KR102337812B1 - Apparatus and method for controlling phase modulation in coherent beam combining laser system - Google Patents
Apparatus and method for controlling phase modulation in coherent beam combining laser system Download PDFInfo
- Publication number
- KR102337812B1 KR102337812B1 KR1020210054561A KR20210054561A KR102337812B1 KR 102337812 B1 KR102337812 B1 KR 102337812B1 KR 1020210054561 A KR1020210054561 A KR 1020210054561A KR 20210054561 A KR20210054561 A KR 20210054561A KR 102337812 B1 KR102337812 B1 KR 102337812B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- phase
- signal
- intensity
- moving average
- spgd
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
- H01S5/0078—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for frequency filtering
Abstract
Description
본 개시(disclosure)는 일반적으로 결맞음 빔결합 레이저 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 SPGD(stochastic parallel gradient descent) 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서 레이저 빔의 위상 변조를 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates generally to a coherent beam-coupled laser system, and more specifically, to a coherent beam-coupled laser system that controls the phase based on a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm for controlling the phase modulation of a laser beam. It relates to an apparatus and method.
단일 레이저를 이용한 레이저의 출력 향상은 레이저 이득 물질 내의 열 문제 및 비선형 현상 등에 의하여 근본적으로 제한을 받는다. 이러한 한계점을 극복하기 위하여, 다채널 레이저를 결합하는 빔결합 방법이 제시되었으며, 파장 빔결합(spectral beam combining)과 결맞음 빔결합(coherent beam combining)방법이 사용되고 있다. 결맞음 빔결합은 복수의 광원을 한 위치에 집속하여 높은 세기의 광 에너지를 얻는 기술 중 하나로서, 광원들 간의 결합이 결맞음 길이 내에서 서로 보강 간섭을 일으키며 나타날 때 해당 광원들의 개수의 제곱에 비례하는 높은 세기를 얻을 수 있는 기술을 지시한다. 이러한 기술은 파장 빔 결합 등의 다른 방식과 비교하여 가장 높은 광 세기 획득을 기대할 수 있어 입자 가속을 위한 극초단 레이저 펄스의 빔결합 및 지향성 레이저 에너지 무기를 위한 연속 발진 레이저 빔결합 등의 광학계 방위 산업 분야에 활용될 수 있다.The power improvement of a laser using a single laser is fundamentally limited by thermal problems and non-linearities in the laser gain material. In order to overcome this limitation, a beam combining method for combining multi-channel lasers has been proposed, and spectral beam combining and coherent beam combining are used. Coherent beam coupling is one of the techniques for obtaining high-intensity light energy by focusing a plurality of light sources at one location. Instructs a technique that can achieve high strength. Compared to other methods such as wavelength-beam combining, this technology can be expected to obtain the highest light intensity, so the optical system defense industry such as beam combining of ultra-short laser pulses for particle acceleration and continuous oscillation laser beam combining for directional laser energy weapons can be used in the field.
다채널 레이저 빔결합 방법은 복수의 채널로 분배되는 각각의 빔들의 위상을 제어하여 빔을 결합하는 방법으로서, 종래에 따르면, 원거리에서 실시간 위상 제어 및 위상 제어기의 설계가 용이함을 이유로, SPGD 알고리즘을 이용한 다채널 위상 제어 결맞음 빔결합 방법이 사용되고 있다. 그러나, 종래의 SPGD 알고리즘을 이용한 다채널 위상 제어 결맞음 빔결합 방법은 레이저 요동에 의하여 순간적으로 빔의 세기가 감소한 경우 결맞음 빔결합 상태를 정확하게 판단하지 못하였다. 그에 따라, 결맞음 빔결합 상태를 정확하게 파악하고, 결맞음 빔결합 상태에 대응되도록 다채널 레이저 빔들의 위상 변조를 정확하게 제어하기 위한 기술이 요구되고 있다.The multi-channel laser beam combining method is a method of combining beams by controlling the phase of each beam distributed to a plurality of channels. According to the prior art, for the reason that real-time phase control and the design of a phase controller from a long distance are easy, the SPGD algorithm is used. A multi-channel phase-controlled coherent beam combining method is used. However, the conventional multi-channel phase-controlled coherent beam coupling method using the SPGD algorithm fails to accurately determine the coherence beam coupling state when the beam intensity is momentarily decreased due to laser fluctuations. Accordingly, there is a need for a technique for accurately determining the coherence beam coupling state and accurately controlling the phase modulation of the multi-channel laser beams to correspond to the coherent beam coupling state.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 레이저 빔의 위상 변조를 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.Based on the above discussion, the present disclosure provides an apparatus and method for controlling the phase modulation of a laser beam in a coherent beam combining laser system that controls the phase based on the SPGD algorithm.
또한, 본 개시는 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 결맞음 빔결합 상태를 식별하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.In addition, the present disclosure provides an apparatus and method for identifying a coherent beam coupling state in a coherent beam coupling laser system that controls a phase based on an SPGD algorithm.
또한, 본 개시는 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 결맞음 빔결합 상태에 대응되도록 다채널 레이저 빔들의 위상 변조를 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.In addition, the present disclosure provides an apparatus and method for controlling phase modulation of multi-channel laser beams to correspond to a coherent beam coupling state in a coherent beam coupling laser system that controls a phase based on an SPGD algorithm.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, SPGD(stochastic parallel gradient descent) 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 복수의 채널들을 이용하는 신호 빔의 위상 변조를 제어하는 위상 제어기는 빔의 세기에 관한 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(analog to digital converter), 상기 빔의 세기에 관한 디지털 신호를 필터링하는 이동 평균 필터(moving average filter), 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔에 인가되는 섭동 신호를 생성하는 섭동 발생기, 상기 이동 평균 필터가 필터링한 빔 세기 신호와 상기 섭동 신호에 기반하여, 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔의 위상을 변조하기 위한 위상 값을 결정하는 SPGD 연산기, 및 상기 위상 값에 관련된 위상 제어 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(digital to analog converter)를 포함할 수 있다.According to various embodiments of the present disclosure, in a coherent beam combining laser system for controlling a phase based on a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm, the phase controller for controlling the phase modulation of a signal beam using a plurality of channels is the intensity of the beam ADC (analog to digital converter) for converting an analog input signal to a digital signal, a moving average filter for filtering a digital signal for the intensity of the beam, corresponding to one of the plurality of channels A perturbation generator for generating a perturbation signal applied to a beam to be used, a phase value for modulating a phase of a beam corresponding to one of the plurality of channels based on the beam intensity signal filtered by the moving average filter and the perturbation signal It may include a SPGD operator that determines the value, and a digital to analog converter (DAC) for converting a phase control signal related to the phase value into an analog signal.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 이동 평균 필터는 상기 빔의 세기에 관한 신호에서, 연속적으로 입력되는 빔의 세기 값들의 평균 값에 기반하여 신호를 필터링하도록 구성될 수 있다.According to another embodiment, the moving average filter may be configured to filter a signal based on an average value of continuously input beam intensity values in the signal related to the beam intensity.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 이동 평균 필터는, 단순 이동 평균 필터, 가중 이동 평균 필터, 기하 이동 평균 필터, 지수 이동 평균 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to another embodiment, the moving average filter may include at least one of a simple moving average filter, a weighted moving average filter, a geometric moving average filter, and an exponential moving average filter.