KR20110009714A - 1.5 마이크론 이미징 소스 및 그 소스를 포함하는 이미징 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수 나노미터의 스펙트럼 대역 (Δλ) 에서 약 1.5 마이크론의 파장으로 발광하고, 적어도 수십 밀리주울과 수백 밀리주울 사이의 전력을 전달하는 펄스형 레이저 이미징 소스로서,
- 대략 수십 나노초의 지속기간보다 큰 펄스를 갖는 파를 발광하는 소스 (Ds);
- 펄스 소스로부터 출력된 파로부터 증폭된 파를 전달하는 증폭기 어셈블리 (Ampli1, Ampli2, Ampli3); 및
- 병렬로 접속되고, 상기 증폭된 파를 공급받는 N 개의 섬유 (Fi) 의 세트를 포함하며,
상기 병렬로 접속된 섬유 각각은 출력 증폭기에 커플링되는 것을 특징으로 하는 펄스형 레이저 이미징 소스에 관한 것이다.

Description

1.5 마이크론 이미징 소스 및 그 소스를 포함하는 이미징 디바이스{1.5 MICRON IMAGING SOURCE AND IMAGING DEVICE INCORPORATING THE SOURCE}

본 발명의 분야는 소정의 환경에서 타겟을 검색하는 이미징 시스템의 분야이고, 타겟은 가능하게는 공중 기반 또는 지상 기반이고, 더 상세하게는, 능동 이미징은 상기 이미징 시스템으로부터 레이저 조준 시스템의 자동 제어를 가능하게 한다.

일반적으로, 능동 이미징은 통상적으로 펄스형 레이저인 고유의 광원을 이용한다. 관련된 발광 및 에너지의 지향성 때문에, 신호는 산란 매질을 통해서도 먼 거리에 걸쳐 수신된다. 이 특성은 특히 이 기술에 보안 및 방어에 대한 상당한 중요성을 부여한다. 레이저에 의해 발광되고 극장 내의 다양한 물체에 의해 반사된 광자는 수신기-이미저에 의해 수집된다. 펄스형 레이저 및 수신 시의 시간 윈도우를 함께 이용하는 것은 관심있는 타겟을 포함하는 공간의 섹션이 선택될 수 있게 한다.

특히 관심있는 분야는, 레이저 빔의 자유 전파 상에서 대기의 변동성에 기인하여 결과의 정확성을 요구하는 지향된 광-에너지 무기의 조준이다. 이 보정은 약 500 Hz 의 대역폭을 갖는 약 1 마이크로라디안의 높은 공간 각 해상도로 타겟의 위치를 측정하는 것을 수반하여, 파면의 변형에 대한 제 1 레벨의 보상을 보장한다. 또한, 조명 시스템은 무기의 파장에 근접한 파장에서 동작해야 한다.

예를 들어, 시력 보호의 이유에서 1.5 ㎛ 에서 동작하는 능동 이미저는, 펄스 당 약 250 밀리주울 (millijoules) 의 에너지를 전달하고 지속기간이 약 500 나노초인 조명 레이저 및 (태양의 후방 산란에 기인한 효과를 감소시키기 위해) 약 10 나노미터의 스펙트럼 필터 폭을 갖는 마이크로초 정도의 개방 시간 윈도우를 갖는 이미저 (카메라) 로 구성될 수도 있다. 이 아키텍쳐는 프로세싱될 물체에 대해 범위 및 사이즈 기준을 만족시키도록 설계된 구조이다.

따라서, 이 상황에서, (또한 시력 보호를 위해) Δλ = ±2 nm 의 파장 스펙트럼 윈도우에서 1.5 ㎛ 에 근접한 스펙트럼 영역에서 발광하고, 1 kHz 의 레이트에서 250 mJ 의 펄스 당 에너지를 전달하는 이러한 광원의 가용성이 문제된다. 이 소스는 또한, 타겟 및 조명 거리에 대한 조명된 필드를 조정하는 광학 디바이스 (줌) 에 커플링되어야 하고, 관측 필드는 가능하게는 1.5 mrad 부터 5 mrad 까지 변한다.

