KR20210118969A - 재료 가공을 위한 위상배열 빔 조향 - Google Patents

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저스틴. 레드
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일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈, 아이엔씨
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Abstract

시스템은 입력된 광신호를 복수의 분할 광신호로 분할하도록 배열되고 구성된 멀티채널 빔 스플리터; 복수의 위상변조기로서, 상기 복수의 위상변조기의 각 위상변조기는 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 분할 광신호 중 대응하는 분할 광신호의 위상을 수정하도록 작동하는 복수의 위상변조기; 상기 복수의 위상변조기의 광출력에 배열된 도파관으로서, 상기 도파관은 상기 복수의 위상변조기로부터 출력된 상기 분할 광신호를 패턴이 되도록 공간적으로 재배열하게 구성되어 광신호 패턴을 생성하는 도파관; 및 상기 도파관의 광출력에 배열된 광증폭기로서, 상기 광증폭기는 상기 도파관에 의해 생성된 상기 광신호 패턴을 증폭하도록 구성된 광증폭기를 포함한다.

Description

재료 가공을 위한 위상배열 빔 조향
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 2월 21일자로 제출된 미국 가출원 제62/808,742호 및 2019년 3월 25일자로 제출된 미국 가출원 제62/823,454호의 이익을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 참조에 의해 본원에 포함된다.
여기 기술된 실시형태들은, 일반적으로, 레이저 에너지의 위상배열 빔 조향을 위한 시스템 및 기술에 관련된다.
레이저-미세가공 분야에서의 많은 처리는 이웃 펄스로부터 (작업편에서) 공간적으로 완전히 분리된 펄스를 요구한다. 만약 이러한 펄스가 공간적으로 중첩하면, 초고속 레이저 또는 펄스-플룸 상호작용에 의한 '무열 제거(athermal ablation)'의 유익한 효과를 상쇄하는, 국부 열 축적과 같은 다양한 부정적인 효과가 발생할 수 있다. 근래의 최첨단 레이저는 고반복률(다시 말해, 1MHz - 100MHz 그리고 그 이상)로 고출력 펄스를 제공한다. 따라서 이러한 레이저를 효율적으로 활용하기 위하여, 적합히 높은 포지셔닝 대역폭을 가지는 빔 조향 시스템을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 음향광학 편향기(Acousto-Optic Deflector, AOD)는 갈보(galvo)에 비해 3자릿수에 가까울 정도로(즉, AOD에 대해 ~ 1MHz 대 갈보에 대해 ~ 2.5 kHz) 더 큰 포지셔닝 대역폭을 제공한다. 폴리곤 미러로 가능해진 고속 빔 조향은 완전한 스팟 분리와 함께 >> 1MHz 스케일링(scaling)의 레이저 반복률을 가능하게 하는 하나의 해결방안으로 많은 관심을 받고 있지만, 그 채택은 "높은 필팩터(fill factor)" 문제의 부분집합으로 제한된다. 더 작고 더 높은 정확도를 요구하는 피쳐의 형성을 가능하게 하는 레이저-기반 재료 가공의 발전의 진행이 지속됨에 따라, AOD 및 폴리곤 미러가 제공할 수 있는 대역폭을 초과하는 포지셔닝 대역폭에서 고반복률 레이저 펄스를 지향시킬 수 있는 빔 조향 시스템이 결국 필요하다.
본 발명의 하나의 실시형태는 다음을 포함하는 시스템으로 광범위하게 특징지어질 수 있다: 입력된 제1 광신호를 복수의 분할 제1 광신호로 분할하도록 배열되고 구성되는 멀티채널 빔 스플리터; 복수의 위상변조기로서, 상기 복수의 위상변조기의 각 위상변조기는 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 분할 제1 광신호 중 대응하는 분할 제1 광신호의 위상을 수정하도록 작동하는, 상기 복수의 위상변조기; 상기 복수의 위상변조기의 광출력에 배열된 도파관으로서, 상기 도파관은 상기 복수의 위상변조기로부터 출력된 상기 분할 제1 광신호를 패턴이 되도록 공간적으로 재배열하게 구성되어 제1 광신호 패턴을 생성하는, 상기 도파관; 및 상기 도파관의 광출력에 배열된 광증폭기(optical amplifier)로서, 상기 광증폭기는 상기 도파관에 의해 생성된 상기 제1 광신호 패턴을 증폭하도록 구성되는, 상기 광증폭기.
본 발명의 또 다른 실시형태는 다음을 포함하는 시스템으로 광범위하게 특징지어질 수 있다: 제1 파장을 가지는 레이저 빔을 편향시키도록 작동하는 빔 포지셔닝 시스템; 상기 빔 포지셔닝 시스템에 의한 편향 후에 상기 레이저 빔이 전파될 수 있는 빔 경로 내에 배치되는 렌즈; 및 상기 레이저 빔이 렌즈를 통과하여 전송된 후 전파될 수 있는 빔 경로 내에 배치되는 고조파 변환 모듈(harmonic conversion module)로서, 상기 고조파 변환 모듈은 상기 레이저 빔의 상기 제1 파장을 제2 파장으로 변환하도록 작동하는, 상기 고조파 변환 모듈.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 위상배열 빔 조향 시스템을 개략적으로 나타낸다. 도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 따라, 도 1에 나타낸 위상배열 빔 조향 시스템의 광집적회로(photonic integrated circuit)를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 위상배열 빔 조향 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 도 3에 나타낸 위상배열 빔 조향 시스템의 광집적회로를 개략적으로 도시한다.
도 5 및 도 6은 레이저 에너지의 조향 후 파장 변환을 구현하는 서로 다른 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
여기서 예시적인 실시형태가 첨부 도면을 참조하여 설명된다. 다른 명시적인 언급이 없으면, 도면에서 구성요소, 특징적 부분, 요소 등의 사이즈, 위치 등 및 그들 사이의 거리는 반드시 축척에 따를 필요는 없으며, 명료성을 위해 과장되어 있을 수 있다. 도면 중에서, 유사한 참조번호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타낸다. 따라서, 동일하거나 유사한 참조번호는, 대응하는 도면에 언급되어 있지 않고 또한 설명되어 있지 않더라도 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 번호로 나타나 있지 않은 요소도 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다.