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 레이저 장치는 신호 빔을 생성하는 발진기, 상기 신호 빔을 복수의 채널에 대응되도록 분배하는 빔 분배기, 상기 분배된 신호 빔의 위상을 변조하는 위상 변조기, 상기 레이저 장치가 출력하는 빔의 세기에 관한 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 검출기, 상기 광 검출기로부터 전달받은 빔의 세기에 관한 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC, 상기 빔의 세기에 관한 디지털 신호를 필터링하는 이동 평균 필터, 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔에 인가되는 섭동 신호를 생성하는 섭동 발생기, 상기 이동 평균 필터가 필터링한 빔 세기 신호와 상기 섭동 신호에 기반하여, 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔의 위상을 변조하기 위한 위상 값을 결정하는 SPGD 연산기, 및 상기 위상 값에 관련된 위상 제어 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC를 포함하는 위상 제어기를 포함하고, 상기 위상 변조기는 상기 위상 제어기로부터 전달되는 상기 위상 제어 신호에 기반하여, 상기 위상 값에 대응되도록 레이저 위상을 변조할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, in a coherent beam combining laser system for controlling a phase based on an SPGD algorithm, a laser device includes an oscillator for generating a signal beam, a beam splitter for distributing the signal beam to correspond to a plurality of channels; A phase modulator that modulates the phase of the distributed signal beam, a photodetector that converts an optical signal related to the intensity of the beam output from the laser device into an electrical signal, and an analog input that relates to the intensity of the beam received from the photodetector ADC for converting a signal into a digital signal, a moving average filter for filtering the digital signal regarding the intensity of the beam, a perturbation generator for generating a perturbation signal applied to a beam corresponding to one of the plurality of channels, and the moving average filter An SPGD calculator that determines a phase value for modulating a phase of a beam corresponding to one of the plurality of channels based on the filtered beam intensity signal and the perturbation signal, and an analog phase control signal related to the phase value and a phase controller including a DAC for converting a signal, wherein the phase modulator modulates the laser phase to correspond to the phase value based on the phase control signal transmitted from the phase controller.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 이동 평균 필터는 상기 빔의 세기에 관한 신호에서, 연속적으로 입력되는 빔의 세기 값들의 평균 값에 기반하여 신호를 필터링 하도록 구성될 수 있다.According to another embodiment, the moving average filter may be configured to filter the signal based on an average value of continuously input beam intensity values in the signal related to the beam intensity.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 위상 제어기는 상기 빔의 세기 값들의 평균 값이, 상기 이동 평균 필터에 기반하여 결정되는 임계 값 이하인 경우, 상기 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 풀림 상태로 식별하고, 상기 빔의 세기 값들의 평균 값이, 상기 임계 값 보다 큰 경우, 상기 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 상태로 식별할 수 있다.According to another embodiment, when the average value of the intensity values of the beam is less than or equal to a threshold value determined based on the moving average filter, the phase controller sets the state of the beam output from the laser device to the beam coupling release state. and when the average value of the intensity values of the beam is greater than the threshold value, the state of the beam output by the laser device may be identified as the beam coupling state.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 복수의 채널들을 이용하는 신호 빔의 위상 변조를 제어하는 위상 제어기의 동작 방법은 빔의 세기에 관한 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 상기 빔의 세기에 관한 디지털 신호에 이동 평균 필터를 적용하는 단계, 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔에 인가되는 섭동 신호를 생성하는 단계, 상기 이동 평균 필터가 필터링한 빔 세기 신호와 상기 섭동 신호에 기반하여, 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔의 위상을 변조하기 위한 위상 값을 결정하는 단계, 및 상기 위상 값에 관련된 위상 제어 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, in the coherent beam combining laser system for controlling the phase based on the SPGD algorithm, the operating method of the phase controller for controlling the phase modulation of the signal beam using a plurality of channels is analog related to the intensity of the beam converting an input signal in the form of a digital signal, applying a moving average filter to the digital signal regarding the intensity of the beam, generating a perturbation signal applied to a beam corresponding to one of the plurality of channels; determining a phase value for modulating a phase of a beam corresponding to one of the plurality of channels based on the beam intensity signal filtered by the moving average filter and the perturbation signal, and phase control related to the phase value converting the signal to an analog signal.
다른 일 실시 예에 따르면, 위상 제어기의 동작 방법은 상기 빔의 세기에 관한 신호에서 연속적으로 입력되는 빔의 세기 값들의 평균 값이, 임계 값 이하인 경우, 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 풀림 상태로 식별하는 단계, 및 상기 빔의 세기 값들의 평균 값이, 상기 임계 값 보다 큰 경우, 상기 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 상태로 식별하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment, in the method of operating the phase controller, when the average value of the intensity values of the beams continuously input in the signal related to the intensity of the beam is less than or equal to a threshold value, the state of the beam output by the laser device is beam-combined. The method may further include the steps of identifying the released state, and when the average value of the intensity values of the beam is greater than the threshold value, identifying the state of the beam output from the laser device as the beam coupling state.
본 발명의 다양한 각각의 측면들 및 특징들은 첨부된 청구항들에서 정의된다. 종속 청구항들의 특징들의 조합들(combinations)은, 단지 청구항들에서 명시적으로 제시되는 것뿐만 아니라, 적절하게 독립항들의 특징들과 조합될 수 있다.Various respective aspects and features of the invention are defined in the appended claims. Combinations of features of the dependent claims may be combined with features of the independent claims as appropriate, not just expressly set forth in the claims.
또한, 본 개시에 기술된 임의의 하나의 실시 예(any one embodiment) 중 선택된 하나 이상의 특징들은 본 개시에 기술된 임의의 다른 실시 예 중 선택된 하나 이상의 특징들과 조합될 수 있으며, 이러한 특징들의 대안적인 조합이 본 개시에 논의된 하나 이상의 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키거나, 본 개시로부터 통상의 기술자에 의해 식별될 수 있는(discernable) 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키고, 나아가 실시 예의 특징들(embodiment features)의 이렇게 형성된 특정한 조합(combination) 또는 순열(permutation)이 통상의 기술자에 의해 양립 불가능한(incompatible) 것으로 이해되지만 않는다면, 그 조합은 가능하다.In addition, one or more features selected in any one embodiment described in this disclosure may be combined with one or more features selected in any other embodiment described in this disclosure, and alternatives to these features a combination of at least partially alleviates one or more technical problems discussed in the present disclosure, or at least partially alleviates technical problems that can be discerned by a person skilled in the art from the present disclosure, and furthermore features of embodiments ( The combination is possible, provided that a specific combination or permutation so formed of the embodiment features is not understood by a person skilled in the art as incompatible.
본 개시에 기술된 임의의 예시 구현(any described example implementation)에 있어서 둘 이상의 물리적으로 별개의 구성 요소들은 대안적으로, 그 통합이 가능하다면 단일 구성 요소로 통합될 수도 있으며, 그렇게 형성된 단일한 구성 요소에 의해 동일한 기능이 수행된다면, 그 통합은 가능하다. 반대로, 본 개시에 기술된 임의의 실시 예(any embodiment)의 단일한 구성 요소는 대안적으로, 적절한 경우, 동일한 기능을 달성하는 둘 이상의 별개의 구성 요소들로 구현될 수도 있다.In any described example implementation, two or more physically separate components may alternatively be integrated into a single component if their integration is possible, and the single component so formed If the same function is performed by , the integration is possible. Conversely, a single component of any embodiment described in the present disclosure may alternatively be implemented with two or more separate components that achieve the same function, where appropriate.
본 발명의 특정 실시 예들(certain embodiments)의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점 및/또는 단점들 중 적어도 하나를, 적어도 부분적으로, 해결, 완화 또는 제거하는 것에 있다. 특정 실시 예들(certain embodiments)은 후술하는 장점들 중 적어도 하나를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of certain embodiments of the present invention to solve, mitigate, or eliminate, at least in part, at least one of the problems and/or disadvantages associated with the prior art. Certain embodiments aim to provide at least one of the advantages described below.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 결맞음 빔결합 상태를 정확하게 식별하고, 다채널 레이저 빔들의 위상 변조를 정확하게 제어할 수 있게 한다.Apparatus and method according to various embodiments of the present disclosure can accurately identify a coherent beam coupling state and accurately control phase modulation of multi-channel laser beams in a coherent beam coupling laser system that controls a phase based on an SPGD algorithm do.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects obtainable in the present disclosure are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present disclosure belongs from the description below. will be.
도 1은 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서 레이저 장치를 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 레이저 장치의 구성을 도시한다.
