KR102355124B1 - 다파장 빔 결합장치 및 이를 이용한 다파장 빔 결합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다파장 빔 결합장치 및 이를 이용한 다파장 빔 결합방법에 관한 것으로 내부에 전송거울과 회절격자가 위치되어 내부에서 복수의 레이저 빔을 결합시켜 결합된 결합빔을 빔배출용 윈도우를 통해 배출하는 복수의 빔 결합모듈용 하우징, 레이저 빔을 발생시키는 광원을 포함한 복수의 레이저 모듈을 포함하여 복수의 빔을 생성하고, 생성된 빔을 상기 빔 결합모듈용 하우징으로 각각 전달하는 복수의 레이저 모듈 조립체를 포함하고, 복수의 상기 빔 결합모듈용 하우징은 다각형상 또는 원형의 중공부를 중심으로 빔배출용 윈도우가 원주방향으로 배치되도록 위치되어 속이 빈 형태의 빔패턴 생성을 통해 광집속장치의 제작 및 정렬 난이도를 완화하고 비용을 절감할 수 있고, 결합빔의 품질을 유지하면서 결합빔의 출력을 극대화할 수 있어 이에 따라 수 km 밖에 있는 드론 등의 소형 무인기를 격추할 수 있는 100kW급 출력의 레이저 빔을 안정적으로 출력하고, 레이저 무기의 활용도를 크게 향상시킬 수 있다.

Description

다파장 빔 결합장치 및 이를 이용한 다파장 빔 결합방법{SPECTRAL BEAM COMBINING APPARATUS AND SPECTRAL BEAM COMBINING METHOD USING THE SMAE}

본 발명은 다파장 빔 결합장치 및 이를 이용한 다파장 빔 결합방법에 관한 것으로 더 상세하게는 레이저 무기로 활용이 가능한 고출력 레이저 빔을 안정적으로 출력할 수 있는 다파장 빔 결합장치 및 이를 이용한 다파장 빔 결합방법에 관한 발명이다.

일반적으로 광섬유 어레이를 이용한 광섬유 레이저빔은 광학 스위칭, 신호처리, 광학 단층촬영, 센싱, 그리고 다파장 빔결합 분야에서 널리 활용되고 있다.

광섬유 레이저빔은 우수한 빔품질을 유지하면서 광섬유 레이저의 출력을 증대하기 위해 빔결합 방식이 널리 활용된다.

특히, 다파장 빔결합을 통한 출력 증대 방식은 그 구성이 간단하면서도 출력 증대가 용이해서 각광을 받고 있다.

즉, 다파장 빔결합 방식은 레이저 빔의 빔품질을 유지하면서 고출력 획득이 가능한 기술로 원거리 전송용 고출력 레이저 개발에 널리 활용되고 있다.

다파장 빔결합은 서로 다른 파장의 레이저 빔을 회절격자와 같은 회절 소자를 활용해서 하나의 빔으로 결합하는 방식이다.

다파장 빔결합은 레이저 빔의 시준여부 및 사용하는 회절격자의 개수에 따라 다양한 구성이 가능하고 광섬유 어레이와 단일 회절격자를 사용하면 컴팩트한 장치 구성이 가능하다.

그러나 다파장 빔결합 방식을 적용해도 레이저 채널 개수와 발진 파장 범위가 제한되기 때문에 출력 증대에 한계가 있다.

그리고 레이저 발진 파장 범위를 모두 활용해서 레이저 모듈을 제작할 경우 광고립기와 같은 레이저 모듈 구성품의 파장 특성 때문에 파장 영역별로 다른 구성품을 사용해야 하는 번거로움과 모든 레이저의 파장이 다르기 때문에 레이저 모듈 손상 발생시 수리가 용이하지 않다.

그리고 하나의 레이저 모듈 조립체와 빔결합 장치를 사용할 경우 광원은 가우시안 팬턴으로 광집속장치는 비축 포물경을 사용해서 구성해야 하기 때문에 제작 및 정렬이 까다롭고 제작 비용이 높아진다.

또한, 다파장 빔결합용 레이저 모듈은 회절격자에서 회절 이후에도 우수한 빔품질을 유지하기 위해 좁은 파장 선폭을 사용한다.

이는 레이저 증폭과정에서 높은 비선형성을 야기하고 이를 완화하기 위해 전송광섬유 길이를 짧게 사용한다.

결국 레이저 모듈과 광섬유 어레이에 사용되는 전체 전송 광섬유 길이가 제한적일 수밖에 없다.

이 때문에 레이저 모듈과 빔결합 모듈에 포함된 광섬유 어레이의 전송 광섬유를 융착하는 것은 상당히 까다롭고 융착 이후에도 융착부를 보호하는 별도의 기구부를 필요로 한다.

또한, 빔 결합 시 사용되는 빔 결합모듈용 하우징 내부에는 빔을 출력하는 복수의 광섬유, 복수의 광섬유에서 출력되는 빔을 반사하는 전송거울, 전송거울에서 반사된 복수의 빔을 결합하는 회절격자 등이 위치된다.

그리고, 빔 결합을 위한 복수의 광섬유는 빔 결합모듈용 하우징의 벽체를 관통하여 광섬유 어레이 블럭에 접합되어 고정되는데, 이렇게 구성된 다파장 빔 결합장치는 복수의 광섬유 즉, 복수의 광섬유를 포함하는 레이저 모듈 조립체와 빔 결합모듈용 하우징을 분리하기가 어렵고 사실상 불가능하여 이동이나 정비에 불편하고, 이동이나 정비 중 장치가 파손되는 등의 문제점이 있었다.

0001)한국 특허등록 제1928406호 '광섬유 레이저 생성장치'(2018.12.06.등록)

본 발명의 목적은 속이 빈 형태의 빔패턴 생성을 통해 광집속장치의 제작 및 정렬 난이도를 완화하고 비용을 절감할 수 있는 다파장 빔 결합장치 및 이를 이용한 다파장 빔 결합방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 빔결합 모듈체와 레이저 모듈 조립체를 커넥터 구조로 분리 가능하게 결합하여 제작 시 편의성을 확보함과 아울러 이동 및 정비가 용이한 다파장 빔 결합장치 및 이를 이용한 다파장 빔 결합방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다파장 빔 결합 시 광섬유 어레이 블럭을 냉각시켜 다파장 레이저 빔 결합 시 안정성을 크게 향상시키는 다파장 빔 결합장치 및 이를 이용한 다파장 빔 결합방법을 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예는 내부에 전송거울과 회절격자가 위치되어 내부에서 복수의 레이저 빔을 결합시켜 결합된 결합빔을 빔배출용 윈도우를 통해 배출하는 복수의 빔 결합모듈용 하우징, 레이저 빔을 발생시키는 광원을 포함한 복수의 레이저 모듈을 포함하여 복수의 빔을 생성하고, 생성된 빔을 상기 빔 결합모듈용 하우징으로 각각 전달하는 복수의 레이저 모듈 조립체를 포함하고, 복수의 상기 빔 결합모듈용 하우징은 다각형상 또는 원형의 중공부를 중심으로 빔배출용 윈도우가 원주방향으로 배치되도록 위치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 빔 결합모듈용 하우징은 모서리가 서로 맞붙어 연결되고, 상기 빔 결합모듈용 하우징의 각 변이 중공부의 각 변을 형성하면서 중앙에 빈 공간인 중공부를 형성할 수 있다.