여기서 사용되는 용어는, 특정한 예시적인 실시형태만을 설명하기 위한 것이며 한정적인 의도는 없다. 달리 정의되지 않는다면, (기술적 및 과학적 용어를 포함하여) 여기서 사용되는 모든 용어는 통상적으로 당업자가 이해하는 바와 같은 동일한 의미를 갖는다. 여기서 사용되는 바와 같이, 단수 표현은, 문맥이 명확히 다르게 언급하지 않는다면, 복수형도 포함하도록 되어 있다. "포함한다" 및/또는 "포함하는" 이라는 용어는, 본 명세서에 사용될 때, 진술된 특징적 부분, 완전체, 단계, 작용, 요소 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징적 부분, 완전체, 단계, 작용, 요소, 구성요소 및/또는 그의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않음을 알아야 한다. 다르게 특정되지 않으면, 어떤 범위의 값은, 언급될 때, 그 범위의 상한과 하한 둘 모두 및 그 사이에 있는 임의의 부분 범위를 포함한다. 다른 말이 없다면, "제1", "제2" 등의 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용될 뿐이다. 예컨대, 한 노드를 "제1 노드"라고 할 수 있고, 유사하게, 다른 노드를 "제2 노드" 라고 할 수 있으며, 그 반대로도 할 수 있다.
다른 말이 없다면, "약", "그 근방", "대략" 등의 용어는, 양, 사이즈, 제형(formulation), 파라미터, 및 다른 양과 특징이, 정확하지 않고 또한 그럴 필요가 없지만, 요구에 따라 대략적이며 그리고/또는 더 크거나 더 작을 수 있어, 허용 공차, 전환 계수, 반올림, 측정 오차 등 및 당업자에게 알려져 있는 다른 인자를 반영할 수 있다. "아래쪽", "아래", "하측", "위쪽" 및 "상측" 등과 같은 공간적인 상대 용어는, 여기서, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 한 요소 또는 특징적 부분의 다른 요소 또는 특징적 부분에 대한 관계를 나타내는 설명의 용이를 위해 사용될 수 있다. 공간적인 상대 용어는 도면에 나타나 있는 배향에 추가로 상이한 배향을 포함하도록 되어 있음을 알아야 한다. 예컨대, 도면에 있는 한 대상이 뒤집어 진다면, 다른 요소 또는 특징적 부분의 "아래쪽" 또는 "아래"에 있는 것으로 설명되는 요소는 다른 요소 또는 특징적 부분의 "위쪽"에 배향될 것이다. 따라서, "아래쪽" 이라는 예시적인 용어는 위쪽 및 아래쪽의 배향 둘 다를 포함할 수 있다. 어떤 대상은 다르게 배향될 수 있고(예컨대, 90도 회전되거나 다른 배향으로 있을 수 있음), 여기서 사용되는 공간적인 상대 설명어는 그에 따라 해석될 수 있다.
여기서 사용되는 단락의 제목은 단지 조직화를 위한 것이며, 명확한 다른 언급이 없으면, 설명되는 주제를 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 본 개시의 사상과 교시로부터 벗어나지 않으면서 많은 상이한 형태, 실시형태 및 조합이 가능함을 알 것이며, 그래서 본 개시는 여기에 제시된 예시적인 실시형태에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 이들 예시 및 실시형태가 제공되어 본 개시가 철저하고 완전하게 되고 본 개시의 범위를 당업자에게 전달하도록 한다.
PIC-기반 위상배열 빔 조향에 관한 일반적인 실시형태들
도 1에 따르면, 위상배열 빔 조향 시스템(100)은 광집적회로(PIC)(102), 광증폭기(104), 피드백 시스템(106), 및 제어 전자기기(108)를 포함한다.
도시된 실시형태에서, PIC(102)는 시드 레이저 (110)의 출력에 광 커플링 될 수 있다. 다른 실시형태에서, 시드 레이저(110)는 PIC(102)의 일부로서 통합될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 시드 레이저(110)는 0.9 μm 보다 큰 파장(예를 들어, 1μm 또는 그 근방, 1.03μm 또는 그 근방, 1.06μm 또는 그 근방, 1.1μm 또는 그 근방, 또는 1.1μm보다 큰 임의의 파장)을 갖는 주파수 안정화 레이저(frequency stabilized laser) 다이오드이다. 근적외선 범위의 다른 파장이 시드 레이저(110)에 의해 출력될 수 있음을 알 수 있다.
시드 레이저(110)는 5kHz 이상 50GHz 이하의 범위 내의 펄스 반복률로 레이저 펄스를 출력할 수 있다. 하지만, 펄스 반복률은 5kHz 보다 작거나 50GHz보다 클 수도 있다. 따라서, 레이저 펄스는 시드 레이저(110)에 의해 5 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 175 kHz, 225 kHz, 250 kHz, 275 kHz, 500 kHz, 800 kHz, 900 kHz, 1 MHz, 1.5 MHz, 1.8 MHz, 1.9 MHz, 2 MHz, 2.5 MHz, 3 MHz, 4 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 20 MHz, 50 MHz, 60 MHz, 100 MHz, 150 MHz, 200 MHz, 250 MHz, 300 MHz, 350 MHz, 500 MHz, 550 MHz, 600 MHz, 900 MHz, 2 GHz, 10 GHz, 20 GHz, 50 GHz, 75 GHz 등보다 작거나, 크거나, 같거나, 이들 사이의 임의의 값에 해당하는 반복률로 출력될 수 있다. 시드 레이저(110)는 20 fs부터 900 ms까지 범위 내의 펄스 폭 또는 펄스 기간(다시 말해, 시간 대비 펄스의 광 출력의 반치폭(Full-Width at Half-Maximum, FWHM)에 기초함)을 갖는 레이저 펄스를 출력할 수 있다. 하지만, 펄스 기간은 20 fs보다 작거나 900 ms보다 크도록 만들어질 수 있다. 따라서, 시드 레이저(110)에 의해 출력되는 적어도 하나의 레이저 펄스는 10 fs, 15 fs, 30 fs, 50 fs, 100 fs, 150 fs, 200 fs, 300 fs, 500 fs, 600 fs, 750 fs, 800 fs, 850 fs, 900 fs, 950 fs, 1 ps, 2 ps, 3 ps, 4 ps, 5 ps, 7 ps, 10 ps, 15 ps, 25 ps, 50 ps, 75 ps, 100 ps, 200 ps, 500 ps, 1 ns, 1.5 ns, 2 ns, 5 ns, 10 ns, 20 ns, 50 ns, 100 ns, 200 ns, 400 ns, 800 ns, 1000 ns, 2 μs, 5 μs, 10 μs, 15 μs, 20 μs, 25 μs, 30 μs, 40 μs, 50 μs, 100 μs, 300 μs, 500 μs, 900 μs, 1 ms, 2 ms, 5 ms, 10 ms, 20 ms, 50 ms, 100 ms, 300 ms, 500 ms, 900 ms, 1 s 등보다 작거나, 크거나, 같거나, 이들 사이의 임의의 값에 해당하는 펄스 기간을 가질 수 있다. 대안적으로, 시드 레이저(110)는 레이저 에너지의 연속파(Continuous Wave, CW) 또는 준-연속파(quasi-CW)를 출력할 수 있다.