도 3은 종래의 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 위상 제어기의 구성을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 위상 제어기의 구성을 도시한다.
도 5는 종래의 결맞음 빔결합 레이저 시스템과 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 레이저 빔의 세기에 관한 신호 그래프를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 위상 제어기의 동작 방법에 관한 흐름도를 도시한다.1 shows a laser device in a coherent beam-coupled laser system with phase control based on the SPGD algorithm.
2 illustrates a configuration of a laser device in a coherent beam combining laser system for controlling a phase based on an SPGD algorithm according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 3 shows the configuration of a phase controller in a coherent beam combining laser system that controls a phase based on a conventional SPGD algorithm.
4 illustrates a configuration of a phase controller in a coherent beam combining laser system for controlling a phase based on an SPGD algorithm according to various embodiments of the present disclosure.
5 shows a signal graph with respect to the intensity of a laser beam in a conventional coherent beam coupling laser system and a coherent beam coupling laser system according to various embodiments of the present disclosure.
6 is a flowchart illustrating a method of operating a phase controller in a coherent beam combining laser system for controlling a phase based on an SPGD algorithm according to various embodiments of the present disclosure.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.Terms used in the present disclosure are used only to describe specific embodiments, and may not be intended to limit the scope of other embodiments. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meanings as commonly understood by one of ordinary skill in the art described in the present disclosure. Among the terms used in the present disclosure, terms defined in a general dictionary may be interpreted with the same or similar meaning as the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present disclosure, ideal or excessively formal meanings is not interpreted as In some cases, even terms defined in the present disclosure cannot be construed to exclude embodiments of the present disclosure.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.In various embodiments of the present disclosure described below, a hardware access method will be described as an example. However, since various embodiments of the present disclosure include technology using both hardware and software, various embodiments of the present disclosure do not exclude a software-based approach.
이하 본 개시는 결맞음 레이저 빔결합 시스템에서 위상 제어기 및 위상 제어기의 동작 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시는 SPGD(stochastic parallel gradient descent) 알고리즘을 이용하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서 레이저 빔의 위상 변조를 제어하기 위한 기술을 설명한다.Hereinafter, the present disclosure relates to a phase controller and an operating method of the phase controller in a coherent laser beam combining system. Specifically, the present disclosure relates to a coherent beam-coupled laser system using a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. Specifically, the present disclosure describes a technique for controlling the phase modulation of a laser beam in a coherent beam-coupled laser system that controls the phase based on the SPGD algorithm.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present disclosure pertains can easily implement it. However, since the technical spirit of the present disclosure may be modified and implemented in various forms, it is not limited to the embodiments described herein. In the description of the embodiments disclosed in the present specification, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present disclosure, a detailed description of the known technology will be omitted. The same or similar components are given the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when an element is described as being "connected" with another element, it includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "indirectly connected" with another element interposed therebetween. When an element "includes" another element, it means that another element may be further included without excluding another element in addition to other elements unless otherwise stated.
일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.Some embodiments may be described in terms of functional block configurations and various processing steps. Some or all of these functional blocks may be implemented in various numbers of hardware and/or software configurations that perform specific functions. For example, the functional blocks of the present disclosure may be implemented by one or more microprocessors, or by circuit configurations for a given function. The functional blocks of the present disclosure may be implemented in various programming or scripting languages. The functional blocks of the present disclosure may be implemented as an algorithm running on one or more processors. A function performed by a functional block of the present disclosure may be performed by a plurality of functional blocks, or functions performed by a plurality of functional blocks in the present disclosure may be performed by one functional block. In addition, the present disclosure may employ prior art for electronic configuration, signal processing, and/or data processing, and the like.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다. In addition, in the present disclosure, in order to determine whether a specific condition is satisfied (satisfied) or satisfied (fulfilled), an expression of more than or less than is used, but this is only a description to express an example, and more or less description is excluded not to do Conditions described as 'more than' may be replaced with 'more than', conditions described as 'less than', and conditions described as 'more than and less than' may be replaced with 'more than and less than'.
도 1은 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서 레이저 장치(100)를 도시한다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.1 shows a
도 1을 참고하면, 레이저 장치는 발진기(101), 빔 분배기(103), 위상 변조기(105), 광 검출기(107), 위상 제어기(109)를 포함한다. 위상 제어기는 아날로그-디지털 컨버터(analog to digital converter, ADC)(121), 섭동 발생기(123), 위상 결정기(125), 디지털-아날로그 컨버터(127)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the laser device includes an
발진기(101)는 신호 빔을 생성하는 기능을 수행한다. 발진기(101)는 레이저 빔을 생성하고 생성된 레이저 빔을 발진시켜, 레이저 장치가 송신하는 신호 빔을 생성할 수 있다.The
빔 분배기(103)는 신호 빔을 분배하는 기능을 수행한다. 빔 분배기(103)는 복수의 채널을 이용하는 신호 빔을 각 채널 별로 분할할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 빔 분배기(103)는 발진기(101)로부터 전달 받은 신호 빔을 복수의 채널에 대응되는 복수의 신호 빔들로 분할할 수 있다.The
위상 변조기(105)는 복수의 채널에 대응되는 복수의 신호 빔들의 위상을 변조(modulation)하는 기능을 수행한다. 위상 변조기(105)는 위상 제어기(109)의 제어에 따라 복수의 채널에 관한 신호 빔들의 위상을 변조할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 레이저 장치(100)는 복수의 신호 빔들 각각에 대응되도록, 복수의 위상 변조기들을 포함할 수 있다. 복수의 위상 변조기들은 대응되는 복수의 신호 빔들의 위상을 변조할 수 있다.The
