KR930010132B1 - 순간 구형 펄스를 갖고 있는 위상 공액 레이저 및 순간 구형 펄스 형성방법 - Google Patents

순간 구형 펄스를 갖고 있는 위상 공액 레이저 및 순간 구형 펄스 형성방법 Download PDF

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내용 없음.

Description

순간 구형 펄스를 갖고 있는 위상 공액 레이저 및 순간 구형 펄스 형성방법
제 1 도는 본 발명의 원리에 따른 레이저 시스템을 도시한 도면.
제 2a 도 내지 제 2c 도는 제 1 도의 시스템에 의해 구형 형태로 된 레이저 펄스의 생성을 도시한 그래프.
제 3 도는 제 1 도의 시스템에 의해 발생된 정규 가우스 펄스 및 구형 펄스에 대한 내부의 제 2 조화 변환효율 대 세기를 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 레이저 시스템 11 : 발진기
12 : 플라즈마 스위치 13 : 비임분할기
15 : 레이저 증폭기 16 : 지연라인
17 : 1/4파형 플레이트 18 : 위상 공액 미러
본 발명은 주로 위상 공액 레이저에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하면 일반적으로 가우스 순간 레이저 펄스(Gaussian temporal laser pulse)로부터 유도된 비교적 구형(square)인 순간 레이저 펄스를 제공하는 위상 공액 레이저(phase conjugate laser)에 관한 것이다.
비교적 구형인 순간 레이저 펄스의 사용을 필요로 하는 몇가지 레이저 응용물들이 있다. 전형적으로, 종래의 레이저는 가우스 형태 레이저 펄스를 제시간에 발생시키고, 이로부터 구형 펄스를 발생시키기 위해 복잡한 시스템이 필요하였었다. 특히, 한가지 일반적인 해결 방법으로는 구형 펄스를 발생시키기 위해 비교적 긴 발진기 펄스외의 슬라이스(slice)를 절단하는 전기-광학 편광 스위치(electro-optic polarization swich)를 사용하는 방법이었다.
전형적으로, 이것은 광학 경로를 따라 서로 작렬로 되어 있는 2개의 전기-광학 수정(crystal)으로 구성된다. 각각의 수정은 전자 구동 회로 및 2개의 편광기를 포함한다. 이러한 종래의 시스템은 복잡하고 가격이 비싸다. 이러한 해결 방법은 미합중국, 캘리포니아주, 리버 보어에 소재한 로렌스 리버모어 내셔널 라보라토리(Lawrence Livermore National Laboratory)에서 사용하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 분야의 개량점은 비교적 구형인 레이저 펄스를 발생시키는 덜 복잡하고 가격이 덜 비싼 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 가우스 레이저 펄스로부터 유도된 비교적 구형인 레이저 펄스를 발생시키는 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 시스템은 레이저 발진기, 및 인가된 펄스의 선정된 전반부를 절단(truncate)하기에 적합한 선정된 압력으로 제한된 비선형 매체를 갖고 있는 위상 공액 미러(phase conjugate mirror)를 포함한다. 증폭 매체는 인가된 레이저 펄스를 증폭하기 위해 레이저 발진기와 위상 공액 미러 사이에 배치된다. 레이저 발진기와 증폭기 사이에 배치된 플라즈마 스위치는 비교적 구형인 형태를 갖는 레이저 펄스를 제시간에 발생시키기 위해 레이저 펄스의 선정된 후반부를 절단하기에 적합한 선정된 압력으로 제한된 선정된 플라즈마를 갖는다.
통상적으로, 위상 공액 미러 및 플라즈마에 사용된 비례 압력 및 가스는 발진기로부터 위상 공액 미러로 전송되거나 이와 반대인 레이저 펄스의 절단 량을 결정한다. 제어 압력 및 가스는 비교적 구형 형태를 갖는 레이저 펄스를 발생시키는 1개의 제어 요소를 제공한다. 부수적으로, 광학 지연라인은 제어가능한 길이로 시스템내로 사용될 수 있다. 이 지연라인의 제어는 플라즈마 스위치에 의해 펄스의 절단을 제어하는데 도움을 준다.