본 발명에서 다각형의 상기 중공부는 각변이 동일한 정다각형상일 수 있다.

본 발명에서 다각형의 상기 중공부는 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예는 상기 레이저 모듈 조립체와 상기 빔 결합모듈용 하우징을 연결하고, 빔 결합모듈용 하우징 내로 복수의 레이저 빔을 출력하도록 하는 광섬유 케이블체 및 상기 광섬유 케이블체의 단부 측에 위치되고, 내부에 복수의 광섬유부재가 융착된 광섬유 어레이 블럭부재가 위치되며 단부 측에서 상기 광섬유 어레이 블럭부재를 통해 복수의 레이저 빔을 출력하는 빔 결합용 커넥터 몸체부를 더 포함하며, 상기 빔 결합모듈용 하우징에는 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부가 분리 가능하게 결합되는 커넥터 삽입부가 위치될 수 있다.

본 발명에서 상기 광섬유 케이블체는 레이저 모듈 조립체의 복수의 레이저 모듈과 상기 광섬유 어레이 블록부재를 연결하는 복수의 광섬유부재 및 복수의 상기 광섬유부재를 감싸 보호하는 케이블 외피부재를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 광섬유부재는 복수의 레이저 모듈에 각각 연결되는 복수의 제1광섬유, 일단부 측이 복수의 제1광섬유와 각각 융착되어 연결되고 타단부 측이 빔 결합용 커넥터 몸체부 내 광섬유 어레이 블록부재에 융착되는 복수의 제2광섬유 및 상기 외피부재의 내부에서 상기 제1광섬유와 상기 제2광섬유의 융착 부분을 감싸 보호하는 융착부 보호부재를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 광섬유 어레이 블럭부재는 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 내부에 위치되고, 출력면이 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 전면에 노출되게 위치될 수 있다.

본 발명에서 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부는 내부에 상기 광섬유 어레이 블럭부재를 냉각시키는 냉각유체가 채워질 수 있는 블럭 삽입공간이 위치되며, 상기 블럭 삽입공간 내로 냉각유체를 공급하는 냉각유체 공급라인부 및 상기 블럭 삽입공간 내의 냉각유체를 배출시키는 냉각유체 배출라인부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 양 측면과 상기 커넥터 삽입부의 내측면 중 어느 한 측에는 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 삽입 위치를 안내하는 결합 가이드 레일부가 돌출되게 위치되고, 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 양 측면과 상기 커넥터 삽입부의 내측면 중 다른 한 측에는 상기 결합 가이드 레일부가 삽입되는 레일 삽입홈부가 위치될 수 있다.

본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예는 상기 커넥터 삽입부 내로 삽입된 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 위치를 잠금하거나 잠금 해제하는 커넥터 위치 잠금부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 커넥터 위치 잠금부는 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 후단부 측에서 외측 둘레로 돌출되게 위치되는 잠금부재, 상기 커넥터 삽입부의 입구 측에 위치되고 잠금부재가 삽입되는 잠금용 삽입부 및 상기 잠금용 삽입부에 삽입된 상기 잠금부재의 위치를 고정하거나 고정을 해제할 수 있는 잠금위치 고정부를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 잠금부재는 링형상의 몸체를 가지는 잠금링부재이고, 상기 잠금용 삽입부는 상기 잠금링부재가 내부로 삽입되어 결합되는 원통형상의 결합공간을 구비한 잠금용 노브부재이며, 상기 잠금위치 고정부는 상기 잠금링부재의 외주면에 위치되는 제1나사부 및 상기 잠금용 노브부재의 내주면에 위치되며 제1나사부가 나사 결합되는 제2나사부를 포함하며, 상기 잠금용 노브부재는 빔 결합모듈용 하우징에 회전 가능하고, 전, 후 이동 가능하게 위치되어 내부로 상기 잠금링부재를 삽입시키면서 상기 잠금링부재와 나사 결합되어 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 위치를 고정시킬 수 있다.

본 발명에서 상기 잠금위치 고정부는 상기 잠금용 삽입부를 관통하여 체결되어 상기 잠금용 삽입부 내에 삽입된 상기 잠금부재의 외측면을 가압하여 고정시키는 잠금용 볼트부재일 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다파장 빔 결합방법의 일 실시예는 내부에 전송거울과 회절격자가 위치되어 내부에서 복수의 레이저 빔을 결합시켜 결합된 결합빔을 빔배출용 윈도우를 통해 배출하는 복수의 빔 결합모듈용 하우징을 원주방향으로 배치하되, 복수의 상기 빔배출용 윈도우가 다각형상 또는 원형의 중공부를 중심으로 원주방향으로 배치되도록 배치하는 빔 결합 모듈용 하우징 배치단계, 빔 결합 모듈용 하우징 배치단계 후 복수의 상기 빔 결합모듈용 하우징에서 결합된 결합빔을 상기 빔배출용 윈도우로 배출하여 중심에 빈공간이 형성된 복수의 결합빔을 광집속장치로 전달하여 광집속장치를 통해 집속시키는 결합빔 집속단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 빔 결합 모듈용 하우징 배치단계는 복수의 빔 결합모듈용 하우징을 원주방향으로 배치하되, 서로 모서리가 맞닿도록 배치하여 중앙에 정다각형 형상의 중공부를 형성할 수 있다.

본 발명은 속이 빈 형태의 빔패턴 생성을 통해 광집속장치의 제작 및 정렬 난이도를 완화하고 비용을 절감할 수 있고, 결합빔의 품질을 유지하면서 결합빔의 출력을 극대화할 수 있어 이에 따라 수 km 밖에 있는 드론 등의 소형 무인기를 격추할 수 있는 100kW급 출력의 레이저 빔을 안정적으로 출력하고, 레이저 무기의 활용도를 크게 향상시키는 효과가 있다.

본 발명은 빔결합 모듈체와 레이저 모듈 조립체를 커넥터 구조로 분리 가능하게 결합하여 제작 시 편의성을 확보함과 아울러 이동 및 정비가 용이한 효과가 있다.

본 발명은 다파장 빔 결합 시 광섬유 어레이 블럭을 냉각시켜 다파장 레이저 빔 결합 시 안정성을 크게 향상시키고 장치의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 비교예로 일반적인 다파장 빔 결합장치를 예시한 개략도.
도 2는 회절격자 격자 밀도 별 최대 채널 개수를 분석한 결과를 나타낸 그래프.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 다른 실시예를 도시한 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예를 도시한 분해 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치에서 레이저 모듈 조립체 및 빔 결합 모듈을 예시한 개략도.
도 9는 레이저 모듈 조립체의 파장 개념도를 나타낸 그래프.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치에서 빔 결합용 커넥터 몸체부의 일 실시예를 도시한 도면.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치에서 빔 결합용 커넥터 부와 커넥터 삽입부의 결합 구조에 대한 일 실시예를 도시한 부분 확대 사시도.