현재, 원하는 사양 모두를 충족시키는 솔루션은 제안되지 않고 있다. 낮은 반복 주파수 동작 모드 (비디오 주파수로 충분함) 를 요구하는 긴 거리의 비행 애플리케이션에 대해 고 에너지 조명 소스가 개발되고 있다.

가장 통상적인 솔루션은 1 ㎛ 근방의 펄스형 모드에서 동작하는 고체 상태 레이저 (네오디뮴 이온 Nd³⁺ 가 도핑된 유리 또는 크리스탈) 를 주파수에서 변환하는 것이다. 약 1.5 ㎛ 에서의 주파수 변환은, 예를 들어, 1.5 ㎛ 에서 공진하는 캐비티에 삽입된 KTiPO₄ (KTP) 또는 KTiAsO₄ (KTA) 와 같은 비선형 크리스탈로부터 형성된 광 파라미터 오실레이터 (OPO) 와의 비선형 상호작용으로 생성된다. 몇몇 문헌은, 100 mJ 보다 큰 에너지를 갖지만 30 Hz 미만의 제한된 반복 레이트를 갖는 이러한 타입의 소스를 리포트하며, 다음의 문헌들: G.A. Rines 등의 OSA Proceedings on Advanced Solid State Lasers (1994) 에서의 "Efficient, high-energy, KTP OPO pumped with 1㎛ Nd-lasers", D.J. Armstrong 등의 Conference: nonlinear frequency generation and conversion materials (2004) 에서의 "150mJ 1550nm KTA OPO with good beam quality and high efficiency" SPIE Vol. 5337, J.C. McCarthy 등의 OSA Proceedings on Advanced Solid State Lasers (2001) 에서의 "Novel, efficient, high brightness KTP OPO-OPA in single beamline" 에 개시되어 있다.

신호 파장에 일치하는 에너지 레벨을 갖고 킬로헤르쯔 단위의 매우 큰 레이트에서 동작하는 것은 아직 리포트되지 않았으며, 통상적인 비선형 크리스탈의 나머지 흡수 및 특히 그 크리스탈의 열악한 열기계 특성에 기인하여 매우 어려울 것이다.

다른 기술적 접근방법은, 약 1.5 ㎛ 에서 레이저 광선을 직접 발광할 수 있는 특성을 갖는 에르븀 이온 (Er³⁺) 으로 도핑된 고체 매질을 이용하는 것이다. 불행하게도, 에르븀의 유효 자극 발광 단면적은 작고, 매우 높은 포화 강도 (10 내지 30 J/㎠) 가 되어, 레이저 캐비티를 형성하는 컴포넌트들의 광 손상 임계에 기인한 몇몇 문제를 유발한다. 이것은, 높은 평균 전력 동작을 용이하게 하지 못하는 제한된 추출 에너지 (<10%) 를 초래한다. 한편, 현재 공개된 펄스 당 100 mJ 을 초과하는 실시형태들은 에르븀 도핑된 유리에만 관련되고, 이들의 반복 레이트는 매우 열악한 열-광-기계 특성에 기인하여 1 Hz 미만으로 매우 낮으며, E. Georgiou 등의 Opt. Com. 198 (2001) 147-153 에서의 "50 mJ/30 ㎱ FTIR Qswitched diode-pumped ErYb:Glass 1.54μm laser" 에 개시되어 있다.

광학적으로 횡으로 펌핑되는 능동 매질의 종래의 기하구조 (로드-형상, 플레이트-형상 등) 는 일반적으로 양호한 열 교환에 적합하지 않다. 반대로, 작은 직경 및 큰 길이를 갖는 섬유 증폭기 매질은 매우 양호한 동등한 열 교환 면적을 갖는다. 섬유 증폭기 및 레이저의 개선된 열 관리 및 개선된 수율 특성은 약 1.5 ㎛ 에서 높은 평균 전력을 발생시키기 위해 이 기술적 접근방법을 선호하게 한다. 더 상세하게는, 1.5 ㎛ 연속파에서 대략 300 W 를 발광하는 에르븀/이테르븀 공동 도핑된 섬유 레이저는 이미 제안되었고, Y. Jeong 등의 IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics 에서의 "Erbium:Ytterbium Codoped Large-Core Fiber Laser with 297 W Continuous-Wave Output Power", Vol. 13, No. 3, 573-579, 2007 에 개시되어 있다.