광 검출기(107)는 빔의 세기에 관한 광 신호를 전기적인 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 광 검출기(107)는 레이저 장치가 출력하는 빔의 세기를 식별하기 위하여, 빔의 세기에 관한 광 신호를 전기 신호로 변환하고, 변환된 전기 신호를 위상 제어기(109)로 전달할 수 있다.The
위상 제어기(109)는 위상 변조기(105)를 제어하는 기능을 수행한다. 위상 제어기(109)는 광 검출기가 출력한 전기 신호를 전달 받고, 빔의 세기에 관한 정보를 이용하여 결맞음 빔결합을 위한 위상 값을 결정한다. 위상 제어기는 결정된 위상 값을 이용하여 위상 변조기를 제어하기 위한 위상 제어 신호를 생성하고, 위상 제어 신호를 위상 변조기로 전달할 수 있다. The
본 개시의 일 실시 예 따르면, 위상 제어기(109)는 아날로그-디지털 컨버터(121)를 이용하여 입력된 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 신호로 변환한다. 또한, 위상 제어기(109)는 섭동 발생기(123)를 이용하여 복수의 채널에 대응되는 복수의 신호 빔들에 인가될 섭동(perturbation) 신호를 무작위로 발생시킬 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the
이후, 위상 제어기(109)는 위상 결정기(125)를 이용하여 복수의 채널에 대응되는 복수의 빔들에 인가될 위상 값을 결정한다. 위상 결정기(125)는 SPGD 알고리즘 연산을 수행하여, 섭동 신호와 디지털 신호로부터 복수의 빔들에 인가될 위상 값을 결정할 수 있다. SPGD 알고리즘 연산을 수행하는 위상 제어 방법은 복수의 채널 각각에 대응되는 빔 신호들에 무작위로 위상 섭동을 인가하면서, 결합된 빔의 세기를 측정하여 빔의 세기가 최대가 되는 채널 별 위상을 찾는 방법을 지시한다. 결맞음 빔결합 상태는 레이저 빔의 세기가 최대가 되는 각 채널 별 위상을 찾은 상태를 지시한다. 결맞음 빔결합이 일어난 상태에서, 위상 제어기는 각 채널 별로 낮은 세기의 섭동 신호를 반복적으로 인가하면서 빔결합이 일어난 채널 별 위상을 유지할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 결정기(125)는 SPGD 알고리즘을 이용하여, 복수의 채널들에 대응되는 복수의 신호 빔들에 각각에 섭동 신호들이 인가된 경우 변화하는 레이저 빔의 세기에 기반하여 위상 값을 결정할 수 있다. 이후, 위상 제어기(109)는 SPGD 알고리즘을 이용한 연산을 통해 결정되는 위상 값에 기반하여, 위상 변조기를 제어하기 위한 디지털 형태의 위상 제어 신호를 생성할 수 있다. 위상 제어기(109)는 디지털-아날로그 컨버터(127)를 이용하여 디지털 형태의 위상 제어 신호를 아날로그 형태의 위상 제어 신호로 변환하고, 생성된 아날로그 형태의 위상 제어 신호를 위상 변조기(105)로 송신할 수 있다.Thereafter, the
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 레이저 장치의 구성(200)을 도시한다. 도 2는 도 1의 레이저 장치(100)의 상세한 구성을 예시한다.2 illustrates a
도 2를 참고하면, 레이저 장치의 구성(200)은 발진기(201), 빔 분배기(203), 제1 위상 변조기 내지 제3 위상 변조기(205-1 내지 205-3), 제1 증폭기 내지 제3 증폭기(207-1 내지 207-3), 빔 결합기(209), 빔 분배기(211), 광 검출기(213), 위상 제어기(215)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the
도 2의 발진기(201), 빔 분배기(203), 제1 위상 변조기 내지 제3 위상 변조기(205-1 내지 205-3), 광 검출기(213), 위상 제어기(215)는 도 1에서 대응되는 구성에 해당하는 발진기(101), 빔 분배기(103), 위상 변조기(105), 광 검출기(107), 위상 제어기(109)와 동일한 기능을 수행할 수 있다.The
발진기(201)는 레이저 빔을 생성하고 생성된 레이저 빔을 발진시켜, 레이저 장치가 송신하는 신호 빔을 생성한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 발진기(201)는 마스터 오실레이터(master oscillator)를 포함할 수 있다. 발진기가 생성한 레이저 빔은 빔 분배기(203)로 전달될 수 있다.The
빔 분배기(203)는 복수의 채널을 이용하는 신호 빔을 각 채널 별 신호 빔들로 분할한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 마스터 오실레이터에서 발진된 신호 빔은 빔 분배기(203)를 거쳐 각 채널로 나뉘어 질 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 신호 빔이 송신되는 채널의 개수가 세 개인 경우, 빔 분배기(203)는 신호 빔의 세 개의 빔들로 분할할 수 있다. 이에 대응하여, 레이저 장치는 세 개의 위상 변조기들과 세 개의 증폭기들을 포함할 수 있다. 도 2는 신호 빔이 세 개의 채널을 가지는 경우를 예시하였으나, 채널의 개수는 사용자의 설정에 따라 변경될 수 있다. The
제1 위상 변조기 내지 제3 위상 변조기(205-1 내지 205-3)는 복수의 채널에 대응되는 복수의 신호 빔들 각각의 위상을 변조한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 위상 변조기 내지 제3 위상 변조기(205-1 내지 205-3)는 위상 제어기(215)의 제어에 따라 복수의 채널에 관한 신호 빔들의 위상을 변조할 수 있다. The first to third phase modulators 205 - 1 to 205 - 3 modulate a phase of each of a plurality of signal beams corresponding to a plurality of channels. According to an embodiment of the present disclosure, the first to third phase modulators 205 - 1 to 205 - 3 may modulate phases of signal beams related to a plurality of channels according to the control of the
제1 증폭기 내지 제3 증폭기(207-1 내지 207-3)는 레이저 장치의 출력을 증가시키기 위하여, 위상이 변조된 신호를 증폭하는 기능을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 증폭기 내지 제3 증폭기는 광섬유 증폭기를 포함할 수 있다. 복수의 채널들 각각에 대응되는 신호 빔들은 광섬유 증폭기를 거쳐 빔 결합기(209)에 전달될 수 있다.The first to third amplifiers 207-1 to 207-3 amplify the phase-modulated signal in order to increase the output of the laser device. According to an embodiment of the present disclosure, the first to third amplifiers may include optical fiber amplifiers. Signal beams corresponding to each of the plurality of channels may be transmitted to the
빔 결합기(209)는 복수의 채널에 대응되도록 분할된 신호 빔들을 결합하는 기능을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 빔 결합기(209)는 광섬유 증폭기를 통해 증폭된 복수의 채널들 각각에 대응되는 신호 빔들을 하나의 빔으로 결합할 수 있다. 레이저 장치는 결합된 빔을 목표물에 조사할 수 있다.The
빔 분배기(211)는 결합된 빔의 적어도 일부를 분배하는 기능을 수행한다. 빔 분배기는 결맞음 빔결합 상태를 평가하고 위상 변조기를 조정하기 위하여, 레이저 장치가 출력하는 출력 빔의 적어도 일부가 광 검출기(213)로 전달되도록 조정할 수 있다.The
광 검출기(213)는 레이저 장치가 출력하는 출력 빔의 세기를 식별하기 위하여, 빔의 세기에 관한 광 신호를 검출하고, 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 광 검출기(213)는 빔 분배기를 통하여 전달 받은 광 신호를 검출하여 전기 신호로 변환할 수 있다. 이후 광 검출기(213)는 생성된 전기 신호를 위상 제어기(215)로 전달할 수 있다.In order to identify the intensity of the output beam output from the laser device, the
위상 제어기(215)는 광 검출기로 입력 받은 전기 신호에 기반하여, 빔의 세기에 관한 정보를 이용하여 결맞음 빔결합을 위한 위상 값을 결정한다. 위상 제어기(215)는 복수의 채널에 대응되는 복수의 신호 빔들에 인가될 섭동 신호와 광 검출기로부터의 입력 신호에 기반하여, 복수의 채널에 대응되는 복수의 빔들에 인가될 위상 값을 결정한다. 이 때, 위상 제어기(215)는 SPGD 알고리즘 연산을 수행하여, 섭동 신호와 디지털 신호로부터 복수의 빔들에 인가될 위상 값을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 제어기(215)는 SPGD 알고리즘을 이용하여, 복수의 채널들에 대응되는 복수의 신호 빔들 각각에 섭동 신호를 인가한 후 변화하는 레이저 빔의 세기를 식별하고, 레이저 빔의 세기가 최대가 되도록 위상 값을 결정할 수 있다. 위상 제어기(215)는 SPGD 연산을 통해 결정되는 위상 값에 기반하여, 위상 변조기를 제어하기 위한 위상 제어 신호를 생성하고, 위상 제어 신호를 위상 변조기로 전달할 수 있다. The
도 3은 종래의 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 위상 제어기의 구성(300)을 도시한다. 도 3은 도 2의 레이저 장치의 위상 제어기(215)의 구성을 예시한다.3 shows a
도 3을 참고하면, 위상 제어기의 구성(300)은 ADC(301), 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(305-1 내지 305-3), 제1 SPGD 연산기 내지 제 3 SPGD 연산기(307-1 내지 307-3), 제1 DAC 내지 제3 DAC(309-1 내지 309-3)를 포함할 수 있다. 도 3은 위상 제어기가 섭동 발생기들, SPGD 연산기들, DAC들을 각각 세 개를 구비한 경우를 예시하나, 섭동 발생기들, SPGD 연산기들, DAC들 각각의 개수는 위상 제어기의 설계에 따라 변경될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
ADC(301)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다. ADC(301)은 빔의 세기에 관한 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 형태의 신호로 변환할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, ADC(301)는 결맞음 빔결합을 식별하기 위하여 광 검출기로부터 입력 받은 전기 신호를 디지털 형태의 신호로 변환할 수 있다.The
제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(305-1 내지 305-3)는 섭동 신호를 발생시키는 기능을 수행한다. 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(305-1 내지 305-3)는 신호 빔의 위상 섭동을 발생시키기 위한 섭동 신호를 발생시킬 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(305-1 내지 305-3)는 복수의 채널에 대응되는 복수의 신호 빔들에 인가될 무작위의 섭동 신호를 발생시킬 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(305-1 내지 305-3)는 난수 발생기(random number generator, RNG)를 포함할 수 있다.The first to third perturbation generators 305-1 to 305-3 perform a function of generating a perturbation signal. The first to third perturbation generators 305 - 1 to 305 - 3 may generate a perturbation signal for generating a phase perturbation of the signal beam. According to an embodiment of the present disclosure, the first perturbation generator to the third perturbation generator 305-1 to 305-3 may generate a random perturbation signal to be applied to a plurality of signal beams corresponding to a plurality of channels. . According to an embodiment of the present disclosure, the first to third perturbation generators 305 - 1 to 305 - 3 may include random number generators (RNGs).
