[논문]대기외란에 따른 SPGD 기반 결맞음 빔결합 시스템 위상제어 동작성능 분석

김한솔; 나정균; 정윤찬

doi:10.3807/kjop.2020.31.6.247

대기외란에 따른 SPGD 기반 결맞음 빔결합 시스템 위상제어 동작성능 분석
Numerical Study of SPGD-based Phase Control of Coherent Beam Combining under Various Turbulent Atmospheric Conditions 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.31 no.6, 2020년, pp.247 - 258

김한솔 (서울대학교 전기정보공학부) , 나정균 (서울대학교 전기정보공학부) , 정윤찬 (서울대학교 전기정보공학부)

초록
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본 논문에서는 대기외란에 따른 SPGD 위상제어 알고리즘 기반 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어 동작성능을 논의한다. 대기의 외란에 대한 통계적 이론을 바탕으로 전산모사를 통해 대기외란에 의한 레이저빔의 위상 및 파면 왜곡에 대한 분석과 왜곡된 빔을 통해 얻게 되는 7채널 및 19채널 결맞음 빔결합 결과를 도출하고, 이를 통해 대기외란의 정도에 따른 빔결합 시스템의 위상제어 동작성능 및 효율을 수치적으로 비교분석한다. 분석 결과, 7채널 결맞음 빔결합의 경우, 대기외란 파라미터 cn2 값이 10-13 m-2/3 까지 증가한 상황에서도 SPGD 위상제어 알고리즘을 적절히 적용할 경우 90% 이상의 빔결합 효율로 시스템의 위상 잠금이 가능하다는 것을 확인하였다. 19채널 결맞음 빔결합의 경우, 동일한 대기외란 조건에서도 대기의 굴절률 비균질성(refractive index inhomogeneity)의 영향이 더 커서 빔결합 효율이 60% 수준으로 급격하게 감소할 수 있음을 확인하였다. 또한, 대기외란이 있는 상황에서 위상잠금시점까지 요구되는 알고리즘의 반복연산 횟수와 대기현상의 변화간격을 비교분석함으로써, 다채널 결맞음 빔결합 시스템이 ㎲의 간격을 가지는 대기외란 상황에서도 정상동작을 하기 위해서는 SPGD 위상제어 알고리즘의 연산대역폭이 수백 MHz에서 수 GHz까지 확장되어야 한다는 것을 확인하였다. 향후, 대기외란이 SPGD 위상제어 알고리즘 기반 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어 동작성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고 예측하는 데 있어서 본 논문의 결과가 유용하게 활용될 수 있을 것이라 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, based on a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm we study phase control of a coherent-beam-combining system under turbulent atmospheric conditions. Based on the statistical theory of atmospheric turbulence, we carry out the analysis of the phase and wavefront distortion of a laser beam propagating through a turbulent atmospheric medium. We also conduct numerical simulations of a coherent-beam-combining system with 7- and 19-channel laser beams distorted by atmospheric turbulence. Through numerical simulations, we characterize the phase-control characteristics and efficiency of the coherent-beam-combining system under various degrees of atmospheric turbulence. It is verified that the SPGD algorithm is capable of realizing 7-channel coherent beam combining with a beam-combining efficiency of more than 90%, even under the turbulent atmospheric conditions up to cn2 of 10-13 m-2/3. In the case of 19-channel coherent beam combining, it is shown that the same turbulent atmospheric conditions result in a drastic reduction of the beam-combining efficiency down to 60%, due to the elevated impact of the corresponding refractive-index inhomogeneity. In addition, by putting together the number of iterations of the SPGD algorithm required for phase locking under atmospheric turbulence and the time intervals of atmospheric phenomena, which typically are of the order of ㎲, it is estimated that hundreds of MHz to a few GHz of computing bandwidth of SPGD-based phase control may be required for a coherent-beam-combining system to confront such turbulent atmospheric conditions. We expect the results of this paper to be useful for quantitatively analyzing and predicting the effects of atmospheric turbulence on the SPGD-based phase-control performance of a coherent-beam-combining system.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Basic schematic for the SPGD algorithm based phase control.
그림 Fig. 2. Wavefront distortion of a laser beam propagating through a turbulent medium.
$Fig. 3. Beam profiles after 2-km propagation under different atmospheric conditions: (a) <TEX>$c^2_n\sim10^{-16}m^{-2/3},\,(b)\,c^2_n\sim10^{-15}m^{-2/3},\,(c)\,c^2_n\sim10^{-14}m^{-2/3},\,and\,(d)\,c^2_n\sim10^{-15}m^{-2/3}.$</TEX>$ 그림 Fig. 3. Beam profiles after 2-km propagation under different atmospheric conditions: (a) $c^2_n\sim10^{-16}m^{-2/3},\,(b)\,c^2_n\sim10^{-15}m^{-2/3},\,(c)\,c^2_n\sim10^{-14}m^{-2/3},\,and\,(d)\,c^2_n\sim10^{-15}m^{-2/3}.$
