KR960014730B1 - 유도 브릴루앙 산란(sbs)이 없는 보상된 비임 증폭 및 전달 장치와 그 방법 - Google Patents

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Description

유도 브릴루앙 산란(SBS)이 없는 보상된 비임 증폭 및 전달 장치와 그 방법

제1도는 본 발명에 따른 단일 중앙국에 의해 공급될 수 있는 국부국 회로망의 블럭도.

제2도는 단일 국부국에 응용되는 본 발명의 개략도.

제3도는 국부국 사이에서 중앙국을 시분할하기 위해 사용되는 스위치 시스템의 개략도.

제4도는 다수의 국부국 사이에서 중앙국을 동시에 공유하기 위해 사용되는 비임 분할 시스템의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 레이저 원(레이저 장치) 4 : 국부국

8 : 저출력 레이저 발진기 12 : 편광 보존 광섬유

16 : 편광 비임 분할기 18 : 다중 모드 고출력 광섬유 다발

19 : 비역 편광 회전자 24 : 증폭기

26 : 위상 공액 거울 30 : 시편

32 : 회전가능한 거울

본 발명은 레이저 비임의 증폭 및 전달 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 고출력 근 회절 제한 비임(near diffraction limited optical beam)을 중앙국으로부터 하나 또는 그 이상의 원격 국부국으로 전달하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

고출력 레이저 신호를 중앙국으로부터 여러개의 분리된 국부국으로 전달하는 것은 다양한 잠재적 응용 분야를 가진다. 예를 들어, 웰딩 및 절단 작업을 행하는 다수의 공장 작업 스테이션을 위하여 단일의 레이저 장치가 사용될 수 있다. 이러한 배열은 각각의 작업 스테이션이 전형적으로 전체 시간의 10∼20% 동안만 작동되기 때문에 전체적 생산성이 향상된다. 또한 다중 시스템이 상호 멀티플레스 되어 있는 경우, 하나의 레이저 장치가 정비를 위하여 작동 정지된 다른 레이저 장치를 대신할 수 있다. 또 다른 응용예는 단일의 레이저 원으로 병원의 상이한 수술실에서 레이저 수술을 행하는 경우를 들 수 있다. 비행기의 날개에 일체로 제조된 하나 또는 그 이상의 광학적 전달 애퍼튜어는 단일의 중앙 고출력 레이저 원으로부터 출력을 공급받을 수 있다.

성공적인 작동을 위하여, 각각의 국부국에 전달되는 비임은 근 회절 제한되어야 하는데, 이는 즉 최대 시준(collimation) 및 평형 파두(wavefront)를 가짐을 말한다. 회절 제한된 비임은 작은 점에 집광될 수 있고 또는 질이 떨어지는 비임 보다 먼 작업 거리에서 사용될 수 있다. 예를 들어 회절 제한된 비임은 고도의 웰딩 및 절단 능률을 달성할 수 있고, 공작 작업 스테이션에서 고도의 응용 적응성을 가진다.

회절 제한된 비임의 질을 보존하기 위하여, 레이저 비임은 통상적으로 단 모드 광섬유를 통하여 전달된다.

그러나 고 출력 레이저는 일반적으로 코어의 지름이 1mm 단위인 큰 다중 모드 섬유를 필요로 한다. 불행하게도, 다중 모드 광섬유를 통한 전달은 점진적으로 비임을 왜곡하고 그 회절 제한 성질을 저하시킨다. 이는 이전의 광섬유 비임 전달 시스템에서는 문제가 되지 않았는데, 왜나하면 사용되는 고출력 레이저가 최초부터 매우 낮은 질(전형적으로 100-200배로 회절 제한됨)을 가지기 때문이다. 따라서, 다중 모드의 광섬유를 사용함으로써 발생하는 광질의 부수적 저하는 중요한 문제가 아니었다. 현재 훨씬 높은 질의 비임을 발생할 수 있는 고출력 레이저가 개발되고 있으며, 이 경우에 다중 모드 광섬유를 통한 전달에서 발생하는 광질의 저하가 심각한 장애 요소로 등장한다.