도 2에 따르면, PIC(102)는 진폭 변조기(amplitude modulator)(200), 멀티 채널 빔 스플리터(202), 위상변조기 배열(204), 및 3D 도파관(206)을 포함한다. 즉, 진폭 변조기(200), 멀티 채널 빔 스플리터(202), 위상변조기 배열(204), 및 3D 도파관(206)이 공통 광집적회로(102)에 통합된다. 다른 실시형태에서, 그러나, 이들 구성요소 중 둘 또는 셋만이 공통 광집적회로(102)로 통합되고, 남은 구성요소(들)은 별개로 형성되고 광집적회로(102)의 광입력 또는 출력 중 어느 하나에 광 커플링 된다. 예를 들어, 위상변조기 배열(204)과 하나 또는 양 멀티 채널 빔 스플리터(202) 그리고 3D 도파관(206)만이 공통 광집적회로(102)로 통합될 수 있다.
도 2에 나타낸 실시형태에 따르면, 제어 전자기기(108)에 의해 출력된 하나 이상의 제어 신호에 응답하여, (여기서 "시드 신호"로 불리는) 시드 레이저(110)의 출력은 (예를 들어, 마하-젠더(Mach-Zehnder) 변조기로 제공되는) 진폭 변조기(200)를 통하여 진폭-변조된다. 진폭 변조는, 선택적으로, 광증폭기 이후의 포인팅/위치 종속 출력 진폭을 평탄화하기 위해 수행될 수 있고(예를 들어, 미국 특허 제9,776,277호의 도 9 참조), 프로세스 또는 시스템에 필요한 임의의 진폭 변조를 제공한다. 이어서, 시드 신호는 시드 신호를 복수의 채널로 분할하여 복수의 "분할 시드 신호"를 생성하도록 구성되는 멀티채널 빔 스플리터(202)를 통과하여 진행한다. 일 실시형태에서, 멀티채널 빔 스플리터(202)는 원하는 수의 채널에 도달하기에 충분한 임의의 수의 1x2 광학 빔 스플리터로 구성된다(예를 들어, 직사각형 16x16 배열을 위한 256 채널 시스템은 총 255개의 1x2 스플리터 구성요소를 갖는 8개의 스플리팅 캐스캐이드를 요구할 것이다). 다른 실시형태에서, 멀티채널 빔 스플리터(202)는 스타 스플리터 또는 다중의, 캐스캐이딩, 스타 스플리터로서 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 원하는 수의 채널은 32, 50, 64, 90, 100, 128, 150, 200, 256, 300, 350, 512, 800, 1024, 1500, 2000, 2500 등, 또는 이들 사이의 임의의 값이 될 수 있다.
스플릿 시드 신호는 이어서 위상변조기 배열(204)로 유도된다. 이 경우, 위상변조기 배열(204)은 복수의 위상변조기를 포함하고, 각 위상변조기는 멀티채널 빔 스플리터(202)에 의해 생성된 스플릿 시드 신호 중 하나를 수신하도록 배열된다(예를 들어, 하나의 스플릿 시드 신호 당 하나의 위상변조기). 게다가, 각 위상변조기는 제어 전자기기(108)로부터 출력된 하나 이상의 제어 신호에 기초하여 각 스플릿 시드 신호의 위상을 유지 또는 수정하도록 작동한다. 위상변조기 배열(204) 내의 위상변조기는 임의의 적합하거나 원하는 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 각 위상변조기는 마하-젠더 변조기(MZM)로서 제공될 수 있다. (예를 들어 MZM으로서) 적절하게 제공되었을 때, 각 위상변조기는 (예를 들어, 제어 전자기기(108)에 의해 출력된 하나 이상의 제어 신호에 기초하여) 입력되는 각 스플릿 시드 신호의 진폭을 유지 또는 수정하도록 작동될 수 있다.
다음으로, 위상변조된 신호는 3D 도파관(206)을 통하여 밀하게 패킹된 패턴(예를 들어, 육각형 또는 직사각형 등)으로 재배열된다. 따라서, 위상변조기 배열(204) 내 각 위상변조기의 출력은 3D 도파관(206)의 광입력에 광 커플링 되고(optically coupled) 광출력은 복수의 개별 광 방사체의 "타일형(tiled)"배열을 제공하는 것으로 특징지어질 수 있다. 3D 도파관(206)은, 도시된 바와 같이, PIC의 일부가 될 수 있고 또는 PIC로부터 분리된 구성요소일 수 있다. 이들 속성의 일부를 갖는 PIC(102)가, Poulton, Christopher V., et al. :Large-scale visible and infrared optical phased arrays in silicon nitride," Conference on Lasers and Electro-Optics(CLEO), IEEE, 2017에서 10 스플리팅 캐스캐이드 깊이의 1024 채널 칩을 이어지는 안테나 배열과 성공적으로 통합하는 것을 보여주는 것으로 입증되고 보고되었다. 하지만, 그 논문에서 활용된 빔 조향 메커니즘은 위상변조기보다는 파장 스위핑에 기초한다.
500개 또는 그 이상의 위상변조기의 통합된 배열을 갖는 신뢰도 높은 PIC(102)가 자동차 LIDAR 적용을 위해 현재 개발되고 있다. 하지만, 이러한 배열의 통상적인 파장은 눈에 안전한 1.5 μm 밴드이다. 그렇지만 그러한 PIC는, PIC가 형성되는 구성요소의 재질을 적절히 변경함으로써 0.9 μm(또는 그 근방)부터 1.1 μm(또는 그 근방)까지의 범위 내의 파장에서 작동하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제8,213,751호 및 제9,612,398호, 미국 특허 출원공개 제20180180811호, Munoz, Pascual, et al. "Silicon Nitride Photonic Integration Platforms for Visible, Near-Infrared and Mid-Infrared Applications," Sensors, 17, 2088 (2017) and Rahim, Abdul et al., "Expanding the Silicon Photonics Portfolio with Silicon Nitride Photonic Integrated Circuits," Journal of Lightwave Technology, Vol. 35, No. 4, Feb. 15, 2017을 참조하며, 이들 모두는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다. 일 실시형태에서, PIC(102)에 통합된 위상변조기는 1MHz보다 큰(예를 들어, 1GHz 등보다 큰) 높은 대역폭을 가진다.