그림 Fig. 4. Incident beam patterns for hexagonally aligned (a) 7-channel and (b) 19-channel laser beams.
$Fig. 5. 7-channel coherent beam combining results for <TEX>$c^2_n\sim10^{-16}m^{-2/3}$</TEX> : (a) combined beam profile, (b) combined beam intensity histogram, (c) combined beam intensity with respect to the SPGD algorithm iteration number, and (d) phase change of each channel beam with respect to the SPGD algorithm iteration number.$ 그림 Fig. 5. 7-channel coherent beam combining results for $c^2_n\sim10^{-16}m^{-2/3}$ : (a) combined beam profile, (b) combined beam intensity histogram, (c) combined beam intensity with respect to the SPGD algorithm iteration number, and (d) phase change of each channel beam with respect to the SPGD algorithm iteration number.
$Fig. 6. 7-channel coherent beam combining results for <TEX>$c^2_n\sim10^{-13}m^{-2/3}$</TEX> : (a) combined beam profile, (b) combined beam intensity histogram, (c) combined beam intensity with respect to the SPGD algorithm iteration number, and (d) phase change of each channel beam with respect to the SPGD algorithm iteration number.$ 그림 Fig. 6. 7-channel coherent beam combining results for $c^2_n\sim10^{-13}m^{-2/3}$ : (a) combined beam profile, (b) combined beam intensity histogram, (c) combined beam intensity with respect to the SPGD algorithm iteration number, and (d) phase change of each channel beam with respect to the SPGD algorithm iteration number.
$Fig. 7. 19-channel coherent beam combining results for <TEX>$c^2_n\sim10^{-16}m^{-2/3}$</TEX> : (a) combined beam profile, (b) combined beam intensity histogram, (c) combined beam intensity with respect to the SPGD algorithm iteration number, and (d) phase change of each channel beam with respect to the SPGD algorithm iteration number.$ 그림 Fig. 7. 19-channel coherent beam combining results for $c^2_n\sim10^{-16}m^{-2/3}$ : (a) combined beam profile, (b) combined beam intensity histogram, (c) combined beam intensity with respect to the SPGD algorithm iteration number, and (d) phase change of each channel beam with respect to the SPGD algorithm iteration number.
$Fig. 8. 19-channel coherent beam combining results: (a) and (c) combined beam profiles, (b) and (d) combined beam intensity histograms for <TEX>$c^2_n\sim10^{-15}m^{-2/3}$</TEX> and <TEX>$10^{-14}m^{-2/3}$</TEX>, respectively.$ 그림 Fig. 8. 19-channel coherent beam combining results: (a) and (c) combined beam profiles, (b) and (d) combined beam intensity histograms for $c^2_n\sim10^{-15}m^{-2/3}$ and $10^{-14}m^{-2/3}$, respectively.
$Fig. 9. 19-channel coherent beam combining results for <TEX>$c^2_n\sim10^{-13}m^{-2/3}$</TEX> : (a) combined beam profile, (b) combined beam intensity histogram, (c) combined beam intensity with respect to the SPGD algorithm iteration number, and (d) phase change of each channel beam with respect to the SPGD algorithm iteration number.$ 그림 Fig. 9. 19-channel coherent beam combining results for $c^2_n\sim10^{-13}m^{-2/3}$ : (a) combined beam profile, (b) combined beam intensity histogram, (c) combined beam intensity with respect to the SPGD algorithm iteration number, and (d) phase change of each channel beam with respect to the SPGD algorithm iteration number.
그림 Fig. 10. Required iteration number with respect to $c^2_n$ value.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 다양한 대기상황에 따른 빔의 왜곡을 전산모사하고, 이러한 빔들로 구성된 결맞음 빔결합 시스템의 SPGD 알고리즘 반복연산에 따른 결합효율을 분석한다. 또한 이를 통해 SPGD 기반의 결맞음 빔결합 시스템이 특정대기외란 상황에서도 정상적으로 동작하는지 여부를 확인하고, 또한, 최종적으로 결맞음 빔결합 시스템이 정상적으로동작하기 위해 요구되는 위상제어 속도를 도출한다.