고출력 레이저 비임의 전달은 또한 유도 브릴루앙 산란(Stimulated Brillouin Scattering; SBS)등의 과정에서 발생하는 감쇠에 의하여 제한된다. SBS의 존재는 종래의 광섬유 비임 전달 시스템에서는 큰 문제가 되지 않았는데, 이는 사용되는 고출력 레이저가 전형적으로 넓은 스펙트럼 폭을 가지고 전형적으로 1cm 단위의 짧은 코히어런스(coherence) 길이를 가지기 때문이다. 그러나 밴드 폭이 좁고 정합 길이가 긴 발전된 레이저에서 발생되는 비임에 있어서는 SBS가 시스템의 출력 취급 용량의 제한 요소가 될 수 있다. 작업 스테이션이 중앙 레이저 소스로부터 100m 또는 그 이상의 떨어진 경우에, 광질의 저하 및 SBS를 통한 비임의 감쇠의 문제가 제기된다.

중앙 레이저 소스로부터 다수의 국부국으로 레이저 광을 공급함과 동시에, 본 발명은 광학적 위상 공액(phase conjugation)에 관한 것이다. 긴 다중 모드 광섬유를 통하여 영상을 전달할 때 발생하는 왜곡을 보상하기 위하여 광학적 위상 공액을 사용하는 것은 주지된 사실이다. 예를 들어 야리프(Yariv), "광섬유를 통한 3차원 영상 전달", Applied Physics Letters. Vol. 28, No. 2(1976. 1. 15), p88-89 및 더닝(Dunning) 등., "광섬유 위상 공액을 통한 영상 전달의 예", Optics Letters, Vol. 7, No. 11(1982.11), p558-560 등을 참조할 수 있다. 그러나 상기 참고 문헌에 설명된 시스템은 레이저 원으로부터 멀리 떨어진 위상 공액 장치를 사용한다. 이러한 접근 방식은 다수의 국부국에서의 중복을 피하기 위하여 중앙국에서 레이저 원과 위상 공액 장치를 원하는 대로 그룹핑하는 것과 양립할 수 없다. 루터-데이비스(Luther-Davies) 등, "내부 다중 모드 광섬유 및 위상 공액 반사기를 사용한 단 모드 공진기", Jouranal of thr Optical Society of America B, Vol. 7, No. 7(1990.7), p1216-1220에서 위상 공액 공진기 내에 사용되는 광섬유는 광섬유로부터 회절 제한된 출력을 얻도록 보상된다. 그러나, 이러한 접근 방식은 여러가지 결점을 가진다. 첫째, 루터-데이비스 등의 위상 공액 거울(PCM)은 광회절 효과에 기초하여 상대적으로 느린 응답 시간을 가지기 때문에 광섬유가 이동하거나 굽을 수 있는 정도를 제한한다. 예를 들어 루터-데이비스 등에 의하여 설명된 장치에서 광섬유의 빠른 운동은 수초 후에 비임이 꺼지고 재편(re-form)되도록 한다. 이들은 광섬유가 90°로 굽혀질 때, 5초 이상의 간격을 두고 광섬유가 굽혀져야 장치가 연속적으로 작동한다고 보고하였다. 이는 1/1000초 단위의 응답 시간이 요구되는 로보트 웰딩 아암 등의 많은 예견되는 응용 분야에 심각한 장애를 제기한다. 둘째, 광회절 PCM의 작동은 발표된 레이저 발진기 외에 보조 레이저 원을 추가로 요한다. 이러한 필요성은 전체적 비용을 증가시키고 시스템의 복잡화를 초래한다. 원리적으로 보고된 여러 자기 펌프된(self-pumped)PCM중 어느 하나를 이용하면 보조 레이저는 사용하지 않을 수 있다. 그러나, 자기 펌프된 PCM은 반사율이 1 이하로 제한되며, 낮은 반사율은 PCM을 구성하는 발진기의 효율을 심각하게 저하시킨다. 셋째, 광회절 PCM이 가능하기 위하여, 이들이 원하는 광회절 효과를 일으키는 전하 캐리어들을 발생시키기 위하여 입사광의 어떤 부분을 흡수하는 것이 필수적이다. 이 흡수율은 전형적으로 0.1% 정도인데, 이 비율은 비록 낮은 값이지만 이는 고출력 응용 분야에서 열적으로 유도되는 성능 저하를 가져올 수 있다. 마지막으로 광회절 PCM은 YAG 레이저 파장(약 1미크론) 등과 같이 기술적으로 의미있는 모든 파장에서 사용가능하지 않다. 이는 루터-데이비스 등에 의하여 설명된 개념은 제한된 응용성만을 가짐을 의미한다.