제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(307-1 내지 307-3)는 복수의 채널에 대응되는 빔들에 인가될 위상을 결정하는 기능을 수행한다. 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(307-1 내지 307-3)는 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기로부터 전달 받은 섭동 신호와, ADC로부터 전달받은 빔의 세기에 관한 디지털 신호를 이용하여 SPGD 알고리즘 연산을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(307-1 내지 307-3)는 SPGD 알고리즘을 이용하여, 레이저 빔의 세기가 최대가 되도록 위상 값을 결정하고 결정된 위상 값으로부터 위상 변조기의 위상을 제어하기 위한 위상 제어 신호를 생성할 수 있다. 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(307-1 내지 307-3)는 생성된 위상 제어 신호 각각을 제1 DAC 내지 제3 DAC(309-1 내지 309-3)로 전달할 수 있다.The first to third SPGD operators 307-1 to 307-3 perform a function of determining a phase to be applied to beams corresponding to a plurality of channels. The first to third SPGD calculators 307-1 to 307-3 use the perturbation signal transmitted from the first perturbation generator to the third perturbation generator and the digital signal regarding the intensity of the beam transmitted from the ADC to perform SPGD. Perform algorithmic operation. According to an embodiment of the present disclosure, the first SPGD operator to the third SPGD operator 307-1 to 307-3 use the SPGD algorithm to determine a phase value such that the intensity of the laser beam is maximized, and the determined phase value may generate a phase control signal for controlling the phase of the phase modulator. The first to third SPGD operators 307 - 1 to 307 - 3 may transmit the generated phase control signals to the first to third DACs 309 - 1 to 309 - 3 , respectively.
제1 DAC 내지 제3 DAC(309-1 내지 309-3)는 입력 받은 디지털 형태의 신호를 아날로그 형태의 신호로 변환하는 기능을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 DAC 내지 제3 DAC(309-1 내지 309-3)는 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(307-1 내지 307-3) 각각으로부터 전달받은 디지털 형태의 위상 제어 신호들을 아날로그 형태의 위상 제어 신호들로 변환한다. 이후, 제1 DAC 내지 제3 DAC(309-1 내지 309-3)는 생성된 아날로그 형태의 위상 제어 신호를 위상 변조기들 각각에 전달할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 DAC 내지 제3 DAC(309-1 내지 309-3)는 생성된 위상 제어 신호들 각각을 도 2의 제1 위상 변조기 내지 제3 위상 변조기(205-1 내지 205-3)로 전달할 수 있다.The first to third DACs 309-1 to 309-3 perform a function of converting an input digital signal into an analog signal. According to an embodiment of the present disclosure, the first DACs to the third DACs 309-1 to 309-3 are digital forms received from the first SPGD operators 307-1 to the third SPGD operators 307-1 to 307-3, respectively. converts the phase control signals of , into analog phase control signals. Thereafter, the first to third DACs 309 - 1 to 309 - 3 may transmit the generated analog phase control signal to each of the phase modulators. According to an embodiment of the present disclosure, the first to third DACs 309-1 to 309-3 transmit the generated phase control signals to the first to third phase modulators 205-1 of FIG. 2, respectively. to 205-3) can be delivered.
SPGD 알고리즘을 이용한 위상 제어 방법은 연산량이 적어 위상 제어기의 설계가 용이하고 실시간으로 위상 제어 수행이 가능하다. 그러나 SPGD 알고리즘을 이용한 위상 제어 방법은 위상 잠금 상태에서 레이저 요동으로 인해 레이저 빔의 세기가 감소하는 경우, 빔결합 풀림 상태로 인식하게 되기 때문에, 레이저 요동 발생에 취약하다. 즉, SPGD 알고리즘을 이용한 위상 제어기는 빔결합 상태에서 레이저 요동이 발생하여 순간적으로 빔의 세기가 감소하면, 위상 풀림 현상으로 인식하고, SPGD 알고리즘 연산에 기반하여 위상 잠금 상태를 찾는 동작을 반복한다. 종래의 SPGD 알고리즘을 이용한 위상 제어 방법에 따르면, 위상 잠금 상태를 찾기 위하여 빔결합이 되는 위상을 찾는 동작을 반복함에 따라 빔결합 효율이 저하된다.The phase control method using the SPGD algorithm has a small amount of calculation, so it is easy to design a phase controller and it is possible to perform phase control in real time. However, the phase control method using the SPGD algorithm is vulnerable to the occurrence of laser fluctuations because, when the intensity of the laser beam decreases due to the laser fluctuations in the phase lock state, it is recognized as the beam coupling released state. That is, the phase controller using the SPGD algorithm recognizes that when the intensity of the beam is momentarily reduced due to laser fluctuations occurring in the beam coupling state, it is recognized as a phase decoupling phenomenon, and the operation of finding the phase lock state based on the SPGD algorithm operation is repeated. According to the conventional phase control method using the SPGD algorithm, the beam combining efficiency decreases as the operation of finding the phase to be the beam combining is repeated in order to find the phase lock state.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 위상 제어기(400)의 구성을 도시한다. 도 3은 도 2의 레이저 장치의 위상 제어기의 구성을 예시한다.4 illustrates a configuration of a
도 4를 참고하면, 위상 제어기(400)의 구성은 ADC(401), 이동 평균 필터(403), 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(405-1 내지 405-3), 제1 SPGD 연산기 내지 제 3 SPGD 연산기(407-1 내지 407-3), 제1 DAC 내지 제3 DAC(409-1 내지 409-3)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the configuration of the
도 4는 전산 모사 방식과 FPGA (field programmable gate array) 보드 및 3 채널 레이저 시스템에 관한 것으로서, 위상 제어기가 섭동 발생기들, SPGD 연산기들, DAC들을 각각을 세 개씩 구비한 경우를 예시하나, 섭동 발생기들, SPGD 연산기들, DAC들 각각의 개수는 위상 제어기의 설계에 따라 변경될 수 있다.4 is related to a computational simulation method, a field programmable gate array (FPGA) board, and a three-channel laser system, exemplifying a case in which the phase controller includes three perturbation generators, SPGD operators, and DACs each, but the perturbation generator The number of each of the s, SPGD operators, and DACs may be changed according to the design of the phase controller.