가설 설정

진행하였다. 덧붙여 본 연구에서는 각 채널별 빔이 대기 중으로 전파하며 겪는 대기외란은 모두 동일하다고 가정하였다.
이 때, 일반적으로 결맞음 빔결합 시스템의 구현에 있어 그림 4와 같이 육각형 기반 배열의 형태가 많이 적용된다는 점을 고려하여 채널빔의 수는 7채널 그리고 19채널로 하였고, 두 경우 모두 빔형상 생성 전산모사 조건과 동일하게 2 인치 빔사이즈를 가지는 채널빔이 2 km의 거리를 전파한 후의 상황을 가정하고 결맞음 빔결합 전산모사를 진행하였다. 덧붙여 본 연구에서는 각 채널별 빔이 대기 중으로 전파하며 겪는 대기외란은 모두 동일하다고 가정하였다.

제안 방법

100회의 반복연산이 기본적으로 수행되는 위상제어 동작을 50번 독립적으로 시행하여 이를 통계적으로 분석함으로써, 전사모사된 7채널 SPGD 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어 성능을 다음과 같이 확인하였다.
7채널 경우와는 달리 19채널 경우에서는 기본 반복연산 횟수를 300회로 늘렸으며, 이상의 위상제어 동작을 7채널 경우 와 마찬가지로 50번 독립적으로 시행하여 이를 통계적으로 분석함으로써, 그 전사모사된 SPGD 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어 성능을 확인하였다.
대기중으로 전파되는 레이저의 빔형상을 대기상황에 따라 생성하고, 이를 바탕으로 대기외란에 따른 SPGD 기반의 결 맞음 빔결합 레이저를 전산모사하여 그 위상제어 동작성능 분석을 진행하였다. 이를 통해 대기외란에 의한 빔왜곡이 발 생하더라고 대기 중의 굴절률 비균질성을 나타내는   파라 미터가  ∼  m 의 값을 가지면 SPGD 알고리즘을 통한 결맞음 빔결합 시스템의 위상 제어가 99% 이상의 높은 빔결합 효율을 가지며 동작할 수 있음을 확인하였고,   파라미터가  ∼  m 의 값으로 더 커지게 되면 채널별 빔왜곡이 심해져 빔결합 효율이 현저하게 낮아짐을 확인하였다.
이는 Ⅲ절에서 알 수 있듯이, 대기외란이 현저할 경우 채널별 레이저빔이 그에 따라 왜곡되어 최종적으로 형성되는 결합 빔에 많은 국소점들이 포함될 수 있는 가능성을 내포하게 되어, 이는 결과적으로 결맞음 레이저 시스템의 위상제어 동작 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서 대기외란에 따른 SPGD 기반 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어 동작성능 분석을 위해 Ⅲ절에서 얻은 대기 상황별 빔형상을 바탕으로 SPGD 알고리즘 기반 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어 전산모사를 진행하였다.
또한 이를 통해 SPGD 기반의 결맞음 빔결합 시스템이 특정대기외란 상황에서도 정상적으로 동작하는지 여부를 확인하고, 또한, 최종적으로 결맞음 빔결합 시스템이 정상적으로동작하기 위해 요구되는 위상제어 속도를 도출한다.