위상 공액은 광학적으로 왜곡된 증폭 매개물로부터 증폭된 출력 비임을 얻기 위하여 사용되어 왔다. 예를 들어 아브람스(Abrams) 등에게 허여되고 휴우즈 에어크라프트 캄파니에게 양도된 미합중국 특허 제4,757,268호에서 저출력 소스 비임의 다수의 레이저 이득 소자를 통하여 전달되고, 위상 공액되고 동일한 이득 소자를 통하여 반대 방향으로 재전달된다. 이득 소자를 통하여 최초로 통과하는 동안 비임에 부과되는 왜곡은 역방향의 통과 동안에 보상된다. 그러나 이 시스템은 높은 질의 광학적 출력을 발생하지만, 출력을 레이저원, 위상 공액 및 증폭장치로부터 멀리 떨어진 국부국에 공급하지 못한다.

자기 정합 위상 공액 레이저 시스템은 휴우즈 에어크라프트 캄파니에 양도된 바이런(Byren) 등의 미합중국 특허 제4,812,639호에 기술되어 있는데, 여기에서 레이저 발진기는 제1장소에 제공되고 하나의 실시예에서 광섬유를 통해 분리 장소에 위치한 레이저 증폭기 및 위상 공액 거울과 교신한다. 예를 들어, 레이저 발진기는 외과 의사가 손에 들고 사용하는 외과용 의료기구에 사용될 수 있다. 이 시스템이 중앙국으로부터 다수의 원격 외과국(외과병원)에 광학 증폭 및 위상 공액 보상을 제공하기 위해 사용될 수 있지만 별도의 레이저 발진기가 각 국부국에서 요구된다. 비용 및 전체 시스템의 복잡성을 증가시키는 것에 부수적으로 이것은 또한 손에 들고 사용하는 외과 기구의 무게 및 부피를 증가시킨다.

본 발명의 목적은 비임이 고출력 레벨로 중앙국에서 발생되고 증폭되어 SBS에 의해 약화됨이 없이 근회절 제한 성질을 유지한채 1개 이상의 국부국으로 전달되는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

이 목표를 달성하기 위해, 레이저 발진기, 위상 공액 거울(PCM) 및 광 증폭기가 중앙국에 제공된다. 저출력 회절 제한 신호가 중앙국으로부터 다양한 국부국으로 양호하게 단일 모드 편광 보존 광섬유를 통해 전달된다. 각 국부국에서 수신된 저 출력 회절 제한 비임은 증폭 및 위상 공액을 위해 중앙국으로 비임을 복귀 전달하는 광섬유 전달 버스에 결합된다. 그 다음 비임은 작업 응용에 사용하기 위해 비임을 발생시킨 국부국으로 복귀된다. 광섬유 전달 버스는 양호하게 1개 이상의 다중 모드 광섬유 다발로서 구현된다. 각각의 광섬유는 국부국으로 복귀된 증폭 및 위상 공액된 비임의 각각의 부분에 의한 SBS를 실질적으로 억제하기에 충분한 단면적을 가진다. 다중 모드 광섬유의 사용에 의해 국부국으로부터 중앙국으로의 전송 도중 비임이 왜곡되고, 또한 증폭기에 의해 비임이 왜곡되지만, 이들 왜곡은 위상 공액 과정을 통해 국부국으로 복귀되는 동안 보상된다. 그러므로 고 출력, 근 회절 제한 비임은 단일 중앙국으로부터 1개 이상의 국부국으로 매우 효율적인 방식으로 제공될 수 있다.