일 실시형태에서, 광증폭기(104)는 하나의 멀티모드 섬유 게인 모듈(또는 예를 들어 더 높은 평균 및 피크 파워를 달성하기 위하여 직렬로 연결된 다수의 멀티모드 섬유 게인 모듈), 하나 이상의 멀티코어 섬유 증폭기, 또는 그와 유사한 것 또는 그들의 임의의 조합을 포함한다. 광증폭기(104)가 멀티모드 섬유 게인 모듈을 포함할 때, 멀티모드 섬유 게인 모듈은 섬유 게인 모듈의 지원 가이드 모드의 수와 3D 도파관(206)의 광출력에서 생성된 패턴 내의 채널 수가 대략 일치되도록 선택된다. 이를 통해, 멀티모드 섬유 게인 모듈의 출력 모드가 효율적으로 제어될 수 있다. 광증폭기(104)가 멀티코어 섬유 증폭기를 포함할 때, 멀티코어 섬유 증폭기는 멀티코어 섬유 증폭기 내의 코어의 수 및 배열이 3D 도파관(206)의 광출력에서 생성된 패턴 내의 채널의 수 및 배열과 대략 일치하도록 선택된다. PIC(102)로부터의 빛은 직접 커플링되거나 그렇지 않으면 광증폭기(104)로 이미지화된다. Florentin, Raphael, et al. "Shaping the light amplified in a multimode fiber." Light: Science & Applications 6.2 (2017): e16208 에서 보여지듯이, 모달(modal) 제어는 패시브(passive) 섬유뿐만 아니라, 멀티모드 게인 섬유에서도 가능하다. 일 실시형태에서, 그리고 Florentin 등의 논문과 다르게, 멀티모드 섬유의 출력 모드는 대부분의 멀티모드 섬유 코어를 채우는 슈퍼모드이고, 그것의 공간적 위상은 시준 렌즈(collimating lens)(다시 말해, 도 1에 나타난 렌즈(112)) 이후 푸리에 평면에서 조향/정형을 위해 변조될 수 있다. 출력 광증폭기는 렌즈(112)에 의해 시준되고, 작은 부분이 (예를 들어, 빔 스플리터(114) 및 이어지는 렌즈(116)을 통하여) 광검출기(118)(예를 들어, 고속의 광다이오드)로 지향된다. 광증폭기(104)로부터 증폭된 출력(다시 말해, 광검출기(118)로 지향되지 않은 빔의 일부)의 주 파워는 여기서 앞에 언급한 바와 같이 "프로세스 빔"이라 일컫는다.
광검출기(118)에 의해 출력된 신호(다시 말해, 렌즈(116)로부터 전송된 검출 광에 대한 응답)는 위상변조기 배열(204)로 궁극적으로 보내지는 제어 신호를 도출하기 위해 (대안적인 방법이 또한 구현될 수 있지만) LOCSET 방법을 통해 (예를 들어, 제어 전자기기(108)에 의해) 분석될 수 있다. 일반적으로 제어 신호는, 위상변조기 배열(204)에 의해 작동될 때, (예를 들어, 원하는 위상 드리프트, 프로세싱 시스템 형상 및 위치 요구조건과 관련된 하나 이상의 기결정된 요구조건에 기초하여) 광증폭기(104)의 출력에서 원하는 모달 형상, 지향 그리고 위치를 획득하기 위해 광증폭기(104)로부터 출력되는 광신호의 위상을 안정화하도록 적응된다. 일 실시형태에서, LOCSET 방법을 통해 제어될 수 있는 가능한 채널의 수는 최대 1000 또는 (예를 들어, 1000보다 약간 적거나 더 많은) 그 근처이다.
광증폭기(104)의 주 파워 출력(다시 말해, 앞서 언급한 "프로세스 빔")은, 선택적으로, 당업계에 알려진 임의의 방식으로 빔 포지셔닝 시스템(도시하지 않음)으로 중계될 수 있다. 선택적으로, 프로세스 빔은 고조파 변환 모듈(120)로 지향될 수 있고 이어서 고조파 변환 모듈(120)의 광출력은 당업계에 알려진 임의의 방식으로 빔 포지셔닝 시스템(도시하지 않음)으로 중계될 수 있다. 프로세스 빔은 일반적으로 당업계에 알려진 임의의 방식으로 작업편(도시하지 않음)의 가공(예를 들어, 균열, 손상, 용융, 증발, 삭마, 거품, 표시 등)을 위해 빔 포지셔닝 시스템으로부터 지향될 수 있다.
일 실시형태에서, 제어 전자기기(108)는 위상변조기 배열(204) 내 복수의 위상변조기로 제어 신호를 출력하도록 작동하여, 임의의 적절한 또는 원하는 방식으로, 위상배열 빔 조향 시스템(100)에 의해 궁극적으로 출력되는 프로세스 빔의 (예를 들어, 하나 이상의 축을 따라, 임의의 원하는 방향으로의) 빔 조향을 이루고, 이로써 프로세스 빔 또는 그들의 임의의 조합의 빔 정형(beam shaping)을 이룬다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "빔 정형"은 위상배열 빔 조향 시스템(100)에 의해 생성된 프로세스 빔의 사이즈 또는 형상을 변경하는 행동을 뜻한다. 프로세스 빔의 형상은, 프로세스 빔의 빔 축에 직교하는 평면에서 측정된 프로세스 빔의 광 세기(optical intensity)의 공간적 분포 또는 프로파일을 말한다. 따라서, 프로세스 빔은 단일 "빔" 또는 다중의, 공간적으로 분리된 "빔렛(beamlets)"으로 구성될 수 있다. 본원에서 사용되었을 때 "빔" 또는 "빔렛"의 사이즈는, 빔 축에서부터, 광 세기가 빔 또는 빔렛의 전파 축(propagation axis)에서의 광 세기의 적어도
Figure pct00001
로 떨어지는 곳까지, 방사형 또는 횡방향 거리를 따라 측정되는 빔 또는 빔렛의 최대 또는 평균 폭을 뜻한다. 3D 도파관에 의해 달성될 수 잇는 패턴의 해상도 내에서, 위상배열 빔 조향 시스템은 그러므로 임의의 형상(예를 들어, 플랫탑(flat top), 가우시안(Gaussian), 허밋-가우시안(Hermite-Gaussian), 라게르-가우시안(Laguerre-Gaussian), 베셀(Bessel), 준-베셀(quasi-Bessel), 원고리형(circular-annular), 사각고리형(square-annular), 또는 그와 유사한, 또는 이와 다르게, 또는 이들의 임의의 조합)을 갖는 빔(또는 빔렛)의 생성을 가능하게 한다. 이해되는 바와 같이, 프로세스 빔은 조향되는 동안 임의의 형상 또는 사이즈를 가지도록 형성될 수 있으며, 위상배열 빔 조향 시스템(100)은 프로세스 빔이 조향되는 동안 프로세스 빔의 모양 그리고/또는 사이즈를 변경 또는 유지하도록 작동될 수 있다.