섬유 아키텍쳐의 주요 제한은, 추출될 수 있는 에너지의 양을 제한하는 작은 활성 체적이다. 추출될 수 있는 에너지는 포화 에너지와 관련되고, 다음의 방식:

여기서

에서의 작은 신호 이득 G₀ 과 관련되고, 여기서, E_extr : 추출가능 에너지, 및 E_sat : 포화 에너지; hν_s : 신호 광자의 에너지; σ_es 및 σ_as : 각각 신호 파장에서 유효 발광 및 흡수 단면; 및 A : (도핑된 코어에 대응하는) 유효 상호작용 면적이다.

실제로, 섬유 증폭기로부터 추출될 수 있는 최대 에너지는 약 40 dB 의 불포화 이득에 대해 포화 에너지의 약 10 배이다. 또한, 자발적 발광의 증폭은, 전이를 포화시키고 임의의 추가적 펌핑이 잡음을 증폭시키게 한다.

원칙적으로, 더 많은 에너지를 추출하기 위해 섬유의 직경을 증가시키는 것으로 충분하다. 그러나, 약 20 mm x mrad (즉, M² = 10 인 M 계수) 의 빔 품질을 보장하기를 원하면, 도핑된 코어의 직경은 0.1 의 실제 개구수 (numerical aperture) 에 대해 100 ㎛ 로 제한된다.

이 조건에서, λ=1.56㎛ 에서 팩터 σ_es+σ_as = 7x10^-21 ㎠ 이므로, 추출가능한 에너지는 약 10 밀리주울로 제한된다.

도 1 은, 증폭기에 주입된 상이한 에너지 레벨에 대해 940 nm 에서의 펌프 전력의 함수로서 이러한 섬유로부터 추출될 수 있는 에너지의 예시적인 수치 시뮬레이션을 도시한다.

이 상황에서, 본 발명의 일 목적은, 1.5 마이크론에서 발광하고 충분히 짧은 펄스로 충분한 에너지의 광 빔을 전달할 수 있어서 능동 이미징을 생성하고 특히 타겟을 파괴할 수 있는 이미징 소스이다.

더 정확하게는, 본 발명의 일 청구물은, 수 나노미터의 스펙트럼 대역 Δλ 에서 약 1.5 마이크론의 파장으로 발광하고 적어도 수십 밀리주울과 수백 밀리주울 사이의 전력을 전달하는 펄스형 레이저 이미징 소스로서,

- 약 수십 나노초의 지속기간보다 큰 펄스를 갖는 파를 발광하는 소스;

- 펄스 소스로부터 출력된 파로부터 증폭된 파를 전달하는 증폭기 어셈블리;

- 병렬로 접속되고, 상기 증폭된 파를 공급받는 N 개의 섬유의 세트를 포함하며, 상기 병렬로 접속된 섬유 각각은 출력 증폭기에 커플링되는 것을 특징으로 하는 펄스형 레이저 이미징 소스이다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 이 이미징 소스는 증폭된 파의 에너지가 N 개의 섬유의 입력에 분배될 수 있게 하는 커플러를 포함한다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 이 이미징 소스는 관측 필드가 1 밀리라디안부터 수 밀리라디안까지 변할 수 있게 하는 광학 시스템을 더 포함한다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 광학 시스템은 N 개의 섬유의 출력에 N 개의 커플링된 옵틱스 (optics) 의 세트를 포함한다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 광학 시스템은 커플러의 세트에 의해 M 개의 출력 섬유에 재결합된 N 개의 섬유의 세트를 포함한다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 상기 옵틱스는 렌즈의 쌍, 및 관측 필드를 변경시키기 위해 렌즈 사이의 거리를 조정하는 수단을 포함한다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 상기 옵틱스는 프리즘의 쌍, 및 프리즘 각각의 서로에 대한 각 (angular) 위치를 변경시키기 위해 프리즘을 회전시키는 수단을 포함한다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 증폭기 어셈블리는, 수십 나노주울의 신호 파로부터 적어도 약 백 밀리주울보다 큰 에너지의 증폭된 파를 발생시키기 위한 일련의 다수의 증폭기를 포함한다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 증폭기 어셈블리는 3 개의 다이오드-펌핑된 섬유 증폭기를 포함한다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 섬유는 에르븀 도핑된 섬유 또는 에르븀/이테르븀 공동 도핑된 섬유이다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 이미징 소스는 약 250 밀리주울의 에너지의 광 빔을 발생시키기 위해 병렬로 접속된 25 개의 섬유를 포함한다.