본 발명의 이들 이점 및 특징은 첨부된 도면과 함께 이하 상세한 설명을 참조함으로써 본 분야의 숙련된 기술자들에게는 명백하게 인지될 것이다.

제1도는 본 발명이 의도하는 시스템의 일반적인 형태를 나타낸다. 중앙의 고 출력 레이저 원(2)은 각각의 광 전달 라인(6)을 통해 다수의 국부국(4) 각각으로 고 출력, 근 회절 제한 비임을 전달한다. 작업국은 개별적인 공장의 절단 및 용접 시스템, 레이저 외과용 기구, 분산된 항공기 비임 송신기 또는 중심 레이저 유니트(2)로부터 떨어져 있는 먼거리에 위치한 1개 또는 그 이상의 분산된 장소에서 다중 고 출력, 근 회절 제한 레이저 비임이 요구되는 일반적인 모든 응용처를 포함한다. 요구되는 고 출력 레벨을 수용하기 위해, 고 출력 비임이 전달되는 광 전달 광섬유(6)는 다중 모드이다. 본 발명은 레이저 원(레이저 장치 ; 2)에서의 비임의 근 회절이 제한되는 광학적 성질이 다중 모드 광섬유를 통한 광 전달에도 불구하고 국부국(4)에서 유지되게 하도록 레이저 장치(2) 및 비임 전달 광섬유(6)를 사용하는 독특한 방법을 제공한다.

중앙 레이저 장치(2)로부터 공급된 단일 국부국(4)을 도시하는, 본 발명에 따른 양호한 실시예의 개략도가 제2도에 도시되어 있다.

원하는 국부국 파장에서의 상대적으로 저 출력인 레이저 발진기(8)의 출력이 렌즈(10)에 의해 단일 모드 편광 보존 광섬유(12)로 집속되어 국부국(4)으로 전달된다. 그곳에서, 광섬유(12)의 출력은 렌즈(14)에 의해 시준되어, 입사 비임의 편광으로 복사선을 반사하는 동시에 90°만큼 편광된 복사선을 전달하는 편광 비임 분할기(16)로부터 반사된다. 편광 보존 광섬유를 제조하는 방식에는 다양한 공지된 방식이 있다.

근 회절 제한 비임을 레이저 장치(2)로부터 국부국(4)로 전달하는 광섬유(12)가 단일 모드이므로, 비임의 근 회절 제한 성질은 작업국에서 보존된다. 편광 비임 분할기(16)로부터 반사된 후에 비임은 1개 이상의 광섬유로 구성되는 다중 모드 고 출력 광섬유 다발(18)을 통해 중앙 레이저 장치(2)로 복귀된다. 비임은 먼저 편광을 45°만큼 회전시키는 파라데이 회전자와 같은 비역(non-reciprocal) 편광 회전자(19)를 통해 전달된 다음 렌즈 어레이를 통해 다중 모드 광섬유(18)에 결합된다.

