[논문]단순화된 Pockels cell Q-switch용 구동기 개발 및 특성에 관한 연구

박구렬; 정종한; 홍정환; 김병균; 문동성; 김휘영; 김희제; 조정수

단순화된 Pockels cell Q-switch용 구동기 개발 및 특성에 관한 연구
A study of the development of a simple driver for the Pockels cell Q-switch and Its characteristics 원문보기

박구렬 (부산대학교 전기공학과) , 정종한 (부산대학교 전기공학과) , 홍정환 (부산대학교 전기공학과) , 김병균 (부산대학교 전기공학과) , 문동성 (부산대학교 전기공학과) , 김휘영 (동주대학 컴퓨터정보통신학과) , 김희제 (부산대학교 전기공학과) , 조정수 (부산대학교 전기공학과)

In the technique of Q-switching, very fast electronically controlled optical shutters can be made by using the electro-optic effect in crystals or liquids. The driver for the Pockels cell must be a high-speed, high-voltage switch which also must deliver a sizeable current. Common switching techniques include the use of vacuum tubes, cold cathode tubes, thyratrons, SCRs, and avalanche transistors. Semiconductor devices such as SCRs, avalanche transistors, and MOSFETs have been successfully employed to drive Pockels cell Q-switch. In this study, a simple driver for the Pockels cell Q-switch was developed by using SCRs, pulse transformer and TTL ICs. The Pockels cell Q-switch which was operated by this driver was employed in pulsed Nd:YAG laser system to investigate the operating characteristics of this Q-switch. And we have investigated the output characteristics of this Q-switch as a function of the Q-switch delay time to Xe flashlamp current on.

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문제 정의

본 연구에서는 이러한 전기광학효과를 갖는 Pockeis cell을 Q-switch로 사용하기 위하여 이를 구동 시킬 수있는 보다 단순한 구조의 구동기를 SCR과 TTL IC 및 펄스트랜스로 설계 몇 제작하였다, 또, 이롤 사용한 Q-switch의 동작특성을 알아보기 위하여 Nd:YAG 레이저 시스템에 설치하였고, Q-swiMhing 된 레이저 출력특성과 Q-switching 지연시찬에 따른 레이저 출력특성에 관하여 연구하였다.

제안 방법

5X1초의 펄스시간이 106W도의 첨두출력을 낸다.[5] Pockeis cell-i- 이용한 Q-switching에는 off-switching 방식과 on-switching 방석외 두 가지 구동방식이 았는데, 본 연구에서는 on-switching 방식을 채택하여 시스템을 똥작시키도특 하였다. 이 방식은 Pockeis cell에 전기장을 인가하지 않을퍠 레이저 공진기는 레이저 발진을 일으키지 못하고, 전기장이 인가 되었율때 매우 짧은 고첨두의 출력을 발생시키는 것이다
4kV(20t 상온기준)에서 동작하는 것이다. 또, 그 1/4-파장 전압은 주위 온도가 1ºC 상승함에 따라 약 50V씩 상승하는 것으로 되어 있으므로, 이를 동작시키기 위한 최종 1/4-파장 전압은 실온 24ºC를 기준하여 약 3.6kV로 정하였다. 회로의 동작은 상용전원 220V를 2배압 회로를 거쳐 약 600V의 DC로 만들고 이를 C₂에 충전시켜 SCR의 turn-on에 의해 펄스 트랜스로 승압된 고압 펄스를 Pockels cell에 전달하게 되어 있다.
또한, 그 특성을 알아보기 위하여 Nd:YAG 레이저 시스템에 설치하여 실험하였다. 이 구둉기는 SCR, TTL IC.
Pockels 1!로 구현하기 위하여 노다 단순화된 Pockels cell Q-switch용 구동기를 설계하고 이를 제작하였다. 또한, 그 특성을 알아보기 위하여 Nd:YAG 레이저 시스템에 설치하여 실험하였다.
실험은 입력에너지를 가변시켜 가면서 각 입력에너지예 대한 Qrwitch가 없는 보통의 레이저 출력과 같은 조건하에서 Q-switching 된 레이저의 출력을 비교하며 실험하였다. 그림 6은 Nd:YAG 레이저 시스헴의 충전 콘덴서의 충전 전압에 따른 Q-switching 된 레이저 출력과 그렇지 않은 레이저 출력의 zi랰프이다.
구동기의 회로도이다. 이는 기존의 Pockels cell Q-switch 구동기보다 더 단순한 구조로 실현하기 위하여 SCR과 TTL IC 및 펄스 트랜스로 설계 및 제작하였다. Pockels cell에 인가하는 1/4.
이 구둉기는 SCR, TTL IC. 펄스 트랜스률 사용하여 때우 간단한 구조로 회로 구성을 하였고, Xl플래쉬 프의 점등에 대한 1/쇄-파장 전압의 delay time을 손섭게 제어 할 수 있게 하였다. 이 구동기에서 출력되는 1/4-장 전압은 약 2의 펄스폭을 가진 3.

대상 데이터

이는 기존의 Pockels cell Q-switch 구동기보다 더 단순한 구조로 실현하기 위하여 SCR과 TTL IC 및 펄스 트랜스로 설계 및 제작하였다. Pockels cell에 인가하는 1/4.파장 전압은 Pockels cell의 type에 따라 달라지는데 본 연구에서 사용된 Pockels cell은 종형 KD*P 결정으로 제작된 것으로 Nd:YAG 레이저의 1064nm의 광파장에 대하여 약 3.4kV(20t 상온기준)에서 동작하는 것이다. 또, 그 1/4-파장 전압은 주위 온도가 1ºC 상승함에 따라 약 50V씩 상승하는 것으로 되어 있으므로, 이를 동작시키기 위한 최종 1/4-파장 전압은 실온 24ºC를 기준하여 약 3.

이론/모형

이와 같이 Q-switching은 레이저 공진기의 Q값을 감소시켰다가 갑자기 증가시키는 것이다. 레이저를 Q-switching하는 방법에는 고속 회전 end-mirror 방법, electro- optic switch 방법. 포화흅수체 cell 방법 등 크게 3가지가 쓰이고 있다.

후속연구

하지만, 이 Q-switching 된 레이저 출력은 수 십 의 펄스폭을 가지므로, 그 첨두치는 수십로 예상된다. 차후 더 은 자세한 실혐을 진헹하여 정확한 Q-swiMhin흥 된 레이저 빔 모양 및 첨두치를 측정하고, 계속적인 실험을 통하역 설계된 구동기외 회로를 계속적으로 보완해 갈 것이다.

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