본 발명의 다른 청구물은, 이미저를 포함하는 1.5 마이크론 근방의 파장으로 동작하는 이미징 디바이스로서, 본 발명의 소스를 포함하고, 이미저는 폭이 약 10 nm 인 스펙트럼 필터와 연관된 마이크로초 정도의 개방 시간 윈도우를 갖는 것을 특징으로 하는 이미징 디바이스이다.

이러한 이미징 디바이스는, 공중의 엘리먼트의 분석 동안 태양의 후방 산란 현상, 및 레이저 무기에 의해 고온으로 가열된 타겟의 부분들에 의한 대즐링 (dazzling) 의 위험을 회피하는 이미징에 특히 적합하다.

다음의 비제한적 설명을 판독하고 첨부된 도면에 의해 본 발명은 더 양호하게 이해될 것이고, 다른 이점이 명확해질 것이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 섬유 광 소스로부터 추출될 수 있는 에너지를 광에 주입된 상이한 에너지 레벨에 대해 940 nm 의 펌핑 전력의 함수로서 나타낸 수치적 시뮬레이션의 일예를 도시한다.
도 2 는 25 개의 섬유의 병렬 배치를 포함하는 본 발명에 따른 이미징 소스의 일예를 도시한다.
도 3 은 1.5 ㎛ 에서 얻어진 이미징 소스의 합성 광 빔을 나타내는 매트릭스 배열을 도시한다. 원 ch_i 는 레이저 빔 각각에 관련된 관측 필드를 나타낸다.
도 4 는, 출력 증폭 섬유 중 일부가 재결합된 본 발명의 변형예를 도시한다.
도 5 는, 이미징 필드를 확대하기 위해 이용되는 디아스포라미터 (diasporameter) 타입의 수단을 더 포함하는 본 발명에 따른 이미징 소스의 일예를 도시한다.

일반적으로, 본 발명에 따른 이미징 소스는 펄스화될 수 있는 파를 발광하는 적어도 하나의 소스를 포함한다. 통상적으로, 이미징 소스를 발생시키기 위해 병렬로 접속된 섬유의 세트를 공급하는 증폭 체인을 전달하는 다이오드 레이저가 이용될 수도 있다.

본 발명에 의해 제공되는 솔루션의 일예는 도 2 에 도시되어 있고, 레이저 증폭기, 더 상세하게는, 에르븀 도핑된 섬유 증폭기의 용량에 기초하여, 수 nm 의 스펙트럼 대역 Δλ 보다 크고 약 10 의 빔 품질 팩터 M² 를 갖는 펄스 당 10mJ 의 에너지 레벨로 1 kHz 정도의 반복 주파수에서 수백 나노초 폭의 펄스를 제공한다. 섬유 증폭기 매질의 플렉서빌러티는, 멀리 떨어진 타겟을 조명하기 위해 요구되는 에너지 레벨을 제공하기 위해 수십 개의 증폭기의 병렬 배치를 가능하게 한다. 더 상세하게는, 도 2 에 도시된 예에서, 신호 다이오드 Ds 는 약 0.01 μJ 의 에너지를 갖는 신호 파를 제 1 증폭기 Ampli1 에 전달한다. 예를 들어, 단일 코어 단일 모드의 에르븀 도핑된 섬유 증폭기가 이용될 수도 있다. 예를 들어, 이 섬유는 5 부터 10 ㎛ 까지의 코어 직경을 갖고, 1.5 ㎛ 에서 오직 하나의 모드만을 지원한다. 이 섬유는, 단일 모드 섬유에 커플링되고 1 W 전력보다 작은 980 nm 에서 펌프 다이오드 D_p1 에 의해 펌핑된다. 섬유 도핑 및 길이는, 30 dB 의 이득 및 적어도 10 μJ 의 출력 에너지, 즉 1 kHz 에서 10 mW 의 평균 전력을 획득하도록 선택된다.