레이저 장치(2)에서 다중 모드 광섬유(18)의 출력은 렌즈 어레이(22)에 의해 시준되어 레이저 증폭기(24)로 복귀된다. 그 다음 증폭된 출력은 위상 공액 거울(PCM)에 의해 처리되는데, 이것으로부터 비임은 위상 공액의 형태로 복귀되어 증폭기(24)를 통해 제2증폭 경로로 전달된다. 2번 증폭된 비임은 다중 모드 광섬유 다발(18)을 통해 국부국(4)로 복귀되는데 여기에서 이 비임은 비역 편광 회전자(19)에 의해 다시 45°만큼 회전된다. 그에 따라 다중 모드 광섬유(12)를 통해 국부국에 전달된 원래의 저 출력 비임과 비교하여 전체 90°만큼의 편광 회전이 주어지게 된다. 따라서 증폭된 비임은 국부국의 작업 기능에 유용하게 편광 비임 분할기(16)를 통해 전달된다. 예를 들어 웰딩 및 절단을 목적으로 렌즈(28)에 의해 시편(30)에 집속될 수 있다. 다중 모드 광섬유(12)가 편광을 보존하지 않는다면 장치는 계속 작업을 할 수 있지만, 비임 출력의 반은 상실될 것이다.

단일 모드 편광 보존 광섬유(12)를 통해 국부국으로 전달되는 저 출력, 근 회절 제한 비임은 다중 모드 광섬유(18)를 통한 전달 과정 및 증폭기(24)에 의해 수차(aberration)를 가지게 된다. 더욱이, 다중 모드 광섬유(18)의 개개의 광섬유 길이를 광 파장의 일부분 이내로 동일하게 하는 것은 일반적으로 실용적이 아니며, 이것은 왜곡의 또 다른 원인이 된다. 이들 수차는 증폭기(24) 및 다중 모드 광섬유(18)를 통한 복귀 경로 중에, 증폭된 비임이 근 회절 제한 성질로 복귀되도록 PCM(26)에 의해 보상된다. 다중 모드 광섬유(18) 및 증폭기(24)를 위상 공액 레이저의 보상된 경로 내에 배치시키는 것에 의해, 레이저 증폭기(24) 및 발진기(8)가 모두 중앙 레이저 장치(2)에 배치됨에도 불구하고, 국부국에서 근 회절 제한된 고 출력 비임을 얻을 수 있게 된다. 별도의 레이저 발진기(8)가 각 국부국(4)에 제공되는 것이 바람직하기는 하나 이는 전체 시스템의 비용을 증가시키고 휴대용 레이저 장치의 중량을 늘린다.

최적으로 순수한 회절 제한 비임이 일반적으로 바람직하다. 본 발명은 비록 국부국에 도달된 최종 비임이 단지 상대적으로 회절 제한된 것이라도 상당한 장점을 제공한다. 상대적으로 회절 제한은 비임이 처음부터 중앙국에서 고출력 비임으로 발생되어 다중 모드 광섬유 다발(18)을 통해 국부국에 단일 경로로 단순 전달되는 경우보다 실질적으로 더 근접하게 회절 제한됨을 의미한다. 본 발명에 제공된 최종 비임이 예를 들어 3,4 또는 10배 회절 제한되더라도, 이는 그렇지 않을 경우 발생할 수 있는 회절 제한된 비임보다 100 내지 200배 이상 실질적으로 향상된 것이다.

사용된 PCM(26)의 형태는 일반적으로 시스템의 전력 소요에 의존한다. 상대적으로 긴 기간에 절쳐 연장하는 펄스를 갖는 상대적으로 낮은 피크 출력 빔, 예를 들어 100 내지 200와트, 1ms 펄스의 비임의 파동을 연속적으로 조작하거나 증폭하기 위하여, 길고 액체가 채워진 모세관이 사용될 수 있는데, 이는 벨란(Belan) 등의 "모세 도파관으로 제조된 유도 브릴루앙 산란 거울", Soviet Journal of Quantum Electronics, Vol. 17, No 1(1987.1), p122-124"에 기재되어 있다. 10ns에 걸쳐 10MW와 같은 고 피크 출력, 단 펄스 기간 용융을 위해서 PCM은 벌크 매질 또는 넓은 영역, 짧은 길이의 도파 장치에서 SBS에 의해 작동할 수 있다. 적합한 PCM은 바소프(Basov)등의 "편광 소거 펌프의 SMBS에서 파두의 반전", JETP Letters, Vol. 28(1978), p197-201 및 안드레프(Andreev) 등의 "펄스 반복율 고상 레이저의 두 비임 결합을 위한 위상 동기 공액", IEEE Jorurnal of Quantum Electronics, Vol. 27, No. 1(1991.1), p135-141에 기재되어 있다. 2개의 참조된 SBS PCM 또한 비임에 편광을 회복시키기 위하여 유용한데, 비임은 다중 모드 광섬유(18) 및 증폭기(24)를 통한 전달 중에 편광성이 상실되기 쉽다.