성능/효과

일 때, 그리고 (b)와 (d)는   ∼  m 일 때의 결과이다. (a)의 빔형상을 통해   파라미터 값이 커짐이 따라 빔형상에 왜곡이 더 심하게 발생한 것을 볼 수 있지만, (c)에서 알 수있는 바와 같이 여전히 SPGD 알고리즘을 통한 위상제어 동  파작성능에는 큰 문제가 없음을 확인할 수 있다. 그러나  라미터 값이 더 커져 약 ^m^의 값을 가지게 되면 (b) 와 같이 빔의 왜곡이 더욱 심해지고 이에 따라 결합빔에 국소 점이 많이 형성되어 분포된 관계로 (d)에서 볼 수 있듯이 결합 빔의 첨두강도 및 효율이 확연히 감소하였음을 알 수 있다.
상대적으로 대기외란에 의한 효과가 적었던 이전 전산모사 결과들에 비해 위상제어가 원활히 이루어지지 않았다는 것을 알 수 있다. 이는 그림 9(a)의 결합 빔형 상의 전체적인 강도가 이전 결과들에 비해 확연히 낮아졌다는 점, 그리고 그림 9(b) 결합빔 강도 히스토그램을 통해서 대부분의 시행에서 결합빔의 효율이 55% 미만이고 50번의 시행에서 얻은 최대 빔결합 효율이 70% 정도로 제한되었다는 점을 통해서도 확인할 수 있다. 그림 9(c)에서 결합빔의첨두강도가 반복연산 횟수가 늘어남에 따라 증가하긴 하지만 그 증가속도가 매우 느리고 갑자기 결합빔의 강도가 크게 떨어지는 구간들이 많이 존재하는 것을 볼 수 있는데, 이는 빔이 대기외란에 의해 크게 왜곡되어 채널별 위상이 변화함에 따라 결합빔의 강도 분포에 있어서 국소점들이 과도하게 형성되었기 때문으로 추정할 수 있고, 이러한 모습은 그림 9(d)에서 SPGD 알고리즘의 반복연산 횟수가 늘어남에도 채널별 위상값들이 상호간에 경향성을 가지지 못하고 산발적으로 불규칙하게 분포하고 있다는 점을 통해서도 확인할 수 있다.
(b) 의결합빔의 형상과 결합빔의 첨두강도 히스토그램을 통해 SPGD 기반의 위상제어가 주어진 조건에서 적절히 동작함을 확인할 수 있다. 이는 7채널 결맞음 빔결합 결과에서 알 수 있듯이 대기외란에 의한 위상변이 및 파면왜곡이 심하지 않아 결합빔의 강도 분포에 있어서 국소점이 많이 형성되지 않았기 때문이다.
그러나 위상제어의 속도가 느리지만 전체적으로 SPGD 알고리즘의 반복연산 횟수가 늘어남에 따라 결합빔의 강도가 점진적으로 증가하는 것으로 보았을 때 반복연산 횟수가더 늘어나게 되면 각 채널별 위상값이 안정화되며 최종적으로 결합빔의 강도가 최대화될 것이라고 예상할 수 있다. (실제, 반복연산의 횟수를 300회로 제한하지 않고 더 늘려서 전산모사를 수행한 결과, 대략적으로 1,000회 정도의 반복연산횟수에서 결합빔의 강도가 최대화되는 것을 확인하였다).
그림 5의 (c)와 (d)는 SPGD 알고리즘의 반복연산 횟수에 따른 결합빔의 첨두강도와 채널별 위상값을 보여준다. 그 결과를 보면 빔결합이 이루어지기까지 결합빔의 첨두강도가 큰 요동 없이 점차적으로 증가하고 채널별 위상 역시 20~30회의 반복연산 후에 점차 상대적인 크기가 줄어들며 결국에는 모든 채널의 위상이 비슷한값으로 수렴함을 알 수 있다. 이를 통해 대기 중의 굴절률  파라미터가 ^m^의 크기를 비균질성을 나타내는 _가지는 경우에는 레이저빔의 위상변이 및 파면왜곡이 적어해당 조건에서는 SPGD 기반의 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어가 적절히 동작할 수 있음을 알 수 있다.