본 발명은 또한 구형 레이저 펄스를 형성하는 방법을 고려한 것이다. 레이저 펄스는, 예를들어 주 발진기 전력 증폭기 레이저 시스템내에 형성된다. 이 방법은 아래의 스텝을 포함한다. 레이저 펄스는 레이저 펄스를 증폭하기 위해 플라즈마 스위치 및 증폭기를 통해 전파된다. 위상 공액 미러내의 압력은 펄스의 전반부를 절단하도록 조절한다. 그다음, 플라즈마 스위치내의 압력은 레이저 펄스의 후반부를 절단하기 위해 선정된 압력으로 조절된다. 따라서, 증폭기와 위상 공액 미러 사이에 배치된 지연 라인의 비례길이는 레이저 펄스의 후반부를 절단하는데 돕도록 조절된다.
위상 공액 미러는 메탄 또는 질소가스, 또는 다른 적합한 저이득 모의된 브릴리어 산란 매체(low gan simulated brillouin scattering medium)를 포함한다. 따라서, 미러내의 압력은 이곳에 사용된 비선형 물질에 기초하여, 예를들어 메탄에 대해 70㎏/㎠(1000lb/in)의 압력 및 질소에 대해 140㎏/㎠(2000lb/in)의 압력으로 조절된다.
본 발명의 여러 특징 및 장점은 동일 구조물에 동일한 참조번호를 붙인 첨부된 도면과 관련하여 취해진 아래의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 잘 이해될 수 있다.
제 1 도를 참조하면, 본 발명의 원리에 따른 레이저 시스템(10)의 도면이 도시되었다. 레이저 시스템(10)은 주 발진기, 전력 증폭기 구성으로 구성된, 위상 공액 레이저 시스템이다. 시스템(10)은 광학 경로를 따라 펄스로된 출력을 제공하기에 적합한 레이저 발진기(11)를 포함한다. 통상적으로 발진기(11)의 출력 펄스는 제시간에 가우스 펄스를 발생한다. 플라즈마 스위치(12)는 광학 경로를 따라 배치되어 레이저 펄스를 정송하기에 적합하다. 통상적으로 플라즈마 스위치는 종래의 설계에 의한 것이고, 통상적으로 압력하의 가스를 포함한다. 예를들어, 이러한 정형적인 가스들은 질소 및 아르곤이다. 전형적으로 플라스마 스위치는 예를들어, 0.14㎏/㎠ 내지 4.20㎏/㎠의 압력(2-60lb/in)범위내에서 동작된다. 본 발명에서는, 이 압력은 제어 가능하여 보다 상세히 후술한 바와같이 가우스 펄스의 절단을 발생시키도록 조절된다.
증폭기 부분은 광학 경로를 따라 배치된 편광 비임분할기(polarizing beam splitter ; 13), 레이저 증폭기(15), 제어가능한 지연라인(16), 1/4파형 플레이트(17) 및 위상 공액 미러(18)를 포함한다. 편광 비임분할기(13), 증폭기(15), 및 1/4 파형 플레이트(17)은 종래의 설계이므로 상세히 설명하지 않겠다. 위상 공액 미러(18)은 유익과 같은 고체 또는, 예를들어 메탄 또는 질소와 같은 가스인 저이득 비선형 물질이다. 통상적으로 이러한 물질은 종래의 기술에 공지되어 있다. 본 발명은 통상적으로 위상 공액 미러(18)내의 압력을 제어할 수 있기 때문에, 본 발명에 의해 레이저 펄스의 절단을 발생시키는 가스형 비선형 매체를 사용한다. 지연라인(16)은 길이를 제어할 수 있는데, 이 제어는 플라즈마 스위치(12)에 의해 레이저 펄스의 절단에 도움을 준다.