레이저 발진기(8) 및 출력 증폭기(24)는 동일한 형태의 이득 매질 또는 동일한 파장을 가져 그 결과 최소한 부분적으로 이들 곡선이 중첩하는 호환형 이득 매질을 사용한다. 가능한 이득 매질은 루비 또는 네오디뮴 도프된 이트륨 알루미늄 가네트(YAG)와 같은 결정, 네오디뮴 도프된 유리와 같은 도프된 유리, 갈륨 아세나이드와 같은 반도체, 이산화탄소와 같은 가스, 로다민 6G와 같은 형광 염료를 포함하는 액체 또는 종래 기술에서 공지된 다른 이득 매질을 포함할 수 있다. 각 경우의 이득 매질은 크세논 플래시램프의 광, 고전압전기 방전, 고에너지 전자비임 또는 레이저와 같은 도시되지 않은 적절한 통상적인 수단에 의해 여기될 수 있다.

다중 모드 광섬유(18)를 통해 국부국(4)에 복귀된 증폭된 비임에 의한 SBS의 발생은 광섬유의 전체 단면적을 충분히 크게 만듬으로써 방지된다. SBS의 임계값은 식 gPL/A로 정의되는데, 여기서 g는 광섬유 재질의 브릴루앙 이득이고 P는 비임 출력이며, L은 광섬유 길이이고 A는 광섬유 코어 지름이다. SBS는 이 식의 값이 약 25 내지 30 값을 초과할때 발생된다. 본 발명은 100m 이상의 거리만큼 떨어져 있는 중앙국 및 국부국을 위해 사용될 수 있기 때문에, SBS의 발생은 심각한 관심사이다. SBS는 상기 식의 값을 25 미만으로 유지하기 위해 다중 모드 광섬유(18)의 지름을 늘림으로써 방지된다. 단일의 굵은 다중 모드 광섬유가 사용되어야만 하는 반면에, 매우 굵은 광섬유는 낮은 유연성을 갖게 되므로 복수의 소구경 광섬유 다발이 일반적으로 양호하다. 다중 모드 광섬유(12)에서 SBS는 또한 레이저 발진기(8)의 출력을 줄이고 증폭기(24)의 출력을 상응하게 증가시키고/거나 광섬유의 코어 및 피복 사이의 굴절 지수의 차를 줄임으로서 회피될 수 있다.

중앙국을 복수의 분리된 국부국 각각에 결합하기 위하여 여러가지 설계가 사용될 수 있다. 분리된 단일 모드 편광 보존 광섬유(12) 및 다중 모드 광섬유 다발(18)이 각 국부국을 위해 제공된다. 제3도에 도시된 한 예에서, 4개의 분리된 국부국으로부터의 다중 모드 광섬유 다발(18a,18b,18c 및 18d)의 출력은 렌즈 어레이(22a,22b,22c 및 22d)에 의해 각각 시준되고 나서 회전 가능 거울(32)에 반사되어 레이저 발진기(24)로 들어간다. 여러가지 다중 모드 광섬유 다발의 출력은 평행하지 않으므로 한번에 단지 한개의 광섬유 다발로 부터의 비임만이 증폭기(24)로 유도된다. 소정의 시각에 증폭기에 결합되지 않는 다중 모드 광섬유 다발로 부터의 저출력 비임은 거울(32)로부터 발산되거나 그 다발이 증폭기(24)와 결합할때만 어느 특정 광섬유 다발을 통해 저출력 비임이 전달되도록 그들의 국부국이 중앙국과 동기된다. 동일한 회전 가능 거울(32)의 상이한 부분을 사용할 수 있는 유사한 설계가 발진기(8)로부터의 출력을 상이한 국부국을 위한 각각의 단일 모드 편광 보존 광섬유(12)에 결합시키기 위해 사용된다.