첨 두 강도 히스토그램을 살펴보면, 전체적으로 90% 이상의 빔결합 효율을 보여주고 있다. 그러나 모든 시행에서 99% 이상의 빔 ∼m의 경우와 달리 결합 효율을 보여주었던 _99% 이상의 빔결합 효율을 보여주는 시행은 50번의 시행 중 16회뿐으로 그 빈도가 확연히 줄어든 것을 알 수 있다. 이는대기의 굴절률 비균질성이 증가함에 따라 대기외란 효과 역시 증가하였기 때문이다.
그림 9(c)에서 결합빔의첨두강도가 반복연산 횟수가 늘어남에 따라 증가하긴 하지만 그 증가속도가 매우 느리고 갑자기 결합빔의 강도가 크게 떨어지는 구간들이 많이 존재하는 것을 볼 수 있는데, 이는 빔이 대기외란에 의해 크게 왜곡되어 채널별 위상이 변화함에 따라 결합빔의 강도 분포에 있어서 국소점들이 과도하게 형성되었기 때문으로 추정할 수 있고, 이러한 모습은 그림 9(d)에서 SPGD 알고리즘의 반복연산 횟수가 늘어남에도 채널별 위상값들이 상호간에 경향성을 가지지 못하고 산발적으로 불규칙하게 분포하고 있다는 점을 통해서도 확인할 수 있다. 그러나 위상제어의 속도가 느리지만 전체적으로 SPGD 알고리즘의 반복연산 횟수가 늘어남에 따라 결합빔의 강도가 점진적으로 증가하는 것으로 보았을 때 반복연산 횟수가더 늘어나게 되면 각 채널별 위상값이 안정화되며 최종적으로 결합빔의 강도가 최대화될 것이라고 예상할 수 있다. (실제, 반복연산의 횟수를 300회로 제한하지 않고 더 늘려서 전산모사를 수행한 결과, 대략적으로 1,000회 정도의 반복연산횟수에서 결합빔의 강도가 최대화되는 것을 확인하였다).
이는 SPGD 알고리즘의 대역폭은 산술적으로 채널수 증가에 비례 해 정할 수 없고, 채널수 증가분 이상으로 그 대역폭을 증가 시켜야 위상제어가 정상적으로 동작될 수 있음을 의미한다. 더 나아가 대기효과가 발생하는 시간 빈도와 빔결합이 이루 어지기까지 요구되는 적정 반복연산 횟수에 따른 위상제어 속도 비교를 통해 µs 수준의 시간 빈도를 가지는 대기외란이 존재하는 상황에서도 충분히 빠른 속도로 위상을 제어하기 위해서는 SPGD 기반의 알고리즘이 100 MHz에서 수 GHz 이상의 연산 대역폭을 가지는 하드웨어로 구현될 필요성이 있음을 확인하였다. 그러나 실제 소프트웨어 및 하드웨어 상 에 구현되는 SPGD 알고리즘의 경우, 세부 방법론적 차이가 기법에 따라 다소 존재할 수 있으므로, 본 논문에서 제시한 수치들의 일반성에 대해서는 다소의 제한성이 존재할 수 있음을 명기한다.
참고로 이상에서 전산모사된 결합빔의 첨두강도는 이상적인 조건에서 얻게 되는 결합빔 첨두강도의 최대치로 정규화하여 나타내었다. 두결과를 살펴볼 때, 결맞음 빔결합이 현 조건에서는 적절히이루어지고 있음을 알 수 있다. 그림 5의 (c)와 (d)는 SPGD 알고리즘의 반복연산 횟수에 따른 결합빔의 첨두강도와 채널별 위상값을 보여준다.
이를 통해 7채널, 19채널 결맞음 빔결합 시스템 모두 대기외란효과가 심해질수록 적절한빔결합을 위해서 요구되는 적정 반복연산 횟수가 급격하게증가함을 확인할 수 있다. 또한 현재까지 보고된 SPGD 기반의 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어보드가 수십 kHz에서수십 MHz의 연산 대역폭으로 동작한다는 점^{[9, 13, 21]}과 일반적으로 대기외란의 변화시간이 수 µs 영역대로 내려갈 수 있다는 점^[18]을 고려하면 그림 10에 나타난 것처럼 SPGD 알고리즘이 반복연산 횟수 수백 번 이내로 위상을 제어할 수 있어^^m^)의야 임의의 형태로 발생하는 일정 수준(_대기외란에 대해서도 결맞음 빔결합 시스템의 동작 성능을 적절히 유지할 수 있을 것으로 판단된다. 예를 들어, SPGD 알고리즘의 최대 적정 반복연산 횟수를 1,000회로 가정하게되면, 이를 구현하는 해당 하드웨어는 최소 100 MHz에서 수 GHz의 연산 대역폭으로 동작해야 함을 알 수 있다.