고조파 변환 모듈(120)은 당업계에 알려진 바와 같이, 제2 고조파발생(Second Harmonic Generation, SHG) 매체, 제3 고조파발생(Third Harmonic Generation, THG) 매체, 또는 이와 비슷한 또는 그들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 고조파 변환 모듈(120)에 의해 출력되는 광의 파장은 고조파 변환 모듈이 형성된 매체(예를 들어, SHG 매체, THG 매체 등) 및 (예를 들어, 멀티모드 섬유 게인 모듈에 의한 출력과 같은) 고조파 변환 모듈로 입력된 빛의 파장에 의존할 것임을 알 수 있다. 따라서, 만약 고조파 변환 모듈(120)로 입력된 빛의 파장이 (예를 들어, 위에서 언급한 바와 같이) 근적외선 범위 내에 있다면, 고조파 변환 모듈(120)로부터 출력된 빛의 파장은 전자기 스펙트럼의 녹색 가시광 범위 내 또는 전자기 스펙트럼의 자외선 범위 내에 있도록 일반적으로 특징지어질 것이다.
일반적으로, 빔 포지셔닝 시스템은, AOD, 전자광학 편향기(Electro-Optic Deflector), 갈바노미터 미러 스캐너, 회전 폴리곤 스캐너, 또는 그와 비슷한 또는 그들의 임의의 조합과 같은, 고대역폭(다시 말해, 1kHz 보다 큰 대역폭을 가지는) 빔 포지셔닝 시스템으로 제공될 수 있다.
추가 실시형태
위에서 논의한 바와 같이 본 발명의 실시형태들은, 광증폭기의 출력을, GHz 대역까지 프로세스 빔을 조향 또는 정형하는 능력과 (결맞음되도록(coherently) 또는 이와 다르게) 조합하도록 적응될 수 있다. 따라서, 전통적인 결맞음(coherent)(다시 말해, 빔들이 회절 광학장치, 얇은 필름 편광판의 트리를 통과하여 공간적으로 겹치는) 빔 조합과 다르게, 본원에서 논의된 실시형태들은 개별 방사체의 출력을 '타일(tile)'하도록 적응될 수 있지만, 여전히 개별 광신호 사이의 안정적이고 제어 가능한 위상 관계를 정립한다.
일부 실시형태에서, 위에서 도 1에 관하여 논의된 광증폭기(104)는 매우 넓은 범위의 펄스 폭과 반복률을 가지는 펄스 모드(pulsed mode)에서 작동될 수 있다. 따라서, 시드 레이저(110)는 넓은 범위의 펄스 폭(예를 들어, 십여 나노초 부터 수 피코초 까지)와 반복률(예를 들어, 100kHz 부터 50GHz 까지)을 가지는 복수의 광 펄스로 이루어지는 시드 신호를 생성하도록 작동될 수 있다. 위에서 언급했듯이, 위상변조 배열(204)에서 출력되는 신호의 위상은, 심지어 '타일형' 출력 배열 내에서의 많은 수의 채널의 결맞음 조합에 잘 들어맞는 LOCSET 방법을 통하여 제어된다.
하지만 불행히도, LOCSET 방법은 입력으로서의 광 펄스와 쉽게 호환되지 않는다. 따라서, 일 실시형태에서, 도 1에 나타낸 실시형태와 다르게, 프로세스 빔이 일련의 펄스로 나타날 때, 프로세스 빔은 위상고정(phase-locking)에 사용되지 않는다. 대신, 위상배열 빔 조향 시스템(100)은 (본원에서 "주 빔"으로도 일컬어지는) 시드 레이저(110)에 의해 생성된 시드 시그널 이외에, (본원에서 "기준 빔" 또는 "프로브 빔"으로도 일컬어지는) 제2 레이저 빔에 대해 작동되도록 수정될 수 있다. 기준 빔은 광증폭기(104)에 의해 조금만 증폭되거나, 또는 전혀 증폭되지 않는 파장을 갖는다. 따라서 기준 빔은, 그것, 그 자체가 눈에 띄게 진폭 변조되지 않으면서 광 펄스 사이 및 도중 모두에서 각 채널의 위상 드리프트를 추적하도록 사용될 수 있고, 따라서LOCSET 회로가 분석할 안정한 신호를 제공한다. 적합한 수정된 위상배열 빔 조향 시스템의 한 예는 도 3과 관련하여 논의되고, 일반적으로 참조번호 300으로 도시된다.
도 3을 참조하면, (예를 들어, 원하는 펄스 폭과 원하는 펄스 반복률을 갖는 일련의 레이저 펄스로 나타나는 주 빔을 생성하는) 시드 레이저(110) 및 (예를 들어, 앞서 언급한 기준 빔을 생성하는) 기준 레이저(302)는 공통 광집적회로 (PIC)(304)에 커플링 된다. 일반적으로, 광집적회로(PIC)(304)는 도 1 및 2와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 제공될 수 있으나, 도 4와 관련하여 더 상세히 논의된 바와 같이 수정될 수 있다.
이어서 PIC(304)의 광 출력은 광증폭기(104)에 의해 증폭된다. 광증폭기(104)에 의해 출력된 광학 빔은 주 빔과 기준 빔으로 이루어진다. 하지만, 기준 빔은 (예를 들어, 단순 다이크로익(dichroic) 미러(306)에 의해) 주 빔으로부터 분리되고 LOCSET 시스템의 앞서 언급한 광검출기(118)로 지향된다. 광증폭기(104)에 의해 증폭되었던 주 빔은 거울(306)을 통과하여 전송되고 따라서 광검출기(118)에 도달하지 않을 뿐만 아니라, 광검출기(118)를 교란(예를 들어, 포화)시키지도 않는다.
도 4를 참조하면, PIC(304)는 주 빔의 파장과 상이한 기준 빔의 파장은 물론 (본원에서 또한 "주 파장"으로 일컫는) 주 빔의 파장(예를 들어, 1030nm +/- 5nm)에서도 작동하도록 구성된다. 일반적으로, 기준 빔은 상대적으로 좁은 선폭(linewidth)과 긴 결맞음 길이(coherence length)를 갖도록 특징지어질 수 있다. 일부 실시형태에서, (본원에서 또한 "기준 파장"으로 일컫는) 기준 빔의 파장은 1070 nm(또는 그 근방)부터 1150 nm(또는 그 근방)(예를 들어, 1100 nm)까지의 범위에 있다. PIC(304)의 빔 스플리터는 이중-파장 빔 스플리터로서 제공되며, 주 파장의 주 빔을 균등하게 분할할 뿐만 아니라, 동시에 기준 파장을 갖는 기준 빔을 분할하도록 설계되어야 한다. 상응하여, 모든 후속 구성요소, 위상변조 배열(204)과 임의의 후속 빔 가이딩 및 정형 광학장치(예를 들어, 3D 도파관(206))는 주 빔 및 기준 빔 모두의 파장과 호환되어야 한다.