위상 공액 및 재증폭 후에 비임은 그들 각각의 국부국으로 되돌아가는 역경로를 따른다. 거울(32)는 각 다중 모드 광섬유 다발(18a,18b,18c 및 18d)가 시분할 방식으로 증폭기와 광학적으로 결합되도록 회전된다.

다중 모드 광섬유(18a,18b,18c 및 18d)가 시분할 방식이 아니라 동시에 레이저 발진기(24)와 결합하는 다른 분배 설계가 다시 4개의 광섬유 다발의 예를 들어 제4도에 도시되어 있다. 비역(non-reciprocal) 비임 분할기(36,38 및 40)은 거울(42,44 및 46)과 함께 광섬유 출력을 증폭기(24)로 전달된 단일 비임에 결합하고 나서 증폭된 비임을 각 다중 모드 광섬유 다발로 유도되는 4개의 분리된 비임으로 분할하기 위해 증폭기(24) 및 다중 모드 광섬유 다발(18a 내지 18d) 사이에 배치된다. 상이한 국부국에서 상이한 레이저 출력이 요구되는 경우, 어떤 광섬유 다발에 다른 다발들보다 더 큰 광학적 출력을 전달하도록 비임 분할기는 비선형적으로 제조될 수 있다. 유사한 비임 분할이 단일 모드 편광 보존 광섬유(12)를 위해 제공된다. 제3도 및 제4도의 실시예의 여러가지 조합이 또한 실현될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 근회절 제한 성질을 가지고 단일 중앙국으로부터 고출력 레이저 비임을 여러개의 분리된 국부국에 제공할 수 있다. 장비의 중복성을 최소화하기 위해 더 많은 광학 요소가 중앙국에 배치될 수 있고, 고출력 비임은 SBS에 의한 감쇠없이 각 국부국에 전달될 수 있다. 본 발명의 여러가지 예시적인 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명을 여러가지로 변형 및 선택적으로 실시할 수 있다. 그러한 변형 및 선택적인 실시예는, 첨부된 특허 청구의 범위에 정해진 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고서도 고려되고 시행될 수 있다.

Claims (16)