이를 통해 대기외란에 의한 빔왜곡이 발 생하더라고 대기 중의 굴절률 비균질성을 나타내는   파라 미터가  ∼  m 의 값을 가지면 SPGD 알고리즘을 통한 결맞음 빔결합 시스템의 위상 제어가 99% 이상의 높은 빔결합 효율을 가지며 동작할 수 있음을 확인하였고,   파라미터가  ∼  m 의 값으로 더 커지게 되면 채널별 빔왜곡이 심해져 빔결합 효율이 현저하게 낮아짐을 확인하였다. 또한   파라미터가  m 의 값을 가질 때, 7채널 빔결합 시스템은 100회의 반복연산을 통해 90% 이상의 빔결합 효율을 보인 반면, 19채널 빔결합 시스템은 300회의 반복연산을 통해서도 평균적으로 50~55% 수준에 머무는 빔결합 효율을 보인다는 것을 확인하였다. 이는 대기 외란 효과가 커질수록 채널별 위상값에 따른 결합빔 강도 분 포에 국소점이 많이 형성되어 포함되었기 때문이다.
때의 19채널 결맞음 빔결합전산모사 결과이다. 상대적으로 대기외란에 의한 효과가 적었던 이전 전산모사 결과들에 비해 위상제어가 원활히 이루어지지 않았다는 것을 알 수 있다. 이는 그림 9(a)의 결합 빔형 상의 전체적인 강도가 이전 결과들에 비해 확연히 낮아졌다는 점, 그리고 그림 9(b) 결합빔 강도 히스토그램을 통해서 대부분의 시행에서 결합빔의 효율이 55% 미만이고 50번의 시행에서 얻은 최대 빔결합 효율이 70% 정도로 제한되었다는 점을 통해서도 확인할 수 있다.
반복연산 횟수를 보여준다. 이를 통해 7채널, 19채널 결맞음 빔결합 시스템 모두 대기외란효과가 심해질수록 적절한빔결합을 위해서 요구되는 적정 반복연산 횟수가 급격하게증가함을 확인할 수 있다. 또한 현재까지 보고된 SPGD 기반의 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어보드가 수십 kHz에서수십 MHz의 연산 대역폭으로 동작한다는 점^{[9, 13, 21]}과 일반적으로 대기외란의 변화시간이 수 µs 영역대로 내려갈 수 있다는 점^[18]을 고려하면 그림 10에 나타난 것처럼 SPGD 알고리즘이 반복연산 횟수 수백 번 이내로 위상을 제어할 수 있어^^m^)의야 임의의 형태로 발생하는 일정 수준(_대기외란에 대해서도 결맞음 빔결합 시스템의 동작 성능을 적절히 유지할 수 있을 것으로 판단된다.
대기중으로 전파되는 레이저의 빔형상을 대기상황에 따라 생성하고, 이를 바탕으로 대기외란에 따른 SPGD 기반의 결 맞음 빔결합 레이저를 전산모사하여 그 위상제어 동작성능 분석을 진행하였다. 이를 통해 대기외란에 의한 빔왜곡이 발 생하더라고 대기 중의 굴절률 비균질성을 나타내는   파라 미터가  ∼  m 의 값을 가지면 SPGD 알고리즘을 통한 결맞음 빔결합 시스템의 위상 제어가 99% 이상의 높은 빔결합 효율을 가지며 동작할 수 있음을 확인하였고,   파라미터가  ∼  m 의 값으로 더 커지게 되면 채널별 빔왜곡이 심해져 빔결합 효율이 현저하게 낮아짐을 확인하였다. 또한   파라미터가  m 의 값을 가질 때, 7채널 빔결합 시스템은 100회의 반복연산을 통해 90% 이상의 빔결합 효율을 보인 반면, 19채널 빔결합 시스템은 300회의 반복연산을 통해서도 평균적으로 50~55% 수준에 머무는 빔결합 효율을 보인다는 것을 확인하였다.