본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 비교예로 일반적인 다파장 빔 결합장치를 예시한 개략도이고, 도 1을 참고하면 일반적인 다파장 빔 결합장치는 복수의 출력 광섬유를 통해 복수의 레이저 빔을 출력하는 레이저 모듈 조립체(1)와 레이저 모듈 조립체(10)에서 출력된 복수의 레이저 빔을 결합시키고 결합된 빔을 출력하는 빔 결합 모듈(20)을 포함한다.

레이저 모듈 조립체(10)는 레이저 빔을 발생시키는 복수의 레이저 모듈(11), 레이저 모듈(11)에 각각 연결되는 복수의 전송 광섬유(12)를 포함한다.

또한, 빔 결합 모듈(20)은 빔 결합모듈용 하우징(20a) 내에 위치되는 어레이 블럭(21), 어레이 블럭(21)에 일단부 측이 융착되어 연결되고, 타단부 측이 전송 광섬유(12)와 연결되는 복수의 출력 광섬유(22), 빔 결합모듈용 하우징(20a) 내에 위치되고 어레이 블럭(21)에서 출력된 복수의 레이저 빔을 반사시키는 전송거울(23), 빔 결합모듈용 하우징(20a) 내에 위치되며 전송거울(23)에서 반사된 복수의 레이저 빔을 결합시키는 회절격자(24)를 포함한다.

그리고, 출력 광섬유(22)와 전송 광섬유(12)는 빔 결합모듈용 하우징(20a)의 외부에서 융착되어 연결된다.

출력 광섬유(22)와 전송 광섬유(12)의 융착 부위는 융착부 보호 치구(31)에 의해 감싸지고, 복수의 출력 광섬유(22)와 복수의 전송 광섬유(12)의 각 융착 부위에 위치되는 복수의 융착부 보호 치구(31)는 융착부 보호박스(30) 내에 위치된다.

다파장 빔결합용 레이저 광원 즉, 각 레이저 모듈(11)에 포함되는 레이저 광원은 회절격자(24)에서 회절 이후에도 우수한 빔품질 유지를 위해 좁은 파장 선폭을 사용한다.

이는 레이저 증폭과정에서 높은 비선형성을 야기하고, 특히 유도 브릴루앙 산란으로 사용할 수 있는 전송 광섬유(12)의 길이가 제한된다.

결국 레이저 모듈(11)과 어레이 블럭(21)에 사용되는 전송 광섬유(12)와 출력 광섬유(22)의 전체 광섬유 길이는 제한적이고 제한된 광섬유 길이를 이용해서 융착을 해야 하기 때문에 융착 공정이 상당히 까다롭다.

특히, 빔 결합 모듈(20)과 레이저 모듈 조립체(10)를 고정한 상태에서 융착을 수행해야 하기 때문에 융착기 배치 자체가 상당히 어렵다.

그리고, 융착 이후에는 융착부를 융착부 보호치구(31)에 고정하고 융착부 보호치구(31)는 별도의 융착부 보호박스(30)에 위치된다.

이렇게 구성된 일반적인 다파장 빔결합 장치는 전송 광섬유(12) 또는 출력 광섬유(22)를 자르지 않는 한 분리가 어려워 이동이 어렵고 레이저 모듈(11)의 고장시 광섬유 융착기를 사용할 수 있는 실험실 공간으로 다파장 빔결합 장치를 이동해야 하는 어려움이 있다.

어레이 블럭(21)을 통과한 레이저 빔은 발산빔 형태로 전파되며 비축 포물경인 전송거울에서 반사된 후 시준빔이 되고 회절격자를 향하게 된다.

전송거울(23) 이후 파장이 서로 다른 레이저 빔은 각기 다른 입사 각도로 회절격자(24)에 입사된다. 이후 파장이 서로 다른 레이저 빔은 동일한 회절각으로 회절되어 하나의 빔으로 결합되고 결합된 결합빔은 윈도우를 통해 빔 결합 모듈 즉, 빔 결합모듈용 하우징(20a)을 빠져나가게 된다.

다파장 빔결합 레이저 시스템의 전체 출력을 높이기 위해서는 개별 레이저 모듈의 출력을 높이거나 빔결합에 사용하는 레이저 모듈의 개수를 늘여야 한다.

다파장 빔결합용 레이저 광원은 회절 후 우수한 빔품질 유지를 위해 좁은 파장 선폭을 사용하게 되는데 이는 레이저 증폭과정에서 유도브릴루앙 산란과 같은 비선형 현상을 야기하기 때문에 레이저 모듈의 출력 증대는 제한적이다.

레이저 발진이 가능한 파장범위 내에서 레이저모듈의 개수를 늘리는 방법도 광섬유 어레이 피치 한계로 제한적이며 이와 같은 방식으로 레이저 시스템을 구성할 경우 구동 가능 파장 범위가 제한적인 광고립기와 같은 레이저 모듈 구성품 때문에 파장 영역별로 다른 구성품을 사용해야 하는 번거로움과 모든 레이저 모듈(채널)의 파장이 다르기 때문에 레이저 모듈 손상 발생시 수리가 용이하지 않다.

그리고 하나의 레이저 모듈 조립체와 빔결합 장치를 사용할 경우 광원의 빔패턴이 가우시안 모양을 가지게 되고, 가우시안 모양의 빔 패턴을 이유로 광집속장치는 비축 포물경을 사용해서 구성해야 하기 때문에 제작 및 정렬이 까다롭고 제작 비용이 높아지게 된다.

도 2는 회절격자 격자 밀도 별 최대 채널 개수를 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 2를 참고하면, 회절격자 격자 밀도 별 최대 채널 개수는 kW급 고출력 광섬유 레이저에 주로 사용되는 클래딩 직경인 400um를 광섬유 어레이 피치로 하며, 파장 허용범위는 이터븀 첨가 이득광섬유의 발진파장 범위에 해당하는 50nm를 적용하고 회절격자 격자밀도 별 전송거울 초점거리를 최적화해서 계산되었다.

최대 채널 개수는 회절격자 격자밀도 별로 다르지만 대략 50개 내외이고 레이저의 파장 간격은 대략 1nm이다.

다파장 빔결합용 레이저 모듈의 출력은 앞에서 언급한 비선형 문제로 편광유지인 경우 1kW급, 그리고 무편광인 경우 2kW급이 예상된다.

이 경우 다파장 빔결합 레이저 시스템의 기대할 수 있는 최대 출력은 편광 기준 50kW급이고 무편광 기준 100kW 정도이다. 레이저 무기에서 다양한 원거리 표적에 대응하기 위해서는 보다 높은 출력의 레이저 광원이 필요함을 확인할 수 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 실시예를 도시한 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예를 도시한 분해 사시도이다.

또한, 도 7은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 8은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치에서 레이저 모듈 조립체 및 빔 결합 모듈을 예시한 개략도이다.