동작시, 비교적 구형 출력 펄스는 통상적으로 가우스 발진기 펄스로부터 생성된다. 발진기(11)로부터의 가우스 레이저 펄스는 플라즈마 스위치(12)를 통과하는데, 펄스의 지연 증폭된 제 1 부분이 재공급되어 유출되는 발진기 펄스상에 중첩될때, 펄스의 후반부는 생성된 플라즈마에 의해서 클리프된다. 그다음, 이 펄스는 비임분할기(13)로부터 반사된다. 반사된 펄스는 증폭기(15)에서 증폭되어 위상 공액 미러(18)로부터 반사된다. 이것은 비선형 매체로서 사용된 가스의 압력을 제어함으로써 달성된다. 특히, 위상 공액 미러(18)은 메탄 또는 질소 또는 다른 적합한 저이득 시뮬레이트된 브릴리언 산란매체를 구비한다. 따라서, 미러(18)내의 압력은 이곳에 사용된 비선형 물질을 기초로하여 예를들어, 메탄에 대해 약 70㎏/㎠(1000lb/in) 및 질소에 대해 약 40㎏/㎠(2000lb/in)의 압력으로 조절된다.
그 다음, 부분적으로 절단된 레이저 펄스는 2번째 통과중에 증폭기(15)에서 재증폭된다. 제어가능한 지연라인(17)내의 지연 라인 길이 및 플라즈마 스위치(12)내의 압력을 제어함으로써, 클리프된 가우스 펄스의 후반부는 플라즈마가 비교적 구형 파형 펄스를 생성하도록 발행될때 제시간에 선정된 지점에서 절단된다. 플라즈마는 초점내의 전계가 플라즈마 임계를 초과할 때 발생된다. 전계는 외향 진행 발진기 펄스로부터의 전계 및 증폭된 에너지로부터의 내향 진행 궤환에 의해 형성된다. 이 궤환은 시스템(10)에서 방출하는 총출력중 작은 부분(약 1%)을 나타낸다.
제 2a 도 내지 제 2c 도는 구형 펄스를 발생시키기 위해 본 발명의 시스템(10)에 의해 가스 펄스의 절단을 도시한 그래프이다. 제 2a 도 내지 제 2c 도는 제 1 도의 시스템(10)의 검사중에 오실로스코프 추적 사진을 나타낸 것이다. 특히, 제 2a 도는 발진기(11)에 의해 제공된 인가된 가우스 펄스를 도시한 것이다. 제 2b 도는 위상 공액 미러(18)에 의해 가우스 펄스의 전단의 절단을 도시한 것이다. 제 2c 도는 플라즈마 스위치(12)에 의해 가우스 펄스의 후반부의 절단후 최종 구형 펄스를 도시한 것이다.
조화 발생, 및 진동 히전 리만 산란을 포함하는 모든 비선형 프로세스들은 세기에 좌우된다. 본 발명에 의해 제공된 구형 펄스는 정규 가우스 펄스와 비교될때 보다 높은 변화효율을 발생한다. 이것은 제 1 도의 시스템에 의해 발생된 정규 가우스 펄스와 구형 펄스에 대한 내부의 제 2 조화 변화 효율 대 세기를 도시하는 그래프인 제 3 도내에 그래프로 도시하였다.
상술한 시스템(10)뿐만 아니라, 본 발명은 구형 레이저 펄스를 발생시키는 방법을 포함한다. 이 방법은 이하의 스텝들을 포함한다. 레이저 펄스는 레이저 펄스를 증폭하기 위해 플라즈마 스위치 및 증폭기를 통해 전달된다. 그다음, 증폭된 레이저 펄스는 위상 공액 미러로부터 반사된다. 위상 공액 미러내의 압력은 펄스의 전반부를 절단하도록 조절된다. 그 다음, 플라즈마 스위치내의 압력은 레이저 펄스의 후반부를 절단하도록 선정된 압력으로 제공된다. 부수적으로, 또한, 증폭기와 위상 공액 미러 사이에 배치된 지연 라인의 비례 길이는 레이저 펄스의 후반부를 절단하는데 돕도록 조절될 수 있다.