후속연구

예를 들어, SPGD 알고리즘의 최대 적정 반복연산 횟수를 1,000회로 가정하게되면, 이를 구현하는 해당 하드웨어는 최소 100 MHz에서 수 GHz의 연산 대역폭으로 동작해야 함을 알 수 있다. 따라서다양한 대기외란 환경에서도 우수한 위상제어 성능을 보이는 결맞음 빔결합 레이저 시스템의 개발을 위해서는 추가적인 SPGD 알고리즘의 개선 및 위상제어보드의 동작속도 향상 등이 요구된다고 하겠다.
그러나 실제 소프트웨어 및 하드웨어 상 에 구현되는 SPGD 알고리즘의 경우, 세부 방법론적 차이가 기법에 따라 다소 존재할 수 있으므로, 본 논문에서 제시한 수치들의 일반성에 대해서는 다소의 제한성이 존재할 수 있음을 명기한다. 본 논문에서 제시한 기법 및 결과는 향후, 대 기외란이 SPGD 위상제어 알고리즘 기반 결맞음 빔결합 시스템의 위상제어 동작성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석하고 예측하는데 유용하게 활용될 수 있을 것이라 기대된다
본 연구에서는 채널별 빔이 대기 중으로 전파하며 겪는 대기외란이 모두 동일하다는 가정을 하고 결맞음 전산모사를진행하였지만, 실제의 경우, 채널별 빔이 겪는 대기외란은어느 정도는 유사하겠지만 완벽히 동일하다고는 생각할 수없고, 이는 최종 결합되는 빔에 대하여 추가적인 국소점 형성 유발 요인이 될 것이므로, SPGD 알고리즘으로 위상제어를 적절히 구현함에 있어서 요구되는 적정 반복연산 횟수가더 늘어날 것이라고 생각할 수 있다. 따라서 결맞음 빔결합시스템이 실험실 밖 환경, 즉, 대기외란 상황에서도 정상적으로 동작을 하기 위해서는 SPGD 알고리즘 및 해당 하드웨어의 성능이 그에 맞게 설계되고 구비되어야 할 것이다.

참고문헌 (24)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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