도 3 내지 도 8을 참고하여 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예를 하기에서 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치는 내부에 전송거울과 회절격자가 위치되어 내부에서 복수의 레이저 빔을 결합시켜 결합된 결합빔을 빔배출용 윈도우(20b)를 통해 배출하는 복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a) 및 레이저 빔을 발생시키는 광원을 포함한 복수의 레이저 모듈을 포함하여 복수의 빔을 생성하고, 생성된 복수의 빔을 상기 빔 결합모듈용 하우징(20a)으로 각각 전달하는 복수의 레이저 모듈 조립체를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치는 레이저 모듈 조립체(10)와 빔 결합모듈용 하우징(20a)을 연결하고, 빔 결합모듈용 하우징(20a) 내로 복수의 레이저 빔을 출력하도록 하는 광섬유 케이블체(100)를 더 포함한다.

또한, 광섬유 케이블체(100)의 단부 측에는 내부에 복수의 광섬유부재가 융착된 광섬유 어레이 블럭부재(210)가 위치되며 단부 측에서 광섬유 어레이 블럭부재(210)를 통해 복수의 레이저 빔을 출력하는 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)가 위치되고, 빔 결합모듈용 하우징(20a)에는 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)가 분리 가능하게 결합되는 커넥터 삽입부(300)가 위치된다.

복수의 레이저 모듈 조립체는 복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)에 대응되는 개수로 구비되고, 하나의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 하나의 레이저 모듈 조립체와 광섬유 케이블체(100)와 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)를 통해 연결되어 레이저 모듈 조립체에서 생성된 복수의 빔을 전달받는다.

레이저 모듈 조립체(10)는 레이저 빔을 발생시키는 광원을 포함한 복수의 레이저 모듈(11)을 포함하고, 복수의 레이저 모듈(11)은 레이저 모듈용 하우징(10a) 내에 위치된다.

레이저 모듈(11)은 광원을 통해 서로 다른 파장을 가지는 레이저 빔을 출력시키는 것을 일 예로 하고, 이는 다파장 빔 결합에서 공지된 구조로 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

각 레이저 모듈(11)에는 전송 광섬유가 연결되고, 전송 광섬유를 통해 광원에서 발생된 빛을 전송한다.

광섬유 케이블체(100)는 레이저 모듈 조립체(10)의 복수의 레이저 모듈(11) 및 빔 결합용 커넥터 몸체부(200) 내 광섬유 어레이 블록부재를 연결하는 복수의 광섬유부재(110), 복수의 광섬유부재(110)를 감싸 보호하는 외피부재(120)를 포함한다.

또한, 광섬유부재(110)는 복수의 레이저 모듈(11)에 각각 연결되는 복수의 제1광섬유(111), 일단부 측이 복수의 제1광섬유(111)와 각각 융착되어 연결되고 타단부 측이 빔 결합용 커넥터 몸체부(200) 내 광섬유 어레이 블록부재에 융착되는 복수의 제2광섬유(112)를 포함한다.

또한, 광섬유 케이블체(100)는 외피부재(120)의 내부에서 제1광섬유(111)와 제2광섬유(112)의 융착 부분을 감싸 보호하는 융착부 보호부재(130)를 더 포함한다.

융착부 보호부재(130)는 외피부재(120)로 감싸져 보호되며, 광섬유의 융착부분을 보호하는 공지의 구성으로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

외피부재(120)는 합성수지 등 자유롭게 휘어질 수 있고 복수의 제1광섬유(111)와 복수의 제2광섬유(112) 및 광섬유 융착부 보호부재(130)를 감싸 공지의 재질로 제조됨을 밝혀둔다. 광섬유 케이블체(100)는 레이저 모듈용 하우징(10a)의 내부 및 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 내부에서 각각 외피부재(120)가 벗겨진 상태로 위치된다.

레이저 모듈용 하우징(10a)의 내부에는 외피부재(120)가 벗겨진 복수의 제1광섬유(111)가 적어도 일부분 위치되고, 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 내부에는 외피부재(120)가 벗겨진 복수의 제2광섬유(112)가 적어도 일부분 위치되어 복수의 제2광섬유(112)가 광섬유 어레이 블럭부재(210)에 연결된다.

또한, 레이저 모듈용 하우징(10a)에는 외피부재(120)와 연결되는 케이블 어댑터(10b)가 위치되고, 케이블 어댑터(10b)는 케이블을 연결하는 공지의 어댑터 구조로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

광섬유 어레이 블럭부재(210)는 빔 결합용 커넥터 몸체부(200) 내에 위치되고, 복수의 제2광섬유(112)의 단부 측이 각각 입사면에 융착된다.

그리고, 광섬유 어레이 블럭부재(210)의 출력면은 전송거울(23)을 향해 위치되어 복수의 레이저 빔을 출력하여 전송거울(23)로 조사한다.

광섬유 어레이 블럭부재(210)는 유리 등과 같이 레이저 빔을 투과시킬 수 있고, 레이저 빔의 파장에 대해 흡수가 적은 공지의 재질로 제조되며 더 상세함 설명은 생략함을 밝혀둔다.

광섬유 어레이 블럭부재(210)는 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 내부에 위치되고, 출력면이 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 전면에 노출되게 위치된다.

빔 결합용 커넥터 몸체부(200)는 열전도율이 우수하고, 가격이 저렴한 알루미늄 재질, 알루미늄 합금 재질인 것을 일 예로 하고, 이외에도 열전도율이 우수한 구리 등 다른 공지의 재질로도 제조가 가능함을 밝혀둔다.

그리고, 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)는 열전도율이 우수하고, 가격이 저렴한 알루미늄 재질, 알루미늄 합금 재질인 것을 일 예로 하고, 이외에도 열전도율이 우수한 구리 등 다른 공지의 재질로도 제조가 가능함을 밝혀둔다.

빔 결합용 커넥터 몸체부(200)는 내부에 광섬유 어레이 블럭부재(210)가 위치되고, 광섬유 어레이 블럭부재(210)를 냉각시키는 냉각유체가 채워질 수 있는 블럭 삽입공간(201)이 위치된다.

본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예는 블럭 삽입공간(201) 내로 냉각유체를 공급하는 냉각유체 공급라인부(400), 블럭 삽입공간(201) 내의 냉각유체를 배출시키는 냉각유체 배출라인부(500)를 더 포함할 수 있다.

냉각유체 공급라인부(400)와 냉각유체 배출라인부(500)는 냉각유체 순환 공급부와 연결되어 블럭 삽입공간(201) 내에 채워진 냉각유체를 순환시켜 빔 결합용 커넥터 몸체부(200) 내 즉, 블럭 삽입공간(201) 내에 위치된 광섬유 어레이 블럭부재(210) 및 광섬유 어레이 블럭부재(210)에 융착된 복수의 제2광섬유(112)를 냉각시킨다.

