KR102489611B1 - 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진기와 그것을 포함하는 레이저 무기 - Google Patents

고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진기와 그것을 포함하는 레이저 무기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부(1) 및 이를 포함하는 레이저 무기(100)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 눈 안전 파장인 대략 1.5㎛ 파장 대역을 발진함으로써, 무기로 활용 시 높은 에너지 집속도로 인한 표적에서의 산란 또는 반사광에 의해 아군 또는 적군의 실명 위험을 미연에 방지하며, 고출력 레이저를 통한 요격 효과도는 극대화하도록 하는 발진부(1) 및 이를 포함하는 레이저 무기(100)에 관한 것이다.

Description

고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진기와 그것을 포함하는 레이저 무기{HIGH POWER LASER OSCILLATOR WITH EYE-SAFE WAVELENGTH AND WEAPON COMPRISING THE SAME}
본 발명은 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부(1) 및 이를 포함하는 휴대용 레이저 무기(100)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 눈 안전 파장인 대략 1.5㎛ 파장 대역을 발진함으로써, 무기로 활용 시 높은 에너지 집속도로 인한 표적에서의 산란 또는 반사광에 의해 아군 또는 적군의 실명 위험을 미연에 방지하며, 고출력 레이저를 통한 요격 효과도는 극대화하도록 하는 발진부(1) 및 이를 포함하는 휴대용 레이저 무기(100)에 관한 것이다.
전장에서 활용되는 레이저 무기는 기존의 재래식 무기와 비교하여 부수적인 피해를 최소화시키면서도, 중력장의 영향을 받지 않고 빛의 속도로 에너지를 표적에 전달하는 지향성 에너지 무기로, 비선형 및 소규모 분산형 전투, 비 살상전, 원격대리전, 그리고 우주전의 특징을 가지는 미래전에서 전쟁의 패러다임을 변화시킬 수 있는 신개념의 무기가 될 것으로 예측되고 있다.
이러한 레이저 무기는 표적에 레이저 빔을 집광하여 표적을 빠르게 타격하는 신개념의 무기체계이며 고출력 광원을 이용한 기술로, 높은 에너지 집속도로 인해 표적에서의 산란 또는 반사광이 아군 또는 적군의 눈에 들어가는 경우, 영구적인 망막 손상이나 실명 등 인체에 직접적인 피해를 입힐 가능성이 있다. 이와 같은 문제점을 방지하고자, 레이저 무기는 국제연합(UN)의 "과도한 상해 또는 무차별 효과를 초래할 수 있는 특정재래식무기의 사용금지 및 제한에 관한 협약 추가의정서(실명 레이저 무기에 관한 의정서 제하 제4의정)" 협의에 의하여 사용이 금지되고 있는 실정이다.
상세하게 설명하면, 일반적으로 운용되는 레이저 무기는 1㎛ 파장 대역의 레이저를 이용하여 고출력 발진하도록 제작되며, 상기 파장 대역의 광은 고출력 레이저로 인한 요격 효과는 높으나 표적에서의 반사 또는 산란광으로 인하여 적 뿐만 아니라 아군 등에 신체적인 피해를 입힐 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 1.5㎛ 파장 대역의 레이저 발진기를 활용할 수 있으나, 종래의 광섬유증폭기는 어븀첨가 광섬유증폭기(Erbium-Doped Fiber Amplifier)로 이루어지며, 이는 어븀 이온의 낮은 흡수율과 적은 방출 단면적으로 고출력 발진이 비용이하여 레이저 무기 적용에 한계가 있다. 또 다른 대안으로 라만 광섬유 증폭기를 활용하여 단순 라만 천이시킬 시, 1.5㎛ 파장 대역 이전에 영분산에 도달하여 발생하는 비선형 현상으로 안정적인 레이저 발진이 어렵게 된다.
