)의 편광 상태 모니터링을 수행하여 상기 출력 신호를 생성하는 단계;를 포함하며,
(d) 광센서(216)가 상기 광학계 어셈블리(200)로부터 발생되는 수직 편광빔(209)을 수광하여 편광 상태에 따른 입력 신호를 생성하여 상기 편광제어 신호 처리기(117)로 전송하는 단계;를 포함하고,
상기 편광 상태는 각 파장에 따른 선형 분포를 가지며 배열형 수치인 것을 특징으로 하는 파장제어 빔결합을 위한 광섬유 레이저의 편광 상태 모니터링 방법.
(a) providing an output signal to a plurality of fiber laser modules 10-1 to 10-n, each of which the polarization control signal processor 117 is arranged in a plurality of channels;
(b) wavelength-controlled beam coupling of laser beams from the plurality of optical fiber laser modules 10-1 to 10-n by the optical system assembly 200; And
(c) generating the output signal by the polarization control signal processor 117 monitoring polarization states of the plurality of optical fiber laser modules 10-1 to 10-n; and
(d) receiving, by the optical sensor 216, the vertically polarized beam 209 generated from the optical system assembly 200, generating an input signal according to the polarization state, and transmitting it to the polarization control signal processor 117; Including,
The polarization state has a linear distribution according to each wavelength and is an array type numerical value.
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