냉각유체 순환 공급부는 도시되지 않았지만 냉각유체를 저장하며 냉각유체 공급라인부(400)와 냉각유체 배출라인부(500)에 연결되는 저장탱크, 냉각유체 공급라인부(400) 또는 냉각유체 배출라인부(500)에 위치되어 저장탱크 내 냉각유체를 가스 분사부로 공급하는 펌프, 냉각유체 공급라인부(400)에 위치되어 냉각유체 공급라인부(400)의 유로를 개폐하는 밸브 등을 포함하는 공지의 구조를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 냉각유체 공급부는 저장탱크 내 냉각유체 즉, 냉각수를 다시 기설정된 온도로 냉각시키는 냉각부를 더 포함할 수 있고, 냉각부는 라디에이터, 칠러 등 공지의 냉각기기를 이용하여 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

광섬유 어레이 블럭부재(210) 및 광섬유 어레이 블럭부재(210)에 융착된 복수의 제2광섬유(112)는 다파장 레이저 빔의 결합을 위해 복수의 레이저 빔을 출력하면서 가열된다.

이에 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예는 냉각유체 순환 공급부를 통해 블럭 삽입공간(201) 내에 채워진 냉각유체를 순환시켜 빔 결합용 커넥터 몸체부(200) 내 즉, 블럭 삽입공간(201) 내에 위치된 광섬유 어레이 블럭부재(210) 및 광섬유 어레이 블럭부재(210)에 융착된 복수의 제2광섬유(112)를 냉각시켜 광섬유 어레이 블럭부재(210)의 열변형을 방지하고, 광섬유 어레이 블럭부재(210)가 융착된 상태로 안정적으로 위치될 수 있도록 한다.

빔 결합모듈용 하우징(20a)의 내부에는 광섬유 어레이 블럭부재(210)에서 출력되는 복수의 레이저 빔을 반사하는 전송거울(23), 전송거울(23)에서 반사된 복수의 빔을 결합하는 회절격자(24) 등이 위치된다.

빔 결합용 커넥터 몸체부(200)는 커넥터 삽입부(300) 내로 분리 가능하게 결합되어 빔 결합모듈용 하우징(20a)과 분리될 수 있다.

복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 각각 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)에 위치된 광섬유 어레이 블럭부재(210)에서 출력되는 복수의 레이저 빔을 내부에 위치된 전송거울(23)로 반사하여 회절격자(24)로 전달하여 회절격자(24)를 통해 결합된 결합빔을 빔배출용 윈도우(20b)를 통해 배출한다.

빔 결합모듈용 하우징(20a)은 일면에 회절격자(24)에 의해 결합된 결합빔을 통과시키는 빔배출용 윈도우(20b)가 위치되며, 열전도율이 우수하고, 가격이 저렴한 알루미늄 재질, 알루미늄 합금 재질인 것을 일 예로 하고, 이외에도 열전도율이 우수한 구리 등 다른 공지의 재질로도 제조가 가능함을 밝혀둔다.

빔배출용 윈도우(20b)는 회절격자(24)와 마주보고 위치되어 회절격자(24)로 결합된 결합빔을 빔 결합모듈용 하우징(20a)의 외부로 배출하며, 유리 등과 같이 레이저 빔을 투과시킬 수 있고, 레이저 빔의 파장에 대해 흡수가 적은 공지의 재질로 제조되며 더 상세함 설명은 생략함을 밝혀둔다.

전송거울(23), 회절격자(24) 등과 같이 다파장 레이저 빔을 결합하기 위해 빔 결합모듈용 하우징(20a)의 내부에 위치되는 구성은 공지의 구성으로 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 바 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

커넥터 삽입부(300)는 알루미늄 재질로 제조되고, 일측이 개방된 형태를 가져 개방된 일측으로 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)가 내부로 삽입되며, 전면에 광섬유 어레이 블럭부재(210)에서 출력되는 복수의 레이저 빔이 통과되는 빔 투과창(310)이 위치된다.

커넥터 삽입부(300)는 열전도율이 우수하고, 가격이 저렴한 알루미늄 재질, 알루미늄 합금 재질인 것을 일 예로 하고, 이외에도 열전도율이 우수한 구리 등 다른 공지의 재질로도 제조가 가능함을 밝혀둔다.

또한, 빔 투과창(310)은 유리 등과 같이 레이저 빔을 투과시킬 수 있고, 레이저 빔의 파장에 대해 흡수가 적은 공지의 재질로 제조되며 더 상세함 설명은 생략함을 밝혀둔다.

빔 투과창(310)은 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 전면에 노출되게 위치되는 광섬유 어레이 블럭부재(210)와 대응되게 위치되어 광섬유 어레이 블럭부재(210)에서 출력되는 복수의 레이저 빔이 통과되어 전송거울(23)을 향해 조사될 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치의 일 실시예는 커넥터 삽입부(300) 내로 삽입된 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 위치를 잠금하거나 잠금 해제하는 커넥터 위치 잠금부(600)를 더 포함한다.

커넥터 위치 잠금부(600)는 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 후단부 측에서 외측 둘레로 돌출되게 위치되는 잠금부재(610), 커넥터 삽입부(300)의 입구 측에 위치되고 잠금부재(610)가 삽입되는 잠금용 삽입부(620), 잠금용 삽입부(620)에 삽입된 잠금부재(610)의 위치를 고정하거나 고정을 해제할 수 있는 잠금위치 고정부(630)를 포함한다.

한편, 복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 다각형상 또는 원형의 중공부(20c)를 중심으로 빔배출용 윈도우(20b)가 원주방향으로 배치되도록 위치된다.

복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 다각형상 또는 원형의 중공부(20c) 즉, 다각형상 또는 원형의 빈공간을 중심으로 빔배출용 윈도우(20b)가 원주방향으로 배치되도록 위치된다.

복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 원주방향으로 배치되어 중앙에 다각형상 또는 원형의 빈공간을 형성하고, 빔배출용 윈도우(20b)가 원주방향으로 배치된다.

복수의 빔배출용 윈도우(20b)는 각각 빔 결합모듈용 하우징(20a)의 내부에서 결합된 결합빔을 배출한다.

빔 결합모듈용 하우징(20a)은 직육면체 또는 정육면체의 형상을 가지는 것을 일 예로 하고, 복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 서로 모서리가 맞닿으면서 원주 방향으로 배치되어 중앙에 다각형상의 빈공간을 형성할 수 있다.

도 3은 빔 결합모듈용 하우징(20a)이 사각 형상의 중공부(20c)를 형성하면서 원주 방향으로 배치되는 예를 도시하고 있다.

도 3을 참고하면 직육면체의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 모서리가 서로 맞붙어 연결되고, 빔 결합모듈용 하우징(20a)의 각 변이 중공부(20c)의 각 변을 형성하면서 사각 형상의 중공부(20c)를 형성할 수 있다.

도 3의 (a)를 참고하면 4개의 빔 결합모듈용 하우징(20a)이 원주방향에서 서로 90도 간격으로 모서리가 서로 맞닿도록 위치되면서 정사각형의 중공부(20c)를 형성할 수 있고, 도 3의 (b)를 참고하면 2개의 빔 결합모듈용 하우징(20a)이 겹쳐져 빔 결합모듈용 하우징 모듈을 형성하고, 4개의 빔 결합모듈용 하우징 모듈이 원주방향에서 서로 90도 간격으로 위치되면서 정사각형의 중공부(20c)를 형성할 수 있다.