약 10 μJ 의 에너지를 갖는 증폭된 신호는 제 2 펌프 D_p2 에 의해 펌핑된 제 2 증폭기 Ampli2 로 차례로 주입되어, 약 250 μJ 의 에너지를 갖는 증폭된 신호 파가 획득될 수 있게 한다. 예를 들어, 듀얼-코어 Yb:Er 도핑된 섬유 증폭기가 이용될 수도 있다. 신호 코어는, 250 μJ 의 출력 에너지가 획득될 수 있도록 적어도 20 ㎛ 의 직경을 갖고, 개구수는 0.1 부터 0.2 까지 변할 수도 있다. 펌프 코어는, 예를 들어, 펌프의 커플링을 더 용이하게 하는 0.4 보다 큰 개구수를 갖는 250 ㎛ 이다. 예를 들어, 펌프는 200 ㎛ 코어 직경 및 0.22 개구수의 섬유에 커플링된 적어도 10 W 의 920 내지 980 nm 인 다이오드이다. 평균 출력 전력은 1 kHz 의 레이트에서 0.25 W 이다. 섬유 길이는 통상적으로, 이용된 도핑 레벨 및 펌프 길이에 따라 2 부터 10 m 까지 변할 수도 있다.

이 신호 파는 제 3 펌프 다이오드 D_p3 에 의해 펌핑된 제 3 증폭기 Ampli3 에 의해 증폭 체인에서 계속하여 증폭된다. 예를 들어, 듀얼-코어 Yb:Er 도핑된 섬유 증폭기가 이용될 수도 있다. 신호 코어는 대략 100 ㎛ 의 직경을 가져서 출력 에너지가 10 mJ 보다 더 커질 수 있게 한다. 개구수는 약 0.1 이어서, 10 과 동일한 M² 팩터에 대응하는 20 mm.mrad 의 빔 품질을 보장한다. 펌프 코어는 예를 들어, 0.4 보다 큰 개구수를 갖는 400 ㎛ 이어서, 펌프 커플링을 더 용이하게 한다. 예를 들어, 펌프는, 400 ㎛ 코어 직경 및 0.22 개구수의 섬유에 커플링된 적어도 100 W 의 920 내지 980 nm 인 다이오드이다. 평균 출력 전력은 1 kHz 의 레이트에서 10 W 이다. 섬유 길이는 통상적으로, 이용된 도핑 레벨 및 펌프 길이에 따라 2 부터 10 m 까지 변할 수도 있다.

따라서, 현재의 예에서는 25 로 넘버링된 섬유 Fi 의 세트에 커플러 C_pl 을 통해 공급할 수도 있는 약 10 mJ 에너지의 신호 파가 획득된다. 10 mJ 의 에너지는 250 μJ 의 기본 에너지로서 25 개의 섬유 각각에 분배된다. 펌프 다이오드 D_Np4 를 포함하는 25 개 증폭기의 세트는 섬유 F_i 각각이 출력에서 10 mJ 의 에너지, 즉, 25 x 10 mJ, 즉, 250 mJ 의 총 펄스 소스 에너지를 전달할 수 있게 한다.

이 25 개의 증폭기는 증폭기 Ampli3 과 동일하다. 증폭기 Ampli1 과 Ampli2 사이 및 Ampli2 와 Ampli3 사이의 접점이 테이퍼 섬유를 이용하여 형성되고, 그 구조는 2 개의 증폭 섬유 사이의 모드 직경에 매칭하도록 변한다. 펄스들 사이의 잡음의 증폭을 최소화하고 오실레이션을 회피하기 위해, 이 증폭기들 사이에, 파장 필터, 어쿠스틱-옵틱 변조기 또는 광학 분리기와 같은 섬유 컴포넌트들이 삽입될 수도 있다.

또한, 유사한 섬유를 이용하지만 오직 에르븀으로만 도핑된 증폭기 Ampli2 및 Ampli3 을 생성할 수도 있다. 이 경우, 펌프 파장은 바람직하게는 약 978 nm 이고, 흡수가 덜 심각하기 때문에 섬유의 길이는 증가되어야 한다.