그러므로, 본 명세서에서는 비교적 가우스 레이저 펄스로부터 유도된 비교적 구형 레이저 펄스를 발생시키는 새롭고 개선된 위상 공액 레이저 시스템 및 방법을 기술하였다. 본 시스템 및 방법은 구형 레이저 펄스를 발생시키는 종래의 시스템 및 방법보다 덜 복잡하고 저렴한 기술상의 개선점을 제공한다.
상술한 실시예들이 본 발명의 원리의 응용을 나타내는 다수의 특정 실시예들중 몇가지를 나타낸 것이라는 것을 주지해야 한다. 분명히, 다수의 다른 변형 및 배열은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 용이하게 변형될 수 있다. 특히, 다른 시스템 배열이 사용될 수 있고 상이한 가스들이 예를들어, 플라즈마 스위치 및 위상 공액 미러내에 사용될 수 있다. 부수적으로 고체는 액체 비선형 물질들은 요구된 펄스 절단을 발생시키도록 제어가능한 것들을 적용함으로써 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 인가된 레이저 펄스를 제공하기 위한 레이저 발진기, 편광 비임분할기, 발진 경로를 따라 레이저 발진기와 편광 비임분할기 사이에 배치되고 인가된 레이저 펄스의 선정된 후반부를 절단하기에 적합한 선정된 압력에서 제한된 선정된 플라즈마를 갖고 있는 플라즈마 스위치, 인가된 레이저 펄스의 선정된 전반부를 절단하기에 적합한 선정된 압력에서 제한된 비선형 매체를 갖고있는 위상 공액 미러, 증폭 경로를 따라 비임분할기와 위상 공액 미러 사이에 배치된 증폭 매체, 증폭 경로를 따라 배치된 제어가능한 지연라인, 및 증폭 경로를 따라 배치되고 인가된 레이저 펄스의 편광을 회전시키기에 적합한 1/4파형 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 공액 레이저.
  2. 레이저 발진기, 인가된 레이저 펄스의 선정된 전반부를 절단하기에 적합한 선정된 압력에서 제한된 비선형 매체를 갖고 있는 위상 공액 미러, 인가된 레이저 펄스를 증폭하기 위해 레이저 발진기와 위상 공액 미러 사이에 배치된 증폭 매체, 및 레이저 발진기와 증폭기 사이에 배치되고 비교적 구형 형태를 갖고 있는 레이저를 발생시키도록 레이저 펄스의 선정된 후반부를 절단하기에 적합한 선정된 압력에서 제한된 선정된 플라즈마를 갖고있는 플라즈마 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 공액 레이저.
  3. 레이저 발진기, 인가된 레이저 펄스의 전반부를 절단하기에 적합한 선정된 압력에서 제한된 비선형 매체를 갖고 있는 위상 공액 미러, 인가된 레이저 펄스를 증폭하기 위해 레이저 발진기와 위상 공액 미러 사이에 배치된 증폭 매체, 및 레이저 발진기와 증폭기사이에 배치되고 비교적 구형 형태를 갖고 있는 레이저 펄스를 발생시키기 위해 레이저 펄스의 후반부를 절단하기에 적합한 선정된 압력에서 제한되고 선정된 플라즈마를 갖고 있는 플라즈마 스위치를 포함하고, 위상 공액 미러내에 사용된 비례 압력 및 플라즈마 스위치가 발진기로부터 위상 공액미러로 그리고 이와 반대로 전송된 레이저 펄스의 절단을 결정하여 비교적 구형 형태를 갖고 있는 레이저 펄스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 위상 공액 레이저.