4개의 빔 결합모듈용 하우징(20a) 또는 4개의 빔 결합모듈용 하우징 모듈이 원주방향에서 서로 90도 간격으로 위치되면서 정사각형의 중공부(20c)를 형성할 때 모서리가 서로 맞닿아 위치되어 중앙에 정사각형의 빈공간을 형성하고, 중앙에 위치된 정사각형의 빈공간을 중심으로 빔배출용 윈도우(20b)도 원주방향에서 서로 90도 간격으로 위치하여 중심이 빈 형태의 빔패턴을 얻을 수 있다.

도 4를 참고하면 빔 결합모듈용 하우징(20a)이 삼각 형상의 중공부(20c)를 형성하면서 원주 방향으로 배치되는 예를 도시하고 있다.

도 4의 (a)를 참고하면 3개의 빔 결합모듈용 하우징(20a)이 원주방향에서 서로 120도 간격으로 모서리가 서로 맞닿도록 위치되면서 정삼각형의 중공부(20c)를 형성할 수 있고, 도 4의 (b)를 참고하면 2개의 빔 결합모듈용 하우징(20a)이 겹쳐져 빔 결합모듈용 하우징 모듈을 형성하고, 3개의 빔 결합모듈용 하우징 모듈이 원주방향에서 서로 120 간격으로 위치되면서 정삼각형의 중공부(20c)를 형성할 수 있다.

3개의 빔 결합모듈용 하우징(20a) 또는 3개의 빔 결합모듈용 하우징 모듈이 원주방향에서 서로 120도 간격으로 위치되면서 정삼각형의 중공부(20c)를 형성할 때 모서리가 서로 맞닿아 위치되어 중앙에 정삼각형의 빈공간을 형성하고, 중앙에 위치된 정삼각형의 빈공간을 중심으로 빔배출용 윈도우(20b)도 원주방향에서 서로 120도 간격으로 위치하여 중심이 빈 형태의 빔패턴을 얻을 수 있다.

도 5를 참고하면 빔 결합모듈용 하우징(20a)이 오각 형상의 중공부(20c)를 형성하면서 원주 방향으로 배치되거나 육각형의 중공부(20c)를 형성하면서 원주 방향으로 배치될 수 있다.

도 5의 (a)를 참고하면 5개의 빔 결합모듈용 하우징(20a)이 원주방향에서 서로 72도 간격으로 모서리가 서로 맞닿도록 위치되면서 정오각형의 중공부(20c)를 형성할 수 있고, 도 5의 (b)를 참고하면 6개의 빔 결합모듈용 하우징(20a)이 원주방향에서 서로 60도 간격으로 모서리가 서로 맞닿도록 위치되면서 정육각형의 중공부(20c)를 형성할 수 있다.

즉, 5개의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 원주방향에서 서로 72도 간격으로 위치되면서 정오각형의 중공부(20c)를 형성할 때 모서리가 서로 맞닿아 위치되어 중앙에 정오각형의 빈공간을 형성하고, 중앙에 위치된 정오각형의 빈공간을 중심으로 빔배출용 윈도우(20b)도 원주방향에서 서로 72도 간격으로 위치하여 중심이 빈 형태의 빔패턴을 얻을 수 있다.

또한, 6개의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 원주방향에서 서로 72도 간격으로 위치되면서 정오각형의 중공부(20c)를 형성할 때 모서리가 서로 맞닿아 위치되어 중앙에 정오각형의 빈공간을 형성하고, 중앙에 위치된 정오각형의 빈공간을 중심으로 빔배출용 윈도우(20b)도 원주방향에서 서로 72도 간격으로 위치하여 중심이 빈 형태의 빔패턴을 얻을 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참고하면 복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 동일한 형상을 가지고 각 모서리가 맞닿아 원주방향으로 배치되어 중앙에 정다각형의 중공부(20c) 즉, 빈공간을 형성한다.

복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)은 도시되지 않았지만 8개로 서로 모서리가 연결되도록 위치되어 중앙에 8각형의 빈공간이 형성되도록 위치될 수도 있고, 이외에도 사용하고자 하는 빔결합 모듈 개수와 광집속장치 특성에 따라 다양한 배치가 가능함을 밝혀둔다.

이와 같이 중앙에 빈공간 즉, 중공부(20c)가 형성되도록 복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)을 원주방향으로 배치함으로써 빔배출용 윈도우(20b)를 빈공간을 중심으로 원주방향으로 배치하면 전체 레이저 시스템의 출력을 증대할 수 있고 중심이 빈 형태의 빔패턴을 얻을 수 있다.

기존의 다파장 빔결합 레이저 시스템의 경우 가우시안 프로파일의 단일 빔으로 비축 포물경 형태의 광집속장치를 사용해야 하기 때문에 제작과 정렬이 난해하고 비용이 높아지는 단점이 있다.

반면에 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치는 빔배출용 윈도우(20b)가 원주방향으로 배치되고, 원주 방향으로 배치된 빔배출용 윈도우(20b)의 중앙에 빈공간이 형성됨으로써 중심이 빈 형태의 빔 패턴을 얻을 수 있어 Cassegrain 타입의 광집속기를 적용할 수 있고 기존 비축 포물경을 적용하는 광집속 장치의 단점을 극복할 수 있다.

도 9는 레이저 모듈 조립체의 파장 개념도를 나타낸 그래프이고, 도 9를 참고하면 빔결합 모듈의 회절격자의 격자밀도, 전송거울의 초점거리, 그리고 광섬유 어레이의 피치가 정해지면 레이저 모듈이 사용할 수 있는 파장은 계산 가능하고 도 5의 세로 실선은 계산된 파장을 나타낸다. 도 5의 점선은 레이저 모듈에 사용하는 이득 광섬유의 발진파장을 나타낸다. 따라서 레이저 모듈에 사용할 수 있는 파장은 계산된 파장 중에서 발진 파장과 겹치는 부분에 해당하는 굵은 실선에 해당하는 파장이다. 레이저 시스템의 출력을 최대하기 위해서는 도 5의 굵은 실선에 해당하는 파장(n개)으로 레이저 모듈을 제작하게 된다. 그러나 이와 같이 전 발진 파장을 사용해서 다파장 빔결합 레이저 시스템을 구성할 경우 광고립기와 같은 레이저 모듈에 사용되는 구성품의 허용 파장 범위 제한으로 파장 영역별로 다른 특성의 구성품을 사용해야 한다. 예를 들어 전파장 범위가 50nm이고 광고립기의 허용 파장 범위가 20nm인 경우 적어도 3종류의 광고립기를 사용해야 한다. 그리고 레이저 모듈 손상대비 예비 구성품을 확보할 경우에도 종류가 다양해질 수밖에 없다. 특히 시드빔의 경우에는 어떤 파장이 문제가 생길지 모르기 때문에 전파장의 시드빔을 준비하고 있어야 되는 문제가 발생한다.