이와 같은 문제점을 방지하고자, 본 발명의 발명자들은 눈 안전 파장에서 고출력 레이저 발진이 가능한 발진부 및 이를 포함하는 신규의 레이저 무기에 대하여 제시하고자 한다.
등록특허 KR 제10-2069247호 '레이저 조준용 보조장치 및 이를 구비한 레이저 무기'
앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
본 발명은 눈 안전 파장 대역을 발진함으로써 높은 에너지 집속도로 인한 표적에서의 산란 또는 반사광에 의하여 아군 또는 적군이 실명 피해를 입는 것을 최소화하도록 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부 및 이를 포함하는 레이저 무기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 레이저 발진부를 활용한 무기 운용 시 부수적인 피해를 최소화하여 야전에서의 운용을 극대화함과 동시에, 국제 협약에서 제한하는 레이저 무기로 인한 실명 우려를 불식시키는 것이 가능하도록 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부 및 이를 포함하는 레이저 무기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 대구경 라만광섬유로 이루어지는 라만 증폭부를 구비함으로써 고출력 발진함에도 불구하고 라만 천이 시 고차모드의 천이 효율이 낮아 눈 안전 파장에 도달 시 높은 빔질의 고출력 레이저 빔을 얻을 수 있는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부 및 이를 포함하는 레이저 무기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이산화규소 및 이산화게르마늄 첨가 광섬유 증폭기의 조성비가 특정 수치범위 내로 조절되도록 구성함으로써 영분산을 목표 파장 대역 이상으로 천이시켜 안전한 활용이 가능하도록 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부 및 이를 포함하는 휴대용 레이저 무기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고출력 여기광원을 여기하여 발진하는 레이저 다이오드가 한 개 구비되며, 발진된 고출력 여기광원의 일부를 광 분배기를 통해 분배한 이후 라만씨드 공진기에서 저출력의 목표파장의 광을 발생시키는 구조를 가짐으로써, 전체적인 구조적 단순화를 꾀할 수 있도록 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부 및 이를 포함하는 레이저 무기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 라만씨드 공진기에서 미리 목표 파장 대역의 저출력 광원을 발생시킴으로써, 목표 파장 대역에 도달하기 위한 라만 천이 문턱값을 낮추어 상대적으로 짧은 길이의 대구경 라만 광섬유를 구성하는 것이 가능하도록 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부 및 이를 포함하는 레이저 무기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 라만씨드 공진기 측으로 출사되는 여기 광원을 발진하는 레이저 다이오드를 별도로 마련함으로써, 해당 라만씨드 공진기의 정교한 출력 조절이 가능하여 최적화된 씨드를 라만 증폭부로 입사시켜 높은 효율을 나타내도록 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부 및 이를 포함하는 레이저 무기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 별도의 광 분배기, 공진기, 광 결합기를 구비하지 않음으로써 구조적 단순화에 따른 소형/경량화 제작 가능한 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부 및 이를 포함하는 레이저 무기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 앞서 상술한 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의하여 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부는 소정 파장의 고출력 레이저 여기 광원을 출사하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드로부터 여기되어 발진하는 고출력 여기 광원을 분기하는 광 분배기; 상기 광 분배기로부터 분기되어 입력되는 저출력 여기 광원을 공진시켜 목표 파장 대역의 광원을 발진하는 라만씨드 공진기; 상기 광 분배기 및 라만씨드 공진기로부터 입력되는 광원의 방사 방향을 일치시켜 출력하는 광 결합기; 및 상기 광 결합기를 통하여 입력되는 광원을 목표 파장 대역의 광으로 천이하여 증폭시키는 라만 증폭부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 라만 증폭부는 단일경로 라만 광섬유증폭기인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 라만 증폭부는 이산화규소 및 이산화게르마늄을 첨가하여 