1. 광학 비임 증폭 및 전달 시스템에 있어서, 입력 광신호의 증폭 및 위상 공액을 위하여 함께 결합된 위상 공액 거울(PCM ; 26) 및 광학 증폭기(24)를 갖고 있는 중앙국(2) ; 국부국(4) ; 광신호원을 상기 국부국에 제공하기 위한 제1광섬유(12)를 포함하여, 상기 광신호원을 상기 국부국에 공급하기 위한 수단(8,10,12,14) ; 상기 중앙국(2) 및 상기 국부국(4)을 접속하는 광섬유 수단(18) ; 및 상기 중앙국(2)에서 증폭 및 위상 공액을 위해 상기 제1광섬유로부터의 상기 신호원을 상기 광섬유 수단(18)에 결합시키고, 상기 국부국(4)에서 사용하기 위해 상기 광섬유 수단(18)으로부터 복귀된 상기 광신호를 분리하는 것으로서, 상기 국부국(4)에 있는 결합수단(16,19,20)을 포함하고, 상기 PCM(26)은 상기 광섬유 수단(18)을 통과하여 단일 경로로 전달된 동일한 출력의 회절 제한 광신호보다 상기 복귀된 광신호가 더욱 근접 회절 제한되게 하며, 상기 광섬유 수단(18)은 상기 복귀된 광신호에 의한 유도 브릴루앙 산란(SBS)를 방지하기에 충분한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광신호원을 상기 국부국에 공급하기 위한 상기 수단이 상기 중앙국에 회절 제한 광신호원 및 상기 광신호원으로부터 상기 국부국으로 상기 신호를 전달하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 전달 수단이 상기 회절 제한 광신호에 대하여 단일 모드인 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 광신호원을 상기 국부국에 공급하기 위한 상기 수단이 상기 국부국에 레이저 발진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 광섬유 수단이 상기 광신호원에 대하여 다중 모드인 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 광섬유 수단이 상기 광신호를 분할하는 다수의 광섬유를 함유하고, 상기 각각의 광섬유의 단면적이 상기 복귀 신호의 개개의 부분에 의한 SBS를 방지하기에 충분한 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 PCM이 자기 펌프 SBS PCM인 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
8. 제1항에 있어서, 제1국부국과 유사한 1개 이상의 부수적인 국부국을 더 포함하되, 상기 제1국부국과 유사한 방식으로 상기 중앙국에 의해 각 국부국에 광학 증폭이 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 결합 수단이, 상기 광신호원을 편광하고 상기 편광된 신호를 상기 광섬유 수단으로 유도하며 국부국에서의 사용을 위해 선정된 편광을 갖는 복귀 신호를 분리하는 편광 비임 분할기를 포함하고, 상기 선정된 편광으로 편광 비임 분할기로부터 수신되고 상기 분할기로 복귀되는 광신호의 편광을 회전시키기 위해 상기 편광 비임 분할기와 상기 PCM 사이의 광학 경로에 위치한 비역 편광 회전 수단 및 광학 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 광신호원을 상기 국부국에 공급하기 위한 상기 수단이 상기 중앙국에서의 회절제한 광신호원 및 상기 신호를 상기 국부국에 전달하기 위해 상기 회절 제한 광신호에 대하여 단일 모드인 편광 보존 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 장치.
11. 제1국부국에서 사용하기 위해 증폭된 상대적으로 회절 제한된 광신호를 제공하기 위한 방법에 있어서, 상대적으로 회절 제한된 광신호를 발생시키는 단계, 상기 상대적으로 회전 제한된 광신호를 상기 국부국에 제공하는 단계, 상기 상대적으로 회전 제한된 광신호를 광섬유를 통해 상기 국부국으로부터 중앙국으로 전달하는 단계, 상기 전달 중에 상대적으로 회전 제한된 광신호의 수차를 발생시키는 단계, 상기 중앙국에서 상기 전달된 신호를 위상 공액하고, 증폭하는 단계, 상기 수차가 상기 복귀 중에 상당히 보상되도록 상기 광섬유 수단을 통해 상기 국부국에 상기 위상 공액 및 증폭된 신호를 복귀시키는 단계, 및 상기 국부국으로의 복귀 중에 유도 브릴루앙 산란(SBS)이 거의 억제되도록 충분한 단면적을 갖는 상기 광섬유 수단을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 상대적으로 회절 제한된 신호가 상기 중앙국에서 발생되고 상기 국부국으로 전달되는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 상대적으로 회절 제한된 신호가 상기 상대적으로 회절 제한된 신호에 대하여 단일 모드인 광섬유를 통해 상기 국부국에 전달되는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 광섬유 수단이 상기 상대적으로 회절 제한된 수단에 대하여 다중 모드가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 방법.
15. 제12항에 있어서, 상기 상대적으로 회절 제한된 신호가 상기 제1국부국과 유사한 1개 이상의 추가의 국부국에 전달되고, 상기 국부국이 상기 제1국부국과 유사한 방식으로 상기 중앙국에 의해 광학 증폭이 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 상대적으로 회절 제한된 신호가 상기 국부국에서 발생되는 것을 특징으로 하는 광학 비임 증폭 및 전달 방법.