주 파장과 기준 파장에서 레이저 에너지의 빔을 수용하기 위해 위에서 논의한 수정사항들은 가이드 모드가 안정적이고 단일 모드에 가까운 상당히 좁은 파장 범위(1100 nm은 그 범위의 밖에 있음)만을 갖는 대형모드 광결정 섬유의 사용을 배제한다. 하지만, 많은 수의 모드의 결맞음 추가로 인하여 - 분리 코어 또는 멀티모드 섬유 중 하나에서 (또는 솔리드 스테이트 증폭기에서) - 더 작은 모드 필드 직경의 사용은 문제되지 않는다.
위에서 논의된 수정사항들로부터 발생하는 다른 논점은, 기준 파장에서 서로 다른 채널간 위상차를 0으로 내리도록 구동하는 것은 주 파장에 대하여 서로 다른 채널간 위상차를 동시에 0으로 내리도록 구동할 수 있음을 의미하지는 않는다는 것이다. 따라서, 추가적인 위상 교정이 더 필요하다. 이는 도 3에 나타나는데, 추가적인 빔 픽오프(308)가 증폭된 주 빔의 샘플을 수집하고 주 빔은 이어서 그 뒤의 광검출기(314)(예를 들어, 광다이오드)가 있는 애퍼쳐(312)로 (예를 들어, 렌즈(310)를 통해) 포커싱 된다. 고전적인(느린) SPGD 알고리즘은 주 파장에서 교정 중에 한번 위상 관계를 계산하는데 사용될 수 있고, LOCSET 전자기기는 기준 파장에서 대응되는 위상 관계를 검출하고 교정 단계 중 임의의 위상 드리프트를 안정화할 수 있어서, 매우 많은 수의 채널이더라도 최적화될 수 있다. 그 결과, 개별 채널의 차분 경로 길이 드리프트(differential path length drift)가 수 마이크론으로 축적되더라도, 모든 '위상 랩(phase wrap)'(다시 말해, 기준 파장에 대응하는 2 pi보다 큰 위상 드리프트)이 카운팅되고 주 파장에서의 전체 위상 관계가 제어될 수 있도록 추적될 수 있다. 예를 들어, 20 μm의 차분 드리프트는 1100 nm에서 18'랩(wrap)'과 0.36 pi 위상 드리프트(18x2 pi + 0.36 pi = 36.36 pi = 2 pi * 20 μm/1100 nm)로 측정되었을 것이나, 용이하게 1030 nm에서 19 '랩'과 0.83 pi 위상 드리프트로 변환(translated)될 수 있다. 따라서, 제어 전자기기(108)는 2개의 채널을 그들의 공칭 위상 관계로 되돌리기 위해 대응하는 위상변조기로 1030 nm에서 0.83 pi 위상 시프트를 보상할 수 있다.
도 3 및 도 4와 관련하여 논의된 실시형태의 장점은 위상 고정 전자기기가 주 빔의 반복률 및 펄스 폭으로부터 디커플링 된다는 점이며, 이는 사용되는 시드 레이저 또는 시드 레이저가 작동되는 가변 방식에 따라 달라질 수 있다. 도 1 및 도 2와 관련하여 위에서 논의한 실시형태들에 있어서, 도 3에 나타낸 빔 픽오프(308)에 의해 전송된 프로세스 빔은 당업계에서 알려진 임의의 방식에 따라, 또는 그와 유사한, 또는 그들의 임의의 조합으로, 선택적으로 고조파 변환 모듈(120)로 지향될 수 있고, 빔 포지셔닝 시스템(도시되지 않음)으로 중계될 수 있다.
고조파 변환에 관한 추가적인 실시 형태
위에서 논의한 바와 같이, 도 1 및 도 3에서 도시된 실시형태와 관련하여 기술된 앞서 언급한 시준 렌즈(112)는, 프로세스 빔이 시준된(또는 적어도 실질적으로 시준된) 광선임을 보장하도록 구성된다. 따라서, 프로세스 빔의 모든 광선은 효율적인 고조파 발생을 위한 필요 경계 조건에 들어맞도록 프로세스 빔이 조향된(다시 말해, 위에서 논의한 위상배열 조향 기술에 의해) 각도에 독립적으로 고조파 생성 모듈(120)에 평행(또는 적어도 실질적으로 평행)할 수 있다.
도 1 및 도 3은 (위상배열 빔 조향 시스템에 의해 출력된) 프로세스 빔이 전파 가능한 빔 경로에 렌즈가 배열되지 않은 시스템을 도시하는데, 하나 혹은 그 이상의 렌즈, 거울, 또는 이와 유사한 것 또는 이들의 임의의 조합이, 궁극적으로 고조파 변환 모듈로 전파되는 프로세스 빔의 사이즈(예를 들면, 폭 또는 직경)를 줄이기 위해 제공될 수 있다.
어떤 경우에, AOD 또는 EOD와 같은 빔 포지셔닝 시스템은 특정한 파장 범위 내의(예를 들어, 전자기 스펙트럼의 적외선 범위 내의) 빛으로 적절히 작동할 수 있는데, 다른 파장 범위 내의(예를 들어, 전자기파 스펙트럼의 가시광 또는 자외선 범위 내의) 빛과는 그럴 필요는 없다. 따라서, 고조파 생성 모듈(120)은, 필요한 경우, (예를 들어, 프로세스 빔의 파장을 다른 파장으로 변환하기 위하여) 위상배열 빔 조향 시스템(100 또는 300)과 빔 포지셔닝 시스템 사이에 배치될 수 있다. 도 5에 나타낸 실시형태에서, 렌즈(예를 들어, 릴레이 렌즈(500))는, 선택적으로, 렌즈(112)에 의해 야기된 프로세스 변환의 횡방향 변위의 정도를 줄이기 위하여 고조파 변환 모듈과 빔 포지셔닝 시스템(502)(예를 들어, AOD, 전자광학 편향기(EOD), 갈바노미터 미러 스캐너, 회전 폴리곤 스캐너, 또는 이와 유사한 것 또는 이들의 임의의 조합) 사이에 배치될 수 있다.