그래서 한 종류의 구성품으로 커버가 가능한 파장만 사용한다면 레이저 모듈 제작과 예비 구성품 관리 차원에서 많은 이점이 있다. 이렇게 사용하는 파장의 범위를 줄일 경우 레이저 모듈 조립체의 출력은 낮아지지만 도 4에서 설명한 복수의 빔결합 모듈을 사용함으로써 레이저 시스템의 출력은 기존 다파장 빔결합 레이저 시스템 대비 높은 출력 증대가 가능하다. 예를 들어 발진 파장범위가 50nm이고 허용 파장이 20nm인 광고립기를 모든 레이저 모듈에 적용할 경우 레이저 모듈 조립체의 출력은 기존 대비 20/50으로 감소하지만 레이저 모듈 조립체를 3개만 사용해도 기존대비 높은 출력 확보가 가능하다.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치에서 빔 결합용 커넥터 몸체부의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 10 및 도 11을 참고하면 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 양 측면과 커넥터 삽입부(300)의 내측면 중 어느 한 측에는 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 삽입 위치를 안내하는 결합 가이드 레일부(220)가 돌출되게 위치되고, 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 양 측면과 커넥터 삽입부(300)의 내측면 중 다른 한 측에는 결합 가이드 레일부(220)가 삽입되는 레일 삽입홈부(320)가 위치된다.

레일 삽입홈부(320)는 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 삽입 방향으로 길게 형성되어 결합 가이드 레일부(220)를 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 삽입 방향을 따라 이동시키면서 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 삽입 위치를 안내한다.

빔 결합용 커넥터 몸체부(200)는 커넥터 삽입부(300)의 내부로 삽입될 때 결합 가이드 레일부(220)가 레일 삽입홈부(320)에 삽입되면서 정확한 위치 즉, 광섬유 어레이 블럭부재(210)와 투과창이 대응되도록 정확하게 위치시킨다.

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 다파장 빔 결합장치에서 커넥터 위치 잠금부(600)에 대한 실시예를 도시한 부분 확대 사시도이다.

도 12를 참고하면 잠금부재(610)는 링형상의 몸체를 가지는 잠금링부재(611)이고, 잠금용 삽입부(620)는 잠금링부재(611)가 내부로 삽입되어 결합되는 원통형상의 결합공간을 구비한 잠금용 노브부재(621)이다.

그리고, 잠금위치 고정부(630)는 잠금링부재(611)의 외주면에 위치되는 제1나사부(631), 잠금용 노브부재(621)의 내주면에 위치되며 제1나사부(631)가 나사 결합되는 제2나사부(632)를 포함하며, 잠금용 노브부재(621)는 빔 결합모듈용 하우징(20a)(20a)에 회전 가능하고, 전, 후 이동 가능하게 위치되어 내부로 잠금링부재(611)를 삽입시키면서 잠금링부재(611)와 나사 결합되어 잠금링부재(611)의 위치 즉, 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 위치를 고정시킬 수 있다.

잠금용 노브부재(621)는 반대방향으로 회전되면서 나사 결합이 풀리면서 잠금링부재(611)와 분리되고, 이로써 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)를 커넥터 삽입부(300)에서 용이하게 분리시킬 수 있다.

또한, 도 13을 참고하면 잠금위치 고정부(630)는 잠금용 삽입부(620)를 관통하여 체결되어 잠금용 삽입부(620) 내에 삽입된 잠금부재(610)의 외측면을 가압하여 고정시키는 잠금용 볼트부재(633)인 것을 일 예로 한다.

잠금용 삽입부(620)에는 잠금용 볼트부재(633)가 관통되어 체결되는 볼트구멍이 위치되고, 잠금용 볼트부재(633)는 볼트구멍을 관통하여 체결됨으로써 단부 측으로 잠금부재(610)의 외측면을 가압하여 잠금부재(610)의 위치 즉, 즉, 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 위치를 고정시킬 수 있다.

잠금용 볼트부재(633)는 볼트구멍에서 풀리면서 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)의 위치를 잠금 해제하고, 빔 결합용 커넥터 몸체부(200)를 커넥터 삽입부(300)에서 용이하게 분리시킬 수 있다.

잠금위치 고정부(630)는 도 12 및 도 13에서 예시한 잠금 구조 이외에도 잠금 삽입부 내에 삽입된 잠금부재(610)의 위치를 잠금하고, 해제할 수 있는 공지의 다양한 잠금 구조를 이용하여 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명에 따른 다파장 빔 결합방법의 일 실시예는 내부에 전송거울과 회절격자가 위치되어 내부에서 복수의 레이저 빔을 결합시켜 결합된 결합빔을 빔배출용 윈도우(20b)를 통해 배출하는 복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)을 원주방향으로 배치하되, 복수의 상기 빔배출용 윈도우(20b)가 다각형상 또는 원형의 중공부(20c)를 중심으로 원주방향으로 배치되도록 배치하는 빔 결합 모듈용 하우징 배치단계, 빔 결합 모듈용 하우징 배치단계 후 복수의 상기 빔 결합모듈용 하우징(20a)에서 결합된 결합빔을 상기 빔배출용 윈도우(20b)로 배출하여 중심에 빈공간이 형성된 복수의 결합빔을 광집속장치로 전달하여 광집속장치를 통해 집속시키는 결합빔 집속단계를 포함한다.

빔 결합 모듈용 하우징 배치단계는 복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)을 원주방향으로 배치하되, 서로 모서리가 맞닿도록 배치하여 중앙에 정다각형 형상의 중공부(20c) 즉, 빈공간이 형성되도록 한다.

광집속장치는 복수의 결합빔을 집속시키는 공지의 광집속장치로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.

본 발명은 결합빔을 배출하는 복수의 빔 결합모듈용 하우징(20a)을 본 발명의 목적은 속이 빈 형태의 빔패턴 생성을 통해 광집속장치의 제작 및 정렬 난이도를 완화하고 비용을 절감할 수 있고, 결합빔의 품질을 유지하면서 결합빔의 출력을 극대화할 수 있어 이에 따라 수 km 밖에 있는 드론 등의 소형 무인기를 격추할 수 있는 100kW급 출력의 레이저 빔을 안정적으로 출력하고, 레이저 무기의 활용도를 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명은 빔결합 모듈체와 레이저 모듈 조립체를 커넥터 구조로 분리 가능하게 결합하여 제작 시 편의성을 확보함과 아울러 이동 및 정비가 용이하다.