영분산이 1.5 ㎛ 파장 이상 천이된 대구경 광섬유 증폭기인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 라만 증폭부는 상기 이산화게르마늄 조성비가 50% 이상 그리고 80% 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 라만 증폭부는 대구경 광섬유로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 라만 증폭부는 광섬유 길이가 150m 이상 그리고 300m 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부는 소정 파장의 고출력 레이저 여기 광원을 출사하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드로부터의 고출력 여기 광원을 발진시켜 목표 파장 대역의 광원을 출사하는 라만씨드 공진기; 상기 레이저 다이오드 및 라만씨드 공진기로부터 입력되는 광원의 방사 방향을 일치시켜 출력하는 광 결합기; 및 상기 광 결합기를 통하여 입력되는 광원을 목표 파장 대역의 광으로 천이하여 증폭시키는 라만 증폭부;를 포함하는 것을 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 라만 증폭부는 이산화규소 및 이산화게르마늄 첨가 단일경로 대구경 라만 광섬유증폭기인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 라만 증폭부는 상기 이산화게르마늄 조성비가 50% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 라만 증폭부는 상기 이산화게르마늄 조성비가 50% 이상 그리고 80% 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 레이저 다이오드는 고출력 여기광원을 여기하여 상기 광 결합기에 입력되도록 하는 제1 레이저 다이오드; 및 고출력 또는 저출력 광원을 생성하여 상기 라만씨드 공진기에 입력되도록 하는 제2 레이저 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부는 단파장의 고출력 레이저 여기 광원을 발진 및 출사하는 레이저 다이오드; 및 상기 레이저 다이오드를 통하여 입력되는 광을 목표 파장 대역의 광으로 천이시켜 증폭시키는 라만 증폭부;를 포함하며, 상기 라만 증폭부는 이산화규소 및 이산화게르마늄 첨가 단일경로 대구경 라만 광섬유증폭기로, 장파장 대역으로 영분산 이동되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 상기 라만 증폭부는 이산화게르마늄의 조성비가 상기 이산화게르마늄 조성비가 50% 이상 그리고 80% 이하이며, 광섬유 길이가 150m 이상 그리고 300m 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부를 포함하는 레이저 무기는 전술한 실시예 중 어느 하나의 레이저 발진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부를 포함하는 레이저 무기는 상기 레이저 발진부에서 발생하는 열을 자연 냉각하는 방열핀; 상기 레이저 발진부를 제어하는 제어 및 구동보드; 표적에서 빔을 집속하도록 하는 레이저 집속기; 및 전원을 공급하는 배터리;를 포함하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 눈 안전 파장 대역을 발진함으로써 높은 에너지 집속도로 인한 표적에서의 산란 또는 반사광에 의하여 아군 또는 적군이 실명 피해를 입는 것을 최소화하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 레이저 발진부를 활용한 무기 운용 시 부수적인 피해를 최소화하여 야전에서의 운용을 극대화함과 동시에, 국제 협약에서 제한하는 레이저 무기로 인한 실명 우려를 불식시키는 것이 가능하도록 하는 효과가 도출된다.
또한, 본 발명은 대구경 라만광섬유로 이루어지는 라만 증폭부를 구비함으로써 고출력 발진함에도 불구하고 라만 천이 시 고차모드의 천이 효율이 낮아 눈 안전 파장에 도달 시 높은 빔질의 고출력 레이저 빔을 얻을 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 이산화규소 및 이산화게르마늄 첨가 광섬유 증폭기의 조성비가 특정 수치범위 내로 조절되도록 구성함으로써 영분산을 목표 파장 대역 이상으로 천이시켜 안전한 활용이 가능하도록 하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 고출력 여기광원을 여기하여 발진하는 레이저 다이오드가 한 개 구비되며, 발진된 고출력 여기광원의 일부를 광 분배기를 통해 분배한 이후 라만씨드 공진기에서 저출력의 목표파장의 광을 발생시키는 구조를 가짐으로써, 전체적인 구조적 단순화를 꾀할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 라만씨드 공진기에서 미리 목표 파장 대역의 저출력 광원을 발생시킴으로써, 목표 파장 대역에 도달하기 위한 라만 천이 문턱값을 낮추어 상대적으로 짧은 길이의 대구경 라만 광섬유를 구성하는 것이 가능하도록 하는 효과를 보인다.