고조파 변환 모듈(120)의 사용이 위상배열 빔 조향 시스템(100 및 300)의 다양한 실시형태와 관련하여 논의되었지만, 고조파 변환 모듈(120)은 임의의 빔 포지셔닝 시스템(502)(예컨대, AOD, EOD, 갈바노미터 미러 스캐너, 회전 폴리곤 스캐너 등)에 의해 출력된 프로세스 빔의 파장을 변환하도록 사용될 수 있음을 이해할 수 있다. 이 경우, 도 6에 예시된 것과 같이, 렌즈(예를 들어, (600))는 빔 포지셔닝 시스템(502)과 고조파 변환 모듈(120) 사이에 배치될 수 있다. 도 6에 나타낸 실시형태에서, 빔 포지셔닝 시스템(502)의 광 출력은 렌즈(600)의 초점 또는 그 근처에 위치되고, 이는 고조파 변환 모듈(120)의 광 입력이 된다.
고조파 변환 모듈(120)을 위상배열 빔 조향 시스템(100 또는 300) 또는 임의의 다른 빔 포지셔닝 시스템(예컨대, AOD, EOD, 갈바노미터 미러 스캐너, 회전 폴리곤 스캐너 등)의 "광학적 하류(optically downstream)"에 위치시킴에 의하여, 그러한 빔 포지셔닝 시스템의 사용과 관련된 이익은 다양한 파장에 대해 실현될 수 있다.
예를 들어, 전단파(shear wave)
Figure pct00002
AOD는 많은 수의(일반적으로 100보다 많은) 분해 가능 스팟(resolvable spots) 을 가질 수 있어서, 그들을 매우 매력적인 빔 조향 장치로 만든다. 하지만, 전단파
Figure pct00003
AOD는 전자기 스펙트럼의 자외선 범위 내 파장을 갖는 비교적 고출력 프로세스 빔(다시 말해, 10W 초과 또는 그 근방)을 편향시키기 위하여는 사용될 수 없다. 렌즈(600)와 고조파 변환 모듈(120)을 전단파
Figure pct00004
AOD의 "광학적 하류"에 제공함으로써, 전단파
Figure pct00005
AOD에 의해 출력된 프로세스 빔의 파장은 전자기 스펙트럼의 자외선 범위 내의 파장으로 변환될 수 있다.
다른 예시에서, EOD에 일반적으로 사용되는 재료는 전자기 스펙트럼의 적외선 범위 내에서 그리고-어느 정도는- 가시광 범위 내에서 작동되는 반면, 전자기 스펙트럼의 자외선 범위에서는 전혀 그렇지 않다. 렌즈(600)와 고조파 변환 모듈(120)을 EOD의 "광학적 하류"에 제공함으로써, EOD에 의해 출력된 프로세스 빔의 파장이 전자기 스펙트럼의 자외선 범위 내 파장으로 변환될 수 있다.
다른 예시에서, 결정 석영(crystal quartz) AOD는 전자기 스펙트럼의 자외선 및 적외선 범위 내에서 작동 가능하고, 동일한 대역폭과 음향 애퍼쳐 사이즈가 사용될 경우 석영 AOD에 의해 생성될 수 있는 분해 가능 스팟의 수는 양 파장에 대해 동일하다. 하지만, 통상적으로 전자기 스펙트럼의 적외선 범위 내의 프로세스 빔의 파워를 스케일링하는 것이 전자기 스펙트럼의 자외선 범위보다 더 용이하고, 따라서 석영 AOD가 일반적으로 전자기 스펙트럼의 자외선 범위 내에서 비교적 높은 회절 효율을 가짐에도 불구하고 석영 AOD의 제한된 회절 효율로 인해 전자기 스펙트럼의 적외선 범위 내의 파워를 잃는 것은 전자기 스펙트럼의 자외선 범위 내의 파장을 갖는 프로세스 빔이 마주하는 파워 손실보다 더 용이하게 보상될 수 있다. 따라서, 렌즈(600)와 고조파 변환 모듈(120)을 석영 AOD의 "광학적 하류"에 제공함으로써, 석영 AOD에 입력되는 비교적 높은 파워의 프로세스 빔의 적외선 파장은 석영 AOD에 의해 회절 될(예를 들어, 편향되도록, 또는 이와 다르게) 수 있고, 회절된 프로세스 빔은 이어서 전자기 스펙트럼의 자외선 범위 내 파장으로 변환될 수 있다.
결론
전술한 바는 본 발명의 실시형태와 예에 대한 실례를 든 것이며 본 발명을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 몇몇 특정한 실시형태와 예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 당업자라면, 개시된 실시형태와 예에 대한 많은 수정 및 다른 실시형태가 본 발명의 신규한 교시 및 이점에서 실질적으로 일탈하지 않으며 가능함을 쉽게 알 것이다. 따라서, 모든 그러한 수정은 청구범위에 규정되어 있는 바와 같은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 되어 있다. 예컨대, 당업자는, 문장, 단락, 예 또는 실시형태의 주 내용은, 그러한 조합이 상호 배타적인 경우를 제외하고, 다른 문장, 단락, 예 또는 실시형태의 일부 또는 모두의 주 내용과 조합될 수 있음을 알 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 청구범위에 포함되는 청구범위의 등가물과 함께 이하의 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

Claims (41)

  1. 시스템으로서,
    입력된 제1 광신호를 복수의 분할 제1 광신호로 분할하도록 배열되고 구성되는 멀티채널 빔 스플리터;
    복수의 위상변조기로서, 상기 복수의 위상변조기의 각 위상변조기는 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 분할 제1 광신호 중 대응하는 분할 제1 광신호의 위상을 수정하도록 작동하는, 상기 복수의 위상변조기;
    상기 복수의 위상변조기의 광출력에 배열된 도파관으로서, 상기 도파관은 상기 복수의 위상변조기로부터 출력된 상기 분할 제1 광신호를 패턴이 되도록 공간적으로 재배열하게 구성되어 제1 광신호 패턴을 생성하는, 상기 도파관; 및
    상기 도파관의 광출력에 배열된 광증폭기로서, 상기 광증폭기는 상기 도파관에 의해 생성된 상기 제1 광신호 패턴을 증폭하도록 구성되는, 상기 광증폭기
    를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광증폭기의 광출력에 배열된 빔 스플리터로서, 상기 빔 스플리터는 상기 광증폭기에 의해 출력되는 상기 조합된 제1 광신호의 제1 부분을 전송하고 상기 광증폭기에 의해 출력된 상기 조합된 제1 광신호의 제2 부분을 반사하도록 구성되는, 상기 빔 스플리터; 및
    상기 조합된 제1 광신호의 상기 제2 부분을 수신하고 대응하는 제1 검출신호를 출력하도록 배열되는 제1 광검출기를 더 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 광검출기의 출력 및 상기 복수의 위상변조기의 각각의 출력과 통신 가능하도록 커플링된 제어 회로를 더 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 제어 신호를 생성하고 출력하도록 구성되는포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 멀티채널 빔 스플리터와 상기 복수의 위상변조기는 공통 광집적회로 내에 위치하는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 위상변조기와 상기 도파관은 공통 광집적회로 내에 위치되는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 광신호를 생성하도록 배열되고 구성되는 시드 레이저를 더 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 광신호는 1000 nm 내지 1150 mm 범위 내의 제1 파장을 갖는, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 