도 4의 ADC(401), 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(405-1 내지 405-3), 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(407-1 내지 407-3), 제1 DAC 내지 제3 DAC(409-1 내지 409-2)는 도 3에서 대응되는 구성에 해당하는 ADC(301), 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(305-1 내지 305-3), 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(307-1 내지 307-3), 제1 DAC 내지 제3 DAC(309-1 내지 309-2)와 동일한 기능을 수행할 수 있다.The
ADC(401)는 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 형태의 신호로 변환한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, ADC(401)는 광 검출기로부터 입력 받은, 빔의 세기에 관한 아날로그 형태의 전기 신호를 디지털 형태의 신호로 변환할 수 있다.The
이동 평균 필터(moving average filter)(403)는 복수의 연속된 데이터 값의 평균을 계속적으로 계산하는 방법으로 필터링 하는 기능을 수행한다. 이동 평균 값은 설정된 개수의 입력 값에 대한 실시간 평균 값을 지시한다. 이동 평균 필터는 이동 평균 값을 이용하여 잡음 등에 대한 필터링(filtering)을 수행할 수 있다. 이동 평균 필터는 입력 값을 누적하고, 그 합에 관한 평균 값을 샘플링 시각마다 출력하는 알고리즘을 가질 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, ADC(401)의 출력 신호는 이동 평균 필터가 적용된 후에 복수의 채널에 입력될 수 있다. ADC 출력 신호가 복수의 채널에 입력되기 전에 이동 평균 필터가 적용되므로, 이동 평균 필터(403)는 채널의 개수가 증가한 경우에도 이용될 수 있다.The moving
이동 평균 필터는 ADC(401)로부터 입력 받은 디지털 신호를 필터링할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 이동 평균 필터는, 단순 이동 평균 필터, 가중 이동 평균 필터, 기하 이동 평균 필터, 지수 이동 평균 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The moving average filter may filter the digital signal input from the
제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(405-1 내지 405-3)는 신호 빔의 위상 섭동을 발생시키기 위한 섭동 신호를 발생시킬 수 있다. 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(405-1 내지 405-3)는 복수의 채널에 대응되는 복수의 신호 빔들에 인가될 섭동 신호를 무작위로 발생시킬 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기(405-1 내지 405-3)는 생성된 섭동 신호 각각을 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(407-1 내지 407-3)로 전달할 수 있다.The first to third perturbation generators 405 - 1 to 405 - 3 may generate a perturbation signal for generating a phase perturbation of the signal beam. The first to third perturbation generators 405 - 1 to 405 - 3 may randomly generate perturbation signals to be applied to a plurality of signal beams corresponding to a plurality of channels. According to an embodiment of the present disclosure, the first perturbation generators to the third perturbation generators 405-1 to 405-3 convert the generated perturbation signals, respectively, to the first SPGD operators to the third SPGD operators 407-1 to 407- 3) can be transferred.
제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(407-1 내지 407-3)는 복수의 채널에 대응되는 빔들에 인가될 위상을 결정한다. 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(407-1 내지 407-3)는 제1 섭동 발생기 내지 제3 섭동 발생기로부터 전달 받은 섭동 신호와, 이동 평균 필터가 적용된 빔의 세기에 관한 디지털 신호를 이용하여 SPGD 알고리즘 연산을 수행할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(407-1 내지 407-3)는 SPGD 알고리즘을 이용하여, 레이저 빔의 세기가 최대가 되도록 위상 값을 결정하고 결정된 위상 값으로부터 디지털 형태의 위상 제어 신호를 생성할 수 있다. 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(407-1 내지 407-3)는 생성된 위상 제어 신호 각각을 제1 DAC 내지 제3 DAC(409-1 내지 409-3)로 전달할 수 있다.The first to third SPGD operators 407-1 to 407-3 determine phases to be applied to beams corresponding to a plurality of channels. The first to third SPGD calculators 407-1 to 407-3 use the perturbation signal transmitted from the first perturbation generator to the third perturbation generator and the digital signal regarding the intensity of the beam to which the moving average filter is applied. SPGD algorithm operation can be performed. According to an embodiment of the present disclosure, the first SPGD calculator to the third SPGD calculator 407-1 to 407-3 uses the SPGD algorithm to determine the phase value so that the intensity of the laser beam is maximized, and the determined phase value It is possible to generate a digital form of a phase control signal from The first to third SPGD operators 407 - 1 to 407 - 3 may transmit the generated phase control signals to the first to third DACs 409 - 1 to 409 - 3 , respectively.
제1 DAC 내지 제3 DAC(409-1 내지 409-3)는 제1 SPGD 연산기 내지 제3 SPGD 연산기(407-1 내지 407-3) 각각으로부터 전달받은 디지털 형태의 위상 제어 신호들을 아날로그 형태의 위상 제어 신호들로 변환하고 위상 변조기들 각각에 전달할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 제1 DAC 내지 제3 DAC(409-1 내지 409-3)는 생성된 위상 제어 신호들 각각을 도 2의 제1 위상 변조기 내지 제3 위상 변조기(205-1 내지 205-3)로 전달할 수 있다.The first to third DACs 409-1 to 409-3 convert the digital phase control signals received from each of the first to third SPGD operators 407-1 to 407-3 in analog form. It can be converted into control signals and passed to each of the phase modulators. According to an embodiment of the present disclosure, the first to third DACs 409-1 to 409-3 transmit the generated phase control signals to the first to third phase modulators 205-1 of FIG. 2, respectively. to 205-3) can be delivered.
본 개시에 따른 SPGD 알고리즘을 이용한 위상 제어 방법은 위상 제어기에 입력되는 레이저 빔의 세기에 관한 입력 신호에 이동 평균 필터를 적용하여, 레이저 요동으로 인한 순간적인 레이저 빔 세기 저하 현상으로 인한 결맞음 풀림 현상을 방지할 수 있다. 본 개시에 따른 SPGD 알고리즘을 이용하는 위상 제어 방법은 레이저 요동으로 인하여 레이저 빔의 세기가 감소하는 경우에 이동 평균 필터에 기반하여 빔결합 상태를 풀림 상태로 식별하지 않는다. 그에 따라, 빔결합 효율이 개선될 수 있다.The phase control method using the SPGD algorithm according to the present disclosure applies a moving average filter to the input signal regarding the intensity of the laser beam input to the phase controller, thereby preventing the decoherence phenomenon caused by the instantaneous decrease in laser beam intensity due to laser fluctuations. can be prevented In the phase control method using the SPGD algorithm according to the present disclosure, when the intensity of a laser beam is reduced due to laser fluctuations, the beam coupling state is not identified as the released state based on the moving average filter. Accordingly, the beam combining efficiency can be improved.