  4. 주 발진기 전력 증폭기 레이저 시스템내에서 구형 레이저 펄스를 형성하는 방법에 있어서, 레이저 펄스를 증폭하기 위해 플라즈마 스위치 및 증폭기를 통해 레이저 펄스를 전파하는 스텝, 위상 공액 미러로부터 증폭된 레이저 펄스를 반사하는 스텝, 펄스의 전반부를 절단하기 위해 위상 공액 미러내의 압력을 조절하는 스텝, 및 선정된 시간에 레이저 펄스의 후반부를 절단하도록 선정된 압력으로 플라즈마 스위치내의 압력을 조절하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 레이저 펄스의 후반부를 절단하는데 돕기 위해 증폭기와 위상 공액 미러 사이에 배치된 지연 라인의 비례 길이를 조절하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 위상 공액 미러내의 압력을 조절하는 스텝이, 메탄을 포함하는 위상 공액 미러를 사용하는 스텝, 및 약 70㎏/㎠(1000lb/in)의 압력으로 미러내의 압력을 조절하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 위상 공액 미러내의 압력을 조절하는 스텝이, 질소을 포함하는 위상 공액 미러를 사용하는 스텝, 및 약 140㎏/㎠(2000lb/in)의 압력으로 미러내의 압력을 조절하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 비교적 가우스 레이저 펄스로부터 비교적 구형 레이저 펄스를 형성하는 방법에 있어서, 플라즈마 스위치를 통해 비교적 가우스펄스 형태를 갖고 있는 레이저 펄스를 전송하는 스텝, 레이저 펄스의 후반부를 절단하기 위해 선정된 압력으로 플라즈마 스위치내의 압력을 조절하는 스텝, 레이저 펄스를 증폭하기 위해 레이저 증폭기를 통해 절단된 레이저 펄스를 전송하는 스텝, 위상 공액 미러로부터 증폭된 레이저 펄스를 반사하는 스텝, 및 레이저 펄스의 전반부를 절단하기 위해 선정된 압력으로 위상 공액 미러내의 압력을 조절하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 선정된 시간에 플라즈마 스위치내의 레이저 펄스의 후반부를 절단하는데, 돕기위해 증폭기와 위상 공액 미러 사이에 배치된 지연라인의 비례 길이를 조절하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 위상 공액 미러내의 압력을 조절하는 스텝이, 메탄을 포함하는 위상 공액 미러를 사용하는 스텝, 및 약 70㎏/㎠(1000lb/in)의 압력으로 미러내의 압력을 조절하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 위상 공액 미러내의 압력을 조절하는 스텝이, 질소를 포함하는 위상 공액 미러를 사용하는 스텝, 및 약 140㎏/㎠(1000lb/in)의 압력으로 미러내의 압력을 조절하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 비교적 가우스 레이저 펄스로부터 비교적 구형 레이저를 형성하는 방법에 있어서, 레이저 펄스를 증폭하기 위해 플라즈마 스위치 및 레이저 증폭기를 통해 비교적 가우스 펄스 형태를 갖고 있는 레이저 펄스 전송하는 스텝, 위상 공액 미러로부터 증폭된 레이저를 반사하는 스텝, 레이저 펄스의 전반부를 절단하도록 선정된 압력으로 위상 공액 미러내의 압력을 조절하는 스텝, 플라즈마 스위치에 절단된 레이저 펄스를 인가하는 스텝, 및 플라즈마 스위치내의 레이저 펄스의 후반부를 절단하기 위해 증폭기와 위상 공액 미러 사이에 배치된 지연 라인의 비례 길이를 조절하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 비교적 가우스 레이저 펄스로부터 비교적 구형 레이저 펄스를 형성하는 방법에 있어서, 플라즈마 스위치를 통해 비교적 가우스 펄스 형태를 갖고 있는 레이저 펄스를 전송하는 스텝, 레이저 펄스의 후반부를 절단하도록 선정된 압력으로 스위치내의 압력을 조절하는 스텝, 레이저 펄스를 증폭하기 위해 레이저 증폭기를 통해 절단된 레이저 펄스를 전송하는 스텝, 위상 공액 미러로부터 증폭된 위상 펄스를 반사하는 스텝, 레이저 펄스의 전반부를 절단하도록 선정된 압력으로 위상 공액 미러내의 압력을 조절하는 스텝, 및 플라즈마 스위치내의 레이저 펄스를 후반부를 절단하는데 돕기위해 증폭기와 위상 공액 미러사이에 배치된 지연라인의 비교 길이를 조절하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1019900009542A 1989-06-28 1990-06-27 순간 구형 펄스를 갖고 있는 위상 공액 레이저 및 순간 구형 펄스 형성방법 KR930010132B1 (ko)

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