파장은 1000 nm 내지 1060 nm 범위 내인, 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 파장은 1030nm인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 위상변조기 내 위상변조기의 개수는 100을 초과하는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 위상변조기 내 위상변조기의 개수는 200을 초과하는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 위상변조기 내 위상변조기의 개수는 500을 초과하는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 위상변조기 내 위상변조기의 개수는 1000을 초과하는, 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 제어 신호에 응답하여, 상기 입력된 제1 광신호의 진폭을 변조하도록 작동하는 진폭 변조기를 더 포함하고, 상기 멀티채널 빔 스플리터는 상기 진폭 변조기의 광출력에 배열되는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 진폭 변조기와 상기 멀티채널 빔 스플리터는 공통 광집적회로 내 위치되는, 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 도파관의 상기 패턴의 구성과 조합하여, 상기 도파관의 상기 광출력에서 위상배열 빔 조향을 이루기 위해 상기 복수의 위상변조기 각각에 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어 회로는, 복수의 위상변조기에 의해, 적어도 부분적으로, 발생된 상기 위상배열 빔 조향의 매그니튜드(magnitude)에 기초하여 상기 진폭 변조기로 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 광 증폭기로부터 출력된 상기 분할 제1 광신호의 상기 위상을 안정화하기 위해, 상기 제1 검출신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 복수의 위상변조기로 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 제2 광신호를 생성하도록 구성되는 기준 레이저를 더 포함하는, 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 광신호는 상기 제1 광신호의 파장과 상이한 제2 파장을 갖는, 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2 파장은 1070 nm 내지 1150 mm 범위 내에 있는, 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제2 파장은 1100 nm인, 시스템.
  23. 제19항에 있어서, 상기 멀티채널 빔 스플리터는 상기 제2 광신호를 복수의 분할 제2 광신호로 분할하도록 배열되고 구성되는, 시스템.
  24. 제19항에 있어서, 상기 복수의 위상변조기의 각 위상변조기는 상기 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 분할 제2 광신호 중 대응하는 분할 제2 광신호의 위상을 수정하도록 작동하는, 시스템.
  25. 제19항에 있어서, 상기 도파관은 상기 복수의 위상변조기로부터 출력되는 상기 분할 제2 광신호를 상기 패턴이 되도록 공간적으로 재배열하게 구성되어 상기 분할 제2 광신호는 조합된 제2 광신호로 결맞음되게(coherently) 조합 가능한, 시스템.
  26. 제19항에 있어서, 빔 스플리터와 상기 광증폭기의 상기 광출력 사이에 배열된 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 더 포함하고, 상기 다이크로익 미러는 상기 조합된 제2 광신호를 반사하고 상기 조합된 제1 광신호를 전송하도록 구성되는, 시스템.
  27. 제19항에 있어서, 상기 다이크로익 미러에 의해 반사된 상기 조합된 제2 광신호를 수신하고 대응하는 제2 검출신호를 출력하도록 배열된 제2 광검출기를 더 포함하는, 시스템.
  28. 제19항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 복수의 위상변조기로부터 출력된 상기 분할 제2 광신호의 상기 위상을 안정화하기 위해, 상기 제2 검출신호에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 복수의 위상변조기로 상기 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 시스템.
  29. 제1항에 있어서, 상기 조합된 제1 광신호의 상기 제1 부분을 수신하도록 배열된 고조파 변환 모듈을 더 포함하고, 상기 고조파 변환 모듈은 상기 조합된 제1 광신호의 상기 제1 부분의 상기 파장을 수정하도록 구성되는, 시스템.
  30. 제1항에 있어서, 상기 조합된 제1 광신호의 상기 제1 부분을 수신하도록 배열되고 상기 조합된 제1 광신호의 상기 제1 부분을 편향시키도록 구성되는 빔 포지셔닝 시스템을 더 포함하는, 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 빔 포지셔닝 시스템은 음향광학 편향기(Acousto-Optic Deflector), 전자광학 편향기(Electro-Optic Deflector), 갈바노미터 미러 스캐너(Galvanometer mirror scanner), 및 회전 폴리곤 스캐너를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  32. 시스템으로서,
    제1 파장을 가지는 레이저 빔을 편향시키도록 작동하는 빔 포지셔닝 시스템;
    상기 빔 포지셔닝 시스템에 의한 편향 후에 상기 레이저 빔이 전파될 수 있는 빔 경로 내에 배치된 렌즈; 및
    상기 레이저 빔이 렌즈를 통과하여 전송된 후 전파될 수 있는 빔 경로 내에 배치된 고조파 변환 모듈
    을 포함하고,
    상기 고조파 변환 모듈은 상기 레이저 빔의 상기 제1 파장을 제2 파장으로 변환하도록 작동하는, 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 상기 빔 포지셔닝 시스템은 위상배열 빔 포지셔닝 시스템을 포함하는, 시스템.
  34. 제32항에 있어서, 상기 빔 포지셔닝 시스템은 음향광학 편향기를 포함하는, 시스템.
  35. 제34항에 있어서, 음향광학 편향기는 전단파(shear-wave)
    Figure pct00006
    음향광학 편향기인, 시스템.
  36. 제34항에 있어서, 음향광학 편향기는 석영(quartz) 음향광학 편향기인, 시스템.
  37. 제32항에 있어서, 상기 빔 포지셔닝 시스템은 전자광학 편향기를 포함하는, 시스템.
  38. 제32항에 있어서, 상기 제1 파장은 전자기 스펙트럼의 적외선 범위 내에 있는, 시스템.
  39. 제32항에 있어서, 상기 제2 파장은 전자기 스펙트럼의 가시광 범위 내에 있는, 시스템.
  40. 제39항에 있어서, 상기 제2 파장은 상기 전자기 스펙트럼의 녹색 가시광 범위 내에 있는, 시스템.
  41. 제32항에 있어서, 상기 제2 파장은 전자기 스펙트럼의 자외선 범위 내에 있는, 시스템.
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