또한, 본 발명은 라만씨드 공진기 측으로 출사되는 여기 광원을 발진하는 레이저 다이오드를 별도로 마련함으로써, 해당 라만씨드 공진기의 정교한 출력 조절이 가능하여 최적화된 씨드를 라만 증폭부로 입사시켜 높은 효율을 나타내도록 하는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명은 별도의 광 분배기, 공진기, 광 결합기를 구비하지 않음으로써 구조적 단순화에 따른 소형/경량화 제작 가능한 효과가 도출된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 개념도이고;
도 2는 도 1에 따른 증폭부 구성에 따른 영분산 이동을 보여주는 그래프이고;
도 3은 도 1에 따른 증폭부에서 이산화게르마늄의 조성비에 따른 영분산 이동을 보여주는 그래프이고;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 개념도이고;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 개념도이고;
도 6은 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 증폭부에서 라만 천이하여 발진하는 주요 파장을 보여주는 그래프이고;
도 7은 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부를 포함하는 레이저 무기의 개념도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며 청구범위에 기재된 사항을 기준으로 해석되어야 한다. 또한, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 참고적으로 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에 있어서, 개별 구성들은 필요에 따라 일체로 이루어질 수도 또는 독립적으로 형성될 수도 있고 이에 별도의 제한이 없음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 개념도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일 실시예(제1 실시예)에 따른 고출력 눈안전 파장의 무기용 레이저 발진부(1)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명은 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 눈 안전 파장인 대략 1.5㎛ 파장 대역을 발진함으로써, 무기로 활용 시 높은 에너지 집속도로 인한 표적에서의 산란 또는 반사광에 의해 아군 또는 적군의 실명 위험을 미연에 방지하며, 고출력 레이저를 통한 요격 효과도는 극대화하도록 하는, 레이저 무기의 일 구성으로써의 발진부(1)에 관한 것이다.
이를 위하여, 레이저 발진부(1)는 레이저 다이오드(10), 광 분배기(30), 라만씨드 공진기(50), 광 결합기(70) 및 라만 증폭부(90)를 포함할 수 있다.
레이저 다이오드(10)는 소정 파장의 고출력 레이저 광을 발진하고 출사하는 구성이다. 예를 들어, 레이저 다이오드(10)는 고출력 발진에 유리한 1㎛ 파장 대역의 레이저 발진기를 여기하기 위한 파장 대역의 광을 발진한다. 여기에서 단파장인 약 1㎛ 파장은 반사 또는 산란광으로 인하여 인체에 피해를 입힐 수 있는 대역의 파장이다. 또한, 다이오드(10)는 예를 들어 표준적인 싱글 모드 반도체 레이저에 의하여 구성될 수 있으나 이에 제한이 있는 것은 아니다. 상기 용어 '고출력' 및 후술할 '저출력'은 상호 상대적인 개념으로 이해하는 것이 바람직하다.
광 분배기(30)는 레이저 다이오드(10)로부터 입력되는 고출력 여기 광원을 분기하는 소자 구성으로, 예를 들어 1x2 형식으로 이루어질 수 있다. 광 분배기(30)를 통하여 분기된 일부 여기 광원은 라만씨드 공진기(50)로 입력될 수 있다. 이러한 광 분배기(30)는 본 발명에 따른 레이저 발진부(1)의 임의적인 구성이며, 필수적으로 구성되어야 하는 것은 아니고, 이에 대한 상세한 내용은 제2 실시예 및 제3 실시예에서 후술하도록 한다. 광 분배기(30)를 통해 라만씨드 공진기(50)로 입력되는 일부 여기 광원은 공진될 수 있다.