증폭기 Ampli3 과 25 개의 증폭기들 사이의 커플링은 멀티모드 1x25 커플러를 이용하여 생성된다. 이 컴포넌트는, 멀티모드 1x2 커플러의 트리를 이용하여, 또는 이 전이를 획득할 수 있는 오직 하나의 컴포넌트를 이용하여 생성될 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 공통 파일럿 신호를 갖는 이 N 개의 병렬 증폭기의 주입은 동기화 및 시간 포맷 및 발광의 파장을 보장한다.

이미징 소스를 생성하기 위해, 이 레이저 각각은 옵틱과 연관되고, 그 직경은,

로 주어진다.

M² 는 회절-제한 값 (M² 는 1 과 동일) 에 대한 빔 품질 사이의 차를 특징짓고,

λ 는 파장이고, θ 는 관측 필드이다.

따라서, λ = 1.5 ㎛ 에서 M² = 10 및 θ = 1.5 mrad 에 대해,

= 12.7 mm 가 획득된다.

따라서, 약 250 mJ 의 총 에너지를 전달하는 25 개 레이저로 구성된 퓨필 (pupil) 은 사이즈에서 65 x 65.i 일 수도 있다.

더 상세하게는, 25 개 섬유 각각의 출력에서 각각의 레이저 빔은, 도 3 에 도시된 바와 같이 매트릭스로 배열된 렌즈-타입 옵틱에 커플링되어, 1.5 ㎛ 에서 이미징 소스의 결과적 합성 광 빔을 나타낸다. 원 ch_i 는 섬유 출력에서 레이저 빔 각각에 관련된 관측 필드를 나타내며, 1.5 밀리라디안의 다이버전스를 갖는다. 1 km 의 거리에서, 1.5 미터 관측 원이 획득되고, 25 개의 원이 실질적으로 중첩된다.

본 발명의 변형예에 따르면, 관측 필드는 렌즈 쌍에 기인하여 변할 수도 있고, 렌즈의 거리는 줌 기능을 생성하도록 변경되어, 예를 들어, 1 km 의 거리에서 약 5 미터 직경의 연장된 이미징 소스가 생성될 수 있도록 관측 필드를 확대한다.

본 발명의 다른 변형예에 따르면, 연관된 옵틱스를 조정함으로써, 배향이 회전될 수도 있는 2 개의 프리즘의 세트로부터 형성된 디아스포라미터 타입의 구조에 기인한 레이저의 다이버전스를 조정할 수 있다. 이 구현은 또한 작은 직경 및 광선의 단색 성질에 기인하여 매우 단순하다. 이 구성은, 다양한 프리즘이 향하는 방향을 변경하여, 관측 필드의 범위가 실질적으로 긴 거리까지 확장되게 하고, 통상적으로, 폭에서 4 내지 5 미터의 관측 범위에 이르게 한다.

통상적으로, 이 디아스포라미터의 세트는 1.5 로부터 5 mrad 까지 필드를 변경시키는데 이용될 수도 있다.

이용되는 프리즘은 1.5 ㎛ 의 단색 프리즘일 수도 있고, 예를 들어, 실리카로 형성될 수도 있다.

본 발명의 다른 변형예에 따르면, N 개의 증폭 출력 섬유 중 일부는, 필요하다면, 이미징 시스템의 퓨필의 수를 감소시키기 위해 더 작은 수의 M 개의 섬유로 재결합된다. 이것은, 예를 들어, 더 높은 레이트에서 섬유 당 더 적절한 전력으로 동작하기를 원하는 경우일 수도 있다. 이것은 또한, 시스템을 단순화시키기 위해 퓨필의 수를 감소시키기를 원하는 경우일 수도 있다. 이 경우, N 은 M 의 배수이고, 결합은 멀티모드 nx1 또는 n = N/M 섬유 커플러 C_N/M 를 이용하여 생성될 수도 있다. 이 타입의 컴포넌트는 상업적으로 이용가능하고, 사양에 맞게 생산될 수도 있다. (레이저 이온이 없는) 수동 섬유가 이용되고, 그 특성 (코어 직경 및 1.5 ㎛ 에서의 신호의 개구수) 는 증폭 섬유의 특성과 동일하다. 출력 섬유는 수동 섬유이고, 그 직경 및 개구수는 N 개의 섬유 전체의 기하학적 범위 (직경 x 개구수) 를 보존하도록 선택된다. 도 4 는 이 옵션을 통합한 증폭 체인의 일예를 도시한다. 따라서, N x F_i 개의 섬유로부터 M x F_j 개의 섬유가 출력으로 획득된다.