본 발명은 다파장 빔 결합 시 광섬유 어레이 블럭을 냉각시켜 다파장 레이저 빔 결합 시 안정성을 크게 향상시키고 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

10 : 레이저 모듈 조립체 10a : 레이저 모듈용 하우징
11 : 레이저 모듈 12 : 전송 광섬유
20 : 빔 결합 모듈 20a : 빔 결합모듈용 하우징
20b : 빔배출용 윈도우 20c :중공부
21 : 어레이 블럭 22 : 출력 광섬유
23 : 전송거울 24 : 회절격자
30 : 융착부 보호박스 31 : 융착부 보호 치구
100 : 광섬유 케이블체 110 : 광섬유부재
111 : 제1광섬유 112 : 제2광섬유
120 : 외피부재 130 : 융착부 보호부재
200 : 빔 결합용 커넥터 몸체부 201 : 블럭 삽입공간
210 : 광섬유 어레이 블럭부재 220 : 결합 가이드 레일부
300 : 커넥터 삽입부 310 : 빔 투과창
320 : 레일 삽입홈부 400 : 냉각유체 공급라인부
500 : 냉각유체 배출라인부 600 : 커넥터 위치 잠금부
610 : 잠금부재 611 : 잠금링부재
620 : 잠금용 삽입부 621 : 잠금용 노브부재
630 : 잠금위치 고정부 631 : 제1나사부
632 : 제2나사부 633 : 잠금용 볼트부재

Claims (16)

1. 내부에 전송거울과 회절격자가 위치되어 내부에서 복수의 레이저 빔을 결합시켜 결합된 결합빔을 빔배출용 윈도우를 통해 배출하는 복수의 빔 결합모듈용 하우징; 및
   레이저 빔을 발생시키는 광원을 포함한 복수의 레이저 모듈을 포함하여 복수의 빔을 생성하고, 생성된 빔을 상기 빔 결합모듈용 하우징으로 각각 전달하는 복수의 레이저 모듈 조립체를 포함하고,
   복수의 상기 빔 결합모듈용 하우징은 다각형상 또는 원형의 중공부를 중심으로 빔배출용 윈도우가 원주방향으로 배치되도록 위치되고,
   상기 빔 결합모듈용 하우징은 모서리가 서로 맞붙어 연결되고, 상기 빔 결합모듈용 하우징의 각 변이 중공부의 각 변을 형성하면서 중앙에 빈 공간인 중공부를 형성하는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   다각형의 상기 중공부는 각변이 동일한 정다각형상인 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   다각형의 상기 중공부는 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 레이저 모듈 조립체와 상기 빔 결합모듈용 하우징을 연결하고, 빔 결합모듈용 하우징 내로 복수의 레이저 빔을 출력하도록 하는 광섬유 케이블체; 및
   상기 광섬유 케이블체의 단부 측에 위치되고, 내부에 복수의 광섬유부재가 융착된 광섬유 어레이 블럭부재가 위치되며 단부 측에서 상기 광섬유 어레이 블럭부재를 통해 복수의 레이저 빔을 출력하는 빔 결합용 커넥터 몸체부를 더 포함하며,
   상기 빔 결합모듈용 하우징에는 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부가 분리 가능하게 결합되는 커넥터 삽입부가 위치되는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 광섬유 케이블체는,
   레이저 모듈 조립체의 복수의 레이저 모듈과 상기 광섬유 어레이 블록부재를 연결하는 복수의 광섬유부재; 및
   복수의 상기 광섬유부재를 감싸 보호하는 케이블 외피부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 광섬유부재는,
   복수의 레이저 모듈에 각각 연결되는 복수의 제1광섬유;
   일단부 측이 복수의 제1광섬유와 각각 융착되어 연결되고 타단부 측이 빔 결합용 커넥터 몸체부 내 광섬유 어레이 블록부재에 융착되는 복수의 제2광섬유; 및
   상기 외피부재의 내부에서 상기 제1광섬유와 상기 제2광섬유의 융착 부분을 감싸 보호하는 융착부 보호부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 광섬유 어레이 블럭부재는,
   상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 내부에 위치되고, 출력면이 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 전면에 노출되게 위치되는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
   
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 빔 결합용 커넥터 몸체부는 내부에 상기 광섬유 어레이 블럭부재를 냉각시키는 냉각유체가 채워질 수 있는 블럭 삽입공간이 위치되며,
   상기 블럭 삽입공간 내로 냉각유체를 공급하는 냉각유체 공급라인부; 및
   상기 블럭 삽입공간 내의 냉각유체를 배출시키는 냉각유체 배출라인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
   
10. 청구항 5에 있어서,
    상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 양 측면과 상기 커넥터 삽입부의 내측면 중 어느 한 측에는 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 삽입 위치를 안내하는 결합 가이드 레일부가 돌출되게 위치되고, 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 양 측면과 상기 커넥터 삽입부의 내측면 중 다른 한 측에는 상기 결합 가이드 레일부가 삽입되는 레일 삽입홈부가 위치되는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
    
11. 청구항 5에 있어서,
    상기 커넥터 삽입부 내로 삽입된 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 위치를 잠금하거나 잠금 해제하는 커넥터 위치 잠금부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 커넥터 위치 잠금부는,
    상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 후단부 측에서 외측 둘레로 돌출되게 위치되는 잠금부재;
    상기 커넥터 삽입부의 입구 측에 위치되고 잠금부재가 삽입되는 잠금용 삽입부; 및
    상기 잠금용 삽입부에 삽입된 상기 잠금부재의 위치를 고정하거나 고정을 해제할 수 있는 잠금위치 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 잠금부재는 링형상의 몸체를 가지는 잠금링부재이고, 상기 잠금용 삽입부는 상기 잠금링부재가 내부로 삽입되어 결합되는 원통형상의 결합공간을 구비한 잠금용 노브부재이며,
    상기 잠금위치 고정부는,
    상기 잠금링부재의 외주면에 위치되는 제1나사부; 및
    상기 잠금용 노브부재의 내주면에 위치되며 제1나사부가 나사 결합되는 제2나사부를 포함하며,
    상기 잠금용 노브부재는 빔 결합모듈용 하우징에 회전 가능하고, 전, 후 이동 가능하게 위치되어 내부로 상기 잠금링부재를 삽입시키면서 상기 잠금링부재와 나사 결합되어 상기 빔 결합용 커넥터 몸체부의 위치를 고정시키는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
    
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 잠금위치 고정부는,
    상기 잠금용 삽입부를 관통하여 체결되어 상기 잠금용 삽입부 내에 삽입된 상기 잠금부재의 외측면을 가압하여 고정시키는 잠금용 볼트부재인 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합장치.
    
15. 내부에 전송거울과 회절격자가 위치되어 내부에서 복수의 레이저 빔을 결합시켜 결합된 결합빔을 빔배출용 윈도우를 통해 배출하는 복수의 빔 결합모듈용 하우징을 원주방향으로 배치하되, 복수의 상기 빔배출용 윈도우가 다각형상 또는 원형의 중공부를 중심으로 원주방향으로 배치되도록 배치하는 빔 결합 모듈용 하우징 배치단계; 및
    상기 빔 결합 모듈용 하우징 배치단계 후 복수의 상기 빔 결합모듈용 하우징에서 결합된 결합빔을 상기 빔배출용 윈도우로 배출하여 중심에 빈공간이 형성된 복수의 결합빔을 광집속장치로 전달하여 광집속장치를 통해 집속시키는 결합빔 집속단계를 포함하고,
    상기 빔 결합 모듈용 하우징 배치단계는 복수의 빔 결합모듈용 하우징을 원주방향으로 배치하되, 서로 모서리가 맞닿도록 배치하여 중앙에 정다각형 형상의 중공부를 형성하는 것을 특징으로 하는 다파장 빔 결합방법.
16. 삭제

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