도 5는 종래의 결맞음 빔결합 레이저 시스템과 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 레이저 빔의 세기에 관한 신호 그래프(500)를 도시한다. 도 5는 종래에 따른 결맞음 빔결합 레이저 시스템(501)과, 이동 평균 필터가 적용된 결맞음 빔결합 레이저 시스템(503)을 예시한다. 5 shows a
도 5를 참고하면, 이동 평균 필터가 적용된 결맞음 빔결합 레이저 시스템(503)에서 빔의 세기는, 종래에 따른 결맞음 빔결합 레이저 시스템(501)에서 레이저 장치가 출력하는 빔의 세기보다 안정적인 값을 가지는 경우가 도시된다. 발진된 레이저 빔을 이용하여 빔결합을 수행하는 경우, 레이저 요동으로 인하여 결합된 빔의 세기가 순간적으로 감소될 수 있다. Referring to FIG. 5 , the intensity of the beam in the coherent beam combining
빔의 세기가 순간적으로 감소하는 경우, 종래에 따른 결맞음 빔결합 레이저 시스템(501)에 따르면 위상 제어기는 빔 상태를 빔결합 풀림 상태로 식별하고, SPGD 알고리즘 연산을 통하여 빔의 위상 값 결정 및 위상 변조를 다시 수행한다. SPGD 알고리즘을 반복적으로 수행함에 따라, 빔의 세기에 관한 출력의 변화가 큰 불안정한 값을 가질 수 있다. When the intensity of the beam is momentarily reduced, according to the conventional coherent beam-combining
빔의 세기가 순간적으로 감소하는 경우, 이동 평균 필터가 적용된 결맞음 빔결합 레이저 시스템(503)에 따르면, 위상 제어기는 이동 평균 필터를 이용하여 빔결합 상태가 유지된 것으로 식별하고, 위상 잠금을 위한 SPGD 알고리즘 연산을 수행하지 않는다. 그에 따라, 빔의 세기에 관한 출력이 변화가 적은 안정적인 값을 가질 수 있다.When the beam intensity is momentarily reduced, according to the coherent beam combining
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 SPGD 알고리즘에 기반하여 위상을 제어하는 결맞음 빔결합 레이저 시스템에서, 위상 제어기의 동작 방법에 관한 흐름도(600)를 도시한다. 도 6은 도 4의 위상 제어기(400)의 동작 방법을 예시한다.6 illustrates a
도 6을 참고하면 단계(601)에서, 위상 제어기(400)는 빔의 세기에 관한 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 신호로 변환한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 제어기(400)는 ADC를 이용하여, 광 검출기로부터 입력 받은 빔의 세기에 관한 입력 신호를 디지털 신호로 변환한다.Referring to FIG. 6 , in
단계(603)에서, 위상 제어기(400)는 빔의 세기에 관한 디지털 신호에 이동 평균 필터를 적용한다. 위상 제어기(400)는 ADC가 출력한 디지털 신호에 이동 평균 필터를 적용한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 이동 평균 필터는 빔의 세기에 관한 신호에서, 연속적으로 입력되는 빔의 세기 값들의 평균 값에 기반하여 신호를 필터링하도록 구성될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 이동 평균 필터는, 단순 이동 평균 필터, 가중 이동 평균 필터, 기하 이동 평균 필터, 지수 이동 평균 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 이동 평균 필터가 적용된 빔의 세기에 관한 신호는 SPGD 연산기로 전달될 수 있다.In
단계(605)에서, 위상 제어기(400)는 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔에 인가되는 섭동 신호를 생성한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 제어기(400)는 섭동 발생기를 이용하여, 복수의 채널에 대응되는 복수의 신호 빔들에 인가될 무작위의 섭동 신호를 발생시킬 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 제어기(400)는 섭동 발생기로 난수 발생기를 이용할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 섭동 발생기가 생성한 섭동 신호는 SPGD 연산기로 전달될 수 있다.In
단계(607)에서, 위상 제어기(400)는 이동 평균 필터가 필터링한 빔 세기 신호와 섭동 신호에 기반하여, 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔의 위상을 변조하기 위한 위상 값을 결정한다. 위상 제어기(400)는 SPGD 연산기를 이용하여 빔의 위상을 변조하기 위한 위상 값을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 제어기(400)는 섭동 발생기로부터 전달 받은 섭동 신호와, 이동 평균 필터가 적용된 빔의 세기에 관한 신호를 이용하여 SPGD 알고리즘 연산을 수행할 수 있다. 위상 제어기는 SPGD 알고리즘을 이용하여, 레이저 빔의 세기가 최대가 되는 위상 값을 결정하고 결정된 위상 값으로부터 디지털 형태의 위상 제어 신호를 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, SPGD 연산기는 생성된 위상 제어 신호 각각을 DAC로 전달할 수 있다.In
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 제어기(400)는 빔의 세기 값들의 평균 값이 임계 값 이하인 경우, 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 풀림 상태로 식별하고, 빔의 세기 값들의 평균 값이 임계 값 보다 큰 경우, 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 상태로 식별할 수 있다. 위상 제어기(400)는 이동 평균 필터에 기반하여 결정되는 빔의 세기에 관한 평균 값이 미리 설정된 임계 값 보다 작은 경우를 빔결합 풀림 상태로 식별하고, 평균 값이 미리 설정된 임계 값 보다 큰 경우를 빔결합 유지 상태로 식별할 수 있다. 그에 따라, 위상 제어기(400)는 순간적인 빔의 세기 감소를 위상 풀림 상태로 식별하지 않고 위상 잠금을 위한 SPGD 알고리즘 연산을 수행하지 않을 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, when the average value of the intensity values of the beam is less than or equal to the threshold value, the
단계(609)에서, 위상 제어기(400)는 위상 값에 관련된 위상 제어 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 위상 제어기(400)는 DAC를 이용하여 디지털 형태의 위상 제어 신호를 아날로그 형태의 위상 제어 신호들로 변환할 수 있다. 위상 제어기(400)는 아날로그 형태의 위상 제어 신호를 위상 변조기에 출력할 수 있다.In
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다. Methods according to the embodiments described in the claims or specifications of the present disclosure may be implemented in the form of hardware, software, or a combination of hardware and software.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다. When implemented in software, a computer-readable storage medium storing one or more programs (software modules) may be provided. One or more programs stored in the computer-readable storage medium are configured to be executable by one or more processors in an electronic device (device). One or more programs include instructions for causing an electronic device to execute methods according to embodiments described in a claim or specification of the present disclosure.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다. Such programs (software modules, software) include random access memory, non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), electrically erasable programmable ROM (electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), magnetic disc storage device, compact disc-ROM (CD-ROM), digital versatile discs (DVDs), or other It may be stored in an optical storage device or a magnetic cassette. Alternatively, it may be stored in a memory composed of a combination of some or all thereof. In addition, each configuration memory may be included in plurality.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.In addition, the program is transmitted through a communication network composed of a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or a storage area network (SAN), or a combination thereof. It may be stored on an attachable storage device that can be accessed. Such a storage device may be connected to a device implementing an embodiment of the present disclosure through an external port. In addition, a separate storage device on the communication network may be connected to the device implementing the embodiment of the present disclosure.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.In the specific embodiments of the present disclosure described above, elements included in the disclosure are expressed in the singular or plural according to the specific embodiments presented. However, the singular or plural expression is appropriately selected for the context presented for convenience of description, and the present disclosure is not limited to the singular or plural component, and even if the component is expressed in plural, it is composed of the singular or singular. Even an expressed component may be composed of a plurality of components.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, although specific embodiments have been described in the detailed description of the present disclosure, various modifications are possible without departing from the scope of the present disclosure. Therefore, the scope of the present disclosure should not be limited to the described embodiments and should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.
Claims (8)
빔의 세기에 관한 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(analog to digital converter);
상기 빔의 세기에 관한 디지털 신호를 필터링하는 이동 평균 필터(moving average filter);
상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔에 인가되는 섭동 신호를 생성하는 섭동 발생기;
상기 이동 평균 필터가 필터링한 빔 세기 신호와 상기 섭동 신호에 기반하여, 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔의 위상을 변조하기 위한 위상 값을 결정하는 SPGD 연산기; 및
상기 위상 값에 관련된 위상 제어 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(digital to analog converter)를 포함하는 위상 제어기.
A phase controller for controlling phase modulation of a signal beam using a plurality of channels in a coherent beam combining laser system for controlling a phase based on a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm, the phase controller comprising:
ADC (analog to digital converter) for converting an analog input signal related to beam intensity into a digital signal;
a moving average filter for filtering the digital signal regarding the intensity of the beam;
a perturbation generator for generating a perturbation signal applied to a beam corresponding to one of the plurality of channels;
an SPGD calculator configured to determine a phase value for modulating a phase of a beam corresponding to one of the plurality of channels based on the beam intensity signal filtered by the moving average filter and the perturbation signal; and
and a digital to analog converter (DAC) for converting a phase control signal related to the phase value into an analog signal.
상기 이동 평균 필터는 상기 빔의 세기에 관한 신호에서, 연속적으로 입력되는 빔의 세기 값들의 평균 값에 기반하여 신호를 필터링하도록 구성되는 위상 제어기.
The method according to claim 1,
and the moving average filter is configured to filter the signal based on an average value of continuously input beam intensity values from the beam intensity signal.
상기 이동 평균 필터는, 단순 이동 평균 필터, 가중 이동 평균 필터, 기하 이동 평균 필터, 지수 이동 평균 필터 중 적어도 하나를 포함하는 위상 제어기.
The method according to claim 1,
The moving average filter may include at least one of a simple moving average filter, a weighted moving average filter, a geometric moving average filter, and an exponential moving average filter.