라만씨드 공진기(50)는 광 분배기(30)로부터 분기되어 입력되는 일부 여기 광원을 상대적으로 저출력 장파장인 목표 파장 대역의 광원으로 발진시키는 구성이다. 즉, 저출력의 씨드 광원을 생성한다. 목표 파장 대역은 대략 예를 들어 눈 안전 파장인 약 1.5㎛일 수 있다. 이와 같이 라만씨드 공진기(50)에서 목표 파장 대역의 광원을 미리 일부 생성함으로써, 후술할 광섬유 라만 증폭부(90)의 전체 길이를 짧게 형성할 수 있고, 이는 상대적으로 단기간에 빠르게 목표 파장 대역의 광을 생성 가능한 이점이 발생한다. 즉, 목표 파장에 도달하기 위한 라만 천이 문턱값이 낮아져 상대적으로 짧은 길이의 대구경 라만 광섬유로 후술할 단일 경로 라만 증폭기인 라만 증폭부(90)를 구성할 수 있다.
이러한 라만씨드 공진기(50)는 입력되는 단파장의 광원이 공진되도록 반사경을 구성함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 반사경은 입사광을 전반사시키는 전반사경이며, 나머지 제2 반사경은 소정의 투과율을 가지는 부분 반사경일 수 있으나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니고, 상세한 내용은 생략하도록 한다. 또한, 라만씨드 공진기(50)는 단일 경로 또는 다중 경로 발진기를 이용할 수도 있다.
광 결합기(70)는 광 분배기(30)로부터 분기된 광원과, 라만씨드 공진기(50)를 통하여 생성된 저출력 광원의 방사 방향을 일치시켜 출력하는 구성이다. 즉, 라만씨드 공진기(50)로 입력되어 출력된 광원 및 상기 라만씨드 공진기(50)로 미입력된 광원의 방사 방향을 일치시켜 라만 증폭부(90) 측으로 입력되도록 한다.
증폭부 또는 라만 증폭부(90)는 광 결합기(70)를 통하여 입력되는 여기 광원을 목표 파장 대역의 광으로 천이시켜 증폭시키는 구성으로, 예를 들어 단일경로 라만 광섬유증폭기로 이루어질 수 있다.
이하에서는 전술한 종래의 고출력 레이저 무기용 발진기의 문제점 및 본 발명의 효과에 대하여 다시 한 번 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 따른 증폭부 구성에 따른 영분산 이동을 보여주는 그래프이다.
일반적으로 운용되는 레이저 무기는 1㎛ 파장 대역의 레이저를 이용하여 고출력 발진하도록 제작되며, 상기 파장 대역의 광은 고출력 레이저로 인한 요격 효과는 높으나 표적에서의 반사 또는 산란광으로 적 뿐만 아니라 아군 등에 피해를 발생시킬 수 있다. 이를 해결하기 위하여, 1.5㎛ 파장 대역의 레이저 발진기를 이용할 수 있으나, 종래의 광섬유증폭기는 일반적으로 어븀첨가 광섬유증폭기(Erbium-Doped Fiber Amplifier)로 이루어지며, 이는 어븀 이온의 낮은 흡수율과 적은 방출 단면적으로 고출력 발진이 비용이하고, 결국 레이저 무기로 적용하기에는 한계를 나타낸다. 또한, 또 다른 대안으로 일반적인 대구경 라만 광섬유증폭기를 통해 단순 라만 천이시킬 시, 1.5㎛ 파장 대역에 도달 전 영분산에 도달하여 발생하는 비선형 현상으로 안정적인 레이저 발진이 어렵게 된다(도 2(a) 참고).
도 3은 도 1에 따른 증폭부에서 이산화게르마늄의 조성비에 따른 영분산 이동을 보여주는 그래프이다.