제 1 예에 따르면, 넘버 N 이 57 과 동일하고, 각각의 섬유가 5 mJ 을 발광하고, 넘버 M 이 3 과 동일, 즉, 3 개의 출력 퓨필인 경우 19 x 1 커플러를 이용할 수도 있다.

제 2 예에 따르면, 넘버 N 이 56 과 동일하고, 각각의 섬유가 5 mJ 을 발광하고, 넘버 M 이 8 과 동일, 즉, 8 개의 출력 퓨필인 경우 7 x 1 커플러를 이용할 수도 있다.

도 5 는 본 발명의 변형에에서 이용될 수 있는 디아스포라미터 구조의 세트의 단면도를 도시하며, 이것은 10 mJ 의 출력 에너지의 각각의 빔에 커플링된다. 회전 수단 Ri 는 렌즈 Li 의 출력에서 2 개의 프리즘 Pr_1i 및 Pr_2i 에 커플링된다.

이미징 디바이스를 형성하기 위해, 이미징 소스는, 마이크로초 정도의 개방 시간 윈도우 및 10 nm 의 스펙트럼 윈도우를 갖는 이미저에 커플링되어, 대기에 의한 태양광 산란을 포함하는 기생 광 소스의 S/N 비율에 대한 영향 및 레이저 무기에 의해 용융점까지 가열되는 타겟의 부분을 회피한다.

Claims (12)

1. 수 나노미터의 스펙트럼 대역 (Δλ) 에서 약 1.5 마이크론의 파장으로 발광하고, 적어도 수십 밀리주울 (millijoules) 과 수백 밀리주울 사이의 전력을 전달하는 펄스형 레이저 이미징 소스로서,
   대략 수십 나노초의 지속기간보다 큰 펄스들을 갖는 파를 발광하는 소스 (Ds);
   상기 펄스 소스로부터 출력된 상기 파로부터 증폭된 파를 전달하는 증폭기 어셈블리 (Ampli1, Ampli2, Ampli3); 및
   병렬로 접속되고, 상기 증폭된 파를 공급받는 N 개의 섬유 (fibers; Fi) 의 세트를 포함하며,
   상기 병렬로 접속된 섬유 각각은 출력 증폭기에 커플링되는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 증폭된 파의 에너지가 상기 N 개의 섬유의 입력에 분배되게 할 수 있는 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
3. 제 2 항에 있어서,
   관측 필드가 1 밀리라디안부터 수 밀리라디안까지 변할 수 있게 하는 광학 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 광학 시스템은 상기 N 개의 섬유의 출력에서 N 개의 커플링된 옵틱스의 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 광학 시스템은 커플러 (C_N/M) 의 세트에 의해 M 개의 출력 섬유 (F_j) 로 재결합된 N 개의 섬유 (F_i) 의 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 옵틱스는 렌즈의 쌍, 및 상기 관측 필드를 변경시키기 위해 상기 렌즈 사이의 거리를 조정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 옵틱스는 프리즘의 쌍, 및 상기 프리즘 각각의 서로에 대한 각 (angular) 위치를 변경시키기 위해 상기 프리즘을 회전시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 증폭기 어셈블리는, 수십 나노주울의 신호 파로부터 적어도 약 10 밀리주울보다 큰 에너지의 증폭된 파를 발생시키기 위한 일련의 다수의 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 증폭기 어셈블리는 3 개의 다이오드-펌핑된 섬유 증폭기들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유는 에르븀-도핑된 섬유 또는 에르븀/이테르븀 공동 도핑된 섬유인 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    약 250 밀리주울의 에너지의 광 빔을 발생시키기 위해 병렬로 접속된 25 개의 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄스형 레이저 이미징 소스.
12. 1.5 마이크론 근방의 파장으로 동작하고 이미저를 포함하는 이미징 디바이스로서,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 이미징 소스를 포함하고,
    상기 이미저는 마이크로초 정도의 개방 시간 윈도우를 갖는 것을 특징으로 하는, 이미징 디바이스.

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