신호 빔을 생성하는 발진기;
상기 신호 빔을 복수의 채널들에 대응되도록 분배하는 빔 분배기;
상기 분배된 신호 빔의 위상을 변조하는 위상 변조기;
상기 레이저 장치가 출력하는 빔의 세기에 관한 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광 검출기;
상기 광 검출기로부터 전달받은 빔의 세기에 관한 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(analog to digital converter), 상기 빔의 세기에 관한 디지털 신호를 필터링하는 이동 평균 필터(moving average filter), 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔에 인가되는 섭동 신호를 생성하는 섭동 발생기, 상기 이동 평균 필터가 필터링한 빔 세기 신호와 상기 섭동 신호에 기반하여, 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔의 위상을 변조하기 위한 위상 값을 결정하는 SPGD 연산기, 및 상기 위상 값에 관련된 위상 제어 신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(digital to analog converter)를 포함하는 위상 제어기를 포함하고,
상기 위상 변조기는 상기 위상 제어기로부터 전달되는 상기 위상 제어 신호에 기반하여, 상기 위상 값에 대응되도록 레이저 위상을 변조하는 레이저 장치.
In a coherent beam combining laser system that controls a phase based on a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm, in a laser device,
an oscillator for generating a signal beam;
a beam splitter for distributing the signal beam to correspond to a plurality of channels;
a phase modulator for modulating a phase of the distributed signal beam;
a photodetector that converts an optical signal related to the intensity of a beam output by the laser device into an electrical signal;
an analog to digital converter (ADC) that converts an analog input signal related to the intensity of the beam received from the photodetector into a digital signal, a moving average filter that filters the digital signal related to the intensity of the beam; a perturbation generator for generating a perturbation signal applied to a beam corresponding to one of the plurality of channels; A phase controller comprising an SPGD operator for determining a phase value for modulating the phase of the beam, and a digital to analog converter (DAC) for converting a phase control signal related to the phase value into an analog signal,
The phase modulator modulates a laser phase to correspond to the phase value based on the phase control signal transmitted from the phase controller.
상기 이동 평균 필터는 상기 빔의 세기에 관한 신호에서, 연속적으로 입력되는 빔의 세기 값들의 평균 값에 기반하여 신호를 필터링 하도록 구성되는 레이저 장치.
5. The method of claim 4,
The moving average filter is configured to filter a signal based on an average value of continuously input beam intensity values in the signal related to the intensity of the beam.
상기 위상 제어기는,
상기 빔의 세기 값들의 평균 값이, 상기 이동 평균 필터에 기반하여 결정되는 임계 값 이하인 경우, 상기 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 풀림 상태로 식별하고,
상기 빔의 세기 값들의 평균 값이, 상기 임계 값 보다 큰 경우, 상기 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 상태로 식별하는 레이저 장치.
6. The method of claim 5,
The phase controller is
When the average value of the intensity values of the beam is less than or equal to a threshold value determined based on the moving average filter, the state of the beam output by the laser device is identified as a beam coupling release state,
When the average value of the intensity values of the beam is greater than the threshold value, the laser device identifies the state of the beam output from the laser device as the beam coupling state.
빔의 세기에 관한 아날로그 형태의 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 빔의 세기에 관한 디지털 신호에 이동 평균 필터(moving average filter)를 적용하는 단계;
상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔에 인가되는 섭동 신호를 생성하는 단계;
상기 이동 평균 필터가 필터링한 빔 세기 신호와 상기 섭동 신호에 기반하여, 상기 복수의 채널들 중 하나에 대응되는 빔의 위상을 변조하기 위한 위상 값을 결정하는 단계; 및
상기 위상 값에 관련된 위상 제어 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함하는 위상 제어기의 동작 방법.
A method of operating a phase controller for controlling phase modulation of a signal beam using a plurality of channels in a coherent beam combining laser system for controlling a phase based on a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm, the method comprising:
converting an analog input signal regarding beam intensity into a digital signal;
applying a moving average filter to the digital signal regarding the intensity of the beam;
generating a perturbation signal applied to a beam corresponding to one of the plurality of channels;
determining a phase value for modulating a phase of a beam corresponding to one of the plurality of channels based on the beam intensity signal filtered by the moving average filter and the perturbation signal; and
and converting a phase control signal related to the phase value into an analog signal.
상기 빔의 세기에 관한 신호에서 연속적으로 입력되는 빔의 세기 값들의 평균 값이, 임계 값 이하인 경우, 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 풀림 상태로 식별하는 단계; 및
상기 빔의 세기 값들의 평균 값이, 상기 임계 값 보다 큰 경우, 상기 레이저 장치가 출력하는 빔의 상태를 빔결합 상태로 식별하는 단계를 더 포함하는 위상 제어기의 동작 방법.
8. The method of claim 7,
identifying a state of a beam output by the laser device as a beam coupling release state when the average value of the intensity values of the beams continuously input in the signal related to the intensity of the beam is less than or equal to a threshold value; and
and when the average value of the intensity values of the beam is greater than the threshold value, identifying the state of the beam output from the laser device as a beam coupling state.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200160447 | 2020-11-25 | ||
KR20200160447 | 2020-11-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR102337812B1 true KR102337812B1 (en) | 2021-12-13 |
Family
ID=78831778
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210054561A KR102337812B1 (en) | 2020-11-25 | 2021-04-27 | Apparatus and method for controlling phase modulation in coherent beam combining laser system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102337812B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102550763B1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-07-04 | 국방과학연구소 | Method and system for controlling phase |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20110045507A (en) * | 2009-10-27 | 2011-05-04 | 두산디에스티주식회사 | Laser system of using direct locking method on coherent beam combining |
KR20150132109A (en) * | 2013-03-15 | 2015-11-25 | 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드 | Phased array steering for laser beam positioning systems |
-
2021
- 2021-04-27 KR KR1020210054561A patent/KR102337812B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20110045507A (en) * | 2009-10-27 | 2011-05-04 | 두산디에스티주식회사 | Laser system of using direct locking method on coherent beam combining |
KR20150132109A (en) * | 2013-03-15 | 2015-11-25 | 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드 | Phased array steering for laser beam positioning systems |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102550763B1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-07-04 | 국방과학연구소 | Method and system for controlling phase |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5667395B2 (en) | Optical receiver | |
JP6119403B2 (en) | Compensation for deflection dependent loss | |
KR102337812B1 (en) | Apparatus and method for controlling phase modulation in coherent beam combining laser system | |
US20150104195A1 (en) | Working point controlling device and method for applying mz modulator | |
WO2014018135A2 (en) | Coherently phase combined, high contrast, pulsed optical fiber amplifier array | |
JP2018170562A (en) | Signal quality measurement device and signal quality measurement method | |
CN113566983A (en) | Laser coherent array distributed phase control system and control method | |
US10523333B2 (en) | Optical signal transmission apparatus for generating multi-level optical signal and method performed by the same | |
Ma et al. | Coherent beam combination of 137 W fiber amplifier array using single frequency dithering technique | |
US11855703B2 (en) | Optical coherent transceiver and filter adjustment method | |
KR102145445B1 (en) | Apparatus and method for modulating phase for multiwavelength light sources | |
US8922771B2 (en) | Multichannel polarization stabilizer | |
CN114696906B (en) | Photoelectric oscillation type Xin Ji and combination optimization problem solving method | |
EP2474110A1 (en) | Optical fiber amplifier compromising an embedded filter and a control method with improved feedforward control performance | |
CN109286444B (en) | Method of controlling semiconductor optical amplifier and optical amplifying apparatus | |
Shi et al. | Multi-wavelength, multi-level inputs for an all-optical SOA-based neuron | |
CN116757289B (en) | Time division multiplexing control method and operation device | |
US11916595B1 (en) | Wavelength-multiplexed subranging electro-optic modulator (SEOM) for high dynamic range applications | |
Zibar et al. | Advancing classical and quantum communication systems with machine learning | |
CN112232487A (en) | Optical neural network chip and calculation method thereof | |
CN107850818B (en) | Beam modulator with frequency conversion, associated method and laser processing machine | |
KR102639754B1 (en) | Method and apparatus for generating pam-4 optical signal | |
Mazur et al. | Multi-channel comb modulation in single waveguide structures | |
CN102778801B (en) | Normal-phase/inverse-phase all-optical wavelength conversion device | |
US11506916B2 (en) | Dual polarization optical pumping |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GRNT | Written decision to grant |