도 2(b)를 참고하면, 전술한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 라만 증폭부(90)는 이산화규소 및 이산화게르마늄 첨가 광섬유 라만증폭기로 구성된다. 더욱 상세하게는, 이산화게르마늄의 조성비가 약 10%인 경우, 영분산은 1.3㎛ 파장 대역 근방에 위치하여 본 발명에 따른 목표 파장 대역인 1.5㎛ 이상의 파장 발진이 어렵다(도 2(a) 참고). 이를 극복하기 위하여 이산화게르마늄의 조성비를 약 60% 수준으로 첨가 시, 영분산이 1.6㎛ 파장 근방에 위치하게 되며, 목표로 하는 실명 위기로부터 자유로운 눈 안전 파장 발진이 가능하다. 이러한 라만 광섬유증폭기인 라만 증폭부(90)를 통해 라만 천이를 함으로써 눈 안전 파장의 레이저 출력을 얻을 수 있다(도 2(b) 참고).
도 3을 참고하면, 광섬유 증폭기인 라만 증폭부(90)에서 이산화게르마늄의 조성비는 50% 이상 그리고 80% 이하인 것이 바람직하다. 즉, 상기 이산화게르마늄의 조성비가 약 50%인 경우, 눈 안전 파장인 약 1.5㎛ 발진이 가능하다.
또한, 목표파장인 장파장 발진을 위한 라만 광섬유 이용 시, 소구경 광섬유는 영분산이 1.5 ㎛ 파장 이상으로 이동된 비선형 광섬유가 이용될 수 있으나, 소구경 그 자체의 한계로 고출력 발진이 쉽지 않다. 그러므로, 대구경 광섬유로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기에서 '소구경 광섬유'란 단일 클래드의 코어 직경이 10 ㎛ 이하인 것을, '대구경 광섬유'란 이중 클래드의 코어 직경이 10㎛ 초과하는 것을 지칭하는 것으로 이해한다. 이러한 이산화규소 및 이산화게르마늄 첨가 대구경 라만 광섬유 증폭기를 활용함으로써, 고출력 발진함에도 불구하고 라만 천이 시 고차모드의 천이 효율이 낮아 눈안전 파장에 도달 시 높은 빔질의 고출력 레이저 빔을 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 눈안전 파장의 무기용 레이저 발진부(1)를 활용 시, 하나의 레이저 다이오드(10)만을 구성함으로써 전체적인 구조적 단순화를 꾀할 수 있다. 또한, 라만씨드 공진기(50)를 구성하여 목표 파장 대역에 도달하기 위한 라만 천이 문턱값이 낮아져 짧은 길이의 대구경의 단일 경로 라만 광섬유를 통해 라만 증폭부(90)를 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 개념도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 다른 실시예(제2 실시예)에 따른 고출력 눈안전 파장의 무기용 레이저 발진부(1')에 대하여 상세히 설명하며, 일 실시예에 따른 발진부(1)와 중복되는 내용에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 4를 참고하면, 레이저 다이오드(10')는 소정 파장의 여기 광원을 출사하는 한 쌍의 구성으로, 예를 들어 상대적으로 고출력 발진에 유리한 1㎛ 파장 레이저 발진기를 여기하기 위한 파장으로 발진한다. 즉, 제1 실시예와 비교할 때 별도의 광 분배기를 마련하지 않고, 라만씨드 공진기(50')에 광이 직접 입력되도록 할 수 있다. 이를 위하여, 레이저 다이오드(10')는 제1 레이저 다이오드(110') 및 제2 레이저 다이오드(130')를 포함할 수 있다.
제1 레이저 다이오드(110')는 고출력 여기 광원을 여기하여 발진하게 하고 그 빛이 광 결합기(70')에 입력되도록 하는 구성이다.
제2 레이저 다이오드(130')는 고출력 또는 저출력 여기 광원을 발진하여 라만씨드 공진기(50')에 입력되도록 하는 구성이다.
이후, 광 결합기(70')를 통해 광원의 방사 방향을 일치시켜 라만 증폭부(90') 측으로 출력시킬 수 있다. 즉, 제1 레이저 다이오드(110')로부터 여기되는 고출력 여기 광원과, 라만씨드 공진기(50')를 통하여 목표 파장 대역에 도달한 이후 입력되는 광원을 결합하는 구성이다.
이와 같이 레이저 발진부(1')를 구성함으로써, 목표 파장 대역에 도달하기 위한 라만 천이 문턱값이 낮아져 짧은 길이의 대구경 라만 광섬유를 통해 라만 증폭부(90')를 구성함과 동시에, 라만씨드 공진기(50')의 직접적인 출력 조절이 가능하여 최적화된 씨드를 상기 라만 증폭부(90') 측으로 입사시켜 높은 효율의 단일경로 라만발진기를 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 개념도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 또 다른 실시예(제3 실시예)에 따른 고출력 눈안전 파장의 무기용 레이저 발진부(1'')에 대하여 상세히 설명하며, 일 실시예에 따른 발진부(1)와 중복되는 내용에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 도 5를 참고하면, 레이저 다이오드(10'')가 소정 파장의 고출력 여기 광원을 여기하여 발진시키는 구성이다. 발진된 여기 광원은 곧바로 라만 증폭부(90'') 측으로 입력될 수 있다.
이와 같이 구성하는 경우, 여기 광원이 라만씨드 공진기를 거치지 않고 곧바로 라만 증폭부(90'') 측으로 입력되어 상기 증폭부(90'')의 길이가 상대적으로 길어지는 단점이 있으나, 제1 실시예 및 제2 실시예에 비하여 구조적 단순화가 가능하므로 전체적인 경량화 및 소형화를 도모할 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부의 증폭부에서 라만 천이하여 발진하는 주요 파장을 보여주는 그래프이다.
도 6을 참고하면, 전술한 바와 같이 영분산 보정된 라만 증폭기인 증폭부(90)를 활용하는 경우, 안정적인 라만 천이를 보여주는 것을 알 수 있다. 이 때 광섬유의 길이는 약 150m 이상 그리고 300m 이하, 또는 150m 이상 그리고 250m 이하인 것이 바람직하며, 인가되는 여기 광원의 세기 및 여기 방식에 따라 상이해질 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부를 포함하는 레이저 무기의 개념도이다.
이와 같은 고출력 눈안전 파장의 무기용 레이저 발진부를 활용하여 레이저 무기(100)를 구성할 수 있으며, 이에 대하여 예시적으로 설명하도록 한다.
도 6을 참고하면, 상기 레이저 무기(100)는 손으로 파지가 용이하도록, 외형은 권총과 유사한 형태로 구성될 수 있다. 예시적은 구조로는, 전술한 레이저 발진부(1, 1', 1''); 상기 레이저 발진부(1, 1', 1'')에서 발생하는 열을 자연 냉각하는 방열핀(3); 상기 발진부(1, 1', 1'')의 제어 및 구동을 담당하는 제어 및 구동보드(5); 표적에서 빔을 집속하도록 하는 소형 레이저 집속기(7); 및 전원을 공급하는 배터리(9);로 이루어질 수 있다. 전술한 레이저 발진부(1)를 포함하여 상기 레이저 무기(100)를 휴대 가능할 정도로 경량화, 소형화 가능한 것에 이점이 있다.
레이저 무기(100)를 이와 같이 구성함으로써 아군 및 적군의 피해를 최소화하여 실제 작전 운용에 이용되어 실효성을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. 그리고, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1 : 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부(발진기)
10, 10', 10'' : 레이저 다이오드
110' : 제1 레이저 다이오드 130' : 제2 레이저 다이오드
30 : 광 분배기
50, 50' : 라만씨드 공진기
70, 70' : 광 결합기
90, 90', 90'' : 증폭부, 라만 증폭부
100 : 레이저 무기
3 : 방열핀
5 : 구동보드
7 : 집속기
9 : 배터리

Claims (15)

  1. 소정 파장의 고출력 레이저 여기 광원을 출사하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드로부터 여기되어 발진하는 고출력 여기 광원을 분기하는 광 분배기;
    상기 광 분배기로부터 분기되어 입력되는 저출력 여기 광원을 공진시켜 목표 파장 대역의 광원을 발진하는 라만씨드 공진기;
    상기 광 분배기 및 라만씨드 공진기로부터 입력되는 광원의 방사 방향을 일치시켜 출력하는 광 결합기; 및
    상기 광 결합기를 통하여 입력되는 광원을 목표 파장 대역의 광으로 천이하여 증폭시키는 라만 증폭부;를 포함하며,
    상기 라만 증폭부는,
    이산화규소 및 이산화게르마늄을 첨가하여 영분산이 1.5 ㎛ 파장 이상 천이된 대구경 광섬유 증폭기인 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  2. 제1항에 있어서, 상기 라만 증폭부는
    단일경로 라만 광섬유증폭기인 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 라만 증폭부는
    상기 이산화게르마늄의 조성비가 50% 이상 그리고 80% 이하인 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  5. 제4항에 있어서, 상기 라만 증폭부는
    대구경 광섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  6. 제5항에 있어서, 상기 라만 증폭부는
    광섬유 길이가 150m 이상 그리고 300m 이하인 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  7. 소정 파장의 고출력 레이저 여기 광원을 출사하는 레이저 다이오드;
    상기 레이저 다이오드로부터의 고출력 여기 광원을 발진시켜 목표 파장 대역의 광원을 출사하는 라만씨드 공진기;
    상기 레이저 다이오드 및 라만씨드 공진기로부터 입력되는 광원의 방사 방향을 일치시켜 출력하는 광 결합기; 및
    상기 광 결합기를 통하여 입력되는 광원을 목표 파장 대역의 광으로 천이하여 증폭시키는 라만 증폭부;를 포함하며,
    상기 라만 증폭부는,
    이산화규소 및 이산화게르마늄이 첨가된 대구경 라만 광섬유증폭기인 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  8. 제7항에 있어서, 상기 라만 증폭부는
    단일경로 라만 광섬유증폭기인 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  9. 제8항에 있어서, 상기 라만 증폭부는
    상기 이산화게르마늄의 조성비가 50% 이상인 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  10. 제9항에 있어서, 상기 라만 증폭부는
    상기 이산화게르마늄의 조성비가 50% 이상 그리고 80% 이하인 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  11. 제10항에 있어서, 상기 레이저 다이오드는
    고출력 여기광원을 여기하여 상기 광 결합기에 입력되도록 하는 제1 레이저 다이오드; 및
    고출력 또는 저출력 광원을 생성하여 상기 라만씨드 공진기에 입력되도록 하는 제2 레이저 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  12. 단파장의 고출력 레이저 여기 광원을 발진 및 출사하는 레이저 다이오드; 및
    상기 레이저 다이오드를 통하여 입력되는 광을 목표 파장 대역의 광으로 천이시켜 증폭시키는 라만 증폭부;를 포함하며,
    상기 라만 증폭부는
    이산화규소 및 이산화게르마늄 첨가 단일경로 대구경 라만 광섬유증폭기로, 장파장 대역으로 영분산 이동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  13. 제12항에 있어서, 상기 라만 증폭부는
    상기 이산화게르마늄의 조성비가 50% 이상 그리고 80% 이하이며, 광섬유 길이가 150m 이상 그리고 300m 이하인 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부.
  14. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제13항 중 어느 한 항의 레이저 발진부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부를 포함하는 레이저 무기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 레이저 발진부에서 발생하는 열을 자연 냉각하는 방열핀;
    상기 레이저 발진부를 제어하는 제어 및 구동보드;
    표적에서 빔을 집속하도록 하는 레이저 집속기; 및
    전원을 공급하는 배터리;를 포함하는 고출력 눈 안전 파장의 무기용 레이저 발진부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 무기.

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