III. 연구개발 내용 및 결과 광섬유 레이저 개발 1. 출력 ~ 15 W, 펄스폭, 반복율, 스펙트럼, M2 : ~20 nsec, 100 kHz, < 1 nm, M2〈1.5 2. 최종 증폭단의 전류 제어 100 Hz ~ 1,000 Hz 출력 변조 기능 3. 발진기 펄스 정형을 통한 비선형 현상 발생 억제
중적외선 파장 변환기 개발 1. PPMgLN의 변환 효율〉30% (Band I, II, IV에서 1 W 이상) 2. 중적외선 beam diverg
III. 연구개발 내용 및 결과 광섬유 레이저 개발 1. 출력 ~ 15 W, 펄스폭, 반복율, 스펙트럼, M2 : ~20 nsec, 100 kHz, < 1 nm, M2〈1.5 2. 최종 증폭단의 전류 제어 100 Hz ~ 1,000 Hz 출력 변조 기능 3. 발진기 펄스 정형을 통한 비선형 현상 발생 억제
중적외선 파장 변환기 개발 1. PPMgLN의 변환 효율〉30% (Band I, II, IV에서 1 W 이상) 2. 중적외선 beam divergence < 5 mrad - 1 um 광섬유레이저 출력의 집속 변경 및 렌즈 거리를 조절하여 z0~z0’ - 공진기 내에서 모드 직경 조절 - 비선형 결정 길이 조절
(출처 : 요 약 문 4p)
Abstract▼
III. research contents and results Development of the fiber laser 1. output power ~ 15 W, pulse width, repetition rate, spectrum, M2 : ~20 nsec, 100 kHz, < 1 nm, M2<1.5 2. Current control of the final amplifier stage 100 Hz ~ 1,000 Hz Output power modulation 3. Nonl
III. research contents and results Development of the fiber laser 1. output power ~ 15 W, pulse width, repetition rate, spectrum, M2 : ~20 nsec, 100 kHz, < 1 nm, M2<1.5 2. Current control of the final amplifier stage 100 Hz ~ 1,000 Hz Output power modulation 3. Nonlinear phenomena Inhibition by using the pulse reshaping of oscillator
Development of middle-infrared wave modulator 1. Conversion efficiency of PPMgLN > 30% (>1 W in the Band I, II, IV) 2. middle-infrared beam divergence < 5 mrad - changing the focusing of the 1 um fiber laser output or adjusting the distance of the lens z0〜z0’ - control the mode diameter in the Resonator - Adjust the length of nonlinear crystal
(출처 : SUMMARY 6p)
목차 Contents
표지 ... 1
제출문 ... 2
요약문 ... 3
SUMMARY ... 5
목차 ... 7
제1장 서론 ... 19
제1절 연구개발 개요 ... 19
1. 연구개발 범위 ... 19
가. 다중대역 광섬유 레이저 개념도 ... 19
나. 기술의 중요성 ... 20
1-2. 필요성 ... 21
가. 기술적 측면 ... 21
나. 사회적/경제적 측면 ... 21
다. 군사적 측면 ... 21
2. 중요성 및 파급효과 ... 21
2-1. 중요성 ... 21
가. 기술적 측면 ... 21
나. 사회적/경제적 측면 ... 22
다. 군사적 측면 ... 24
2-2. 파급효과 ... 25
가. 기술적 측면 ... 25
나. 경제적·산업적 측면 ... 26
다. 군사적 측면 ... 28
제2장 국내외 기술개발 현황 ... 30
제1절 국내·외 기술 현황 ... 30
1. 국내·기술 동향 및 수준 ... 30
가. 지금까지의 연구개발 실적 ... 30
나. 주요 기관 및 업체별 연구개발 실적 ... 31
2. 국외·기술 동향 및 수준 ... 34
가. 지금까지의 연구개발 실적 ... 34
나. 연구개발 또는 사업화 단계 ... 36
3. 국내·외 시장 현황 ... 46
3-1. 국내·외 시장 규모 및 수출·입 현황 ... 46
3-2. 국내·외 주요 수요처 현황 (2013년도 기준) ... 46
4. 국내·외 경쟁기관 현황 ... 47
4-1. 본 기술/제품과 직접적 경쟁관계에 있는 국내·외 기관·기업 현황 ... 47
5. 국내·외 지식재산권 현황 ... 48
5-1. 관련 기술/제품의 국내 지식재산권(특허 등) 현황 ... 48
5-2. 관련 기술/제품의 국외 지식재산권(특허 등) 현황 ... 48
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 49
제1절 다중대역 광섬유 레이저 제작 ... 49
1. 3단 증폭 광섬유 레이저 제작(100 ns, 100kHz) ... 49
1-1. 광섬유레이저 기본 설계 ... 49
1-2. 상세 설계 ... 50
가. 시드빔 발생기 ... 50
(1) 시드빔 발생기 제품 스펙 확정('11. 04) ... 51
(2) 시드빔 발생기 제품 선정('11. 06) ... 51
나. 펌핌용 LD ... 51
(1) 펌핑용 LD 제품 스펙 확정('11. 04) ... 51
(2) 펌핑용 LD 제품 스펙('11. 06) ... 51
다. 증폭기용 광섬유 ... 51
(1) 증폭기용 광섬유 제품 스펙 확정('11. 04) ... 51
(2) 증폭기용 광섬유 제품 선정('11. 06) ... 52
라. 광고립기 ... 52
(1) 광고립기 제품 스펙 확정('11. 04) ... 52
(2) 광고립기 제품 선정('11. 06) ... 52
마. 펌프빔 결합기 ... 52
(1) 펌프빔 결합기 제품 스펙 확정('11. 04) ... 52
(2) 펌프빔 제품 선정('11. 06) ... 52
1-3. 보충 조립 ... 53
가. 레이저 다이오드 설계기준 및 요건 분석 ... 53
(1) 시드빔 발생기 설계기준 및 요건 분석 ... 53
(2) 펌핑 LD 설계기준 및 요건 분석 ... 53
나. 시드빔 발생기 선정 ... 54
(1) 시드빔 발생기 세부 사양 검토 ... 54
(2) 시드빔 발생기 제품 선정 및 구매 ... 54
다. 펌핑용 레이저 다이오드(LD) 선정 및 구매 ... 56
(1) 펌핑 LD 세부 사양 검토 ... 56
(2) 펌핑 LD 제품 선정 및 구매 ... 56
1-4. 광섬유 레이저 제작 ... 57
가. 구성품 발주 ... 57
(1) 광섬유 레이저 조립 절차서 작성 ... 57
나. 구성품 입고 ... 58
(1) 주요 구성품 입고('11. 9) ... 58
다. 시드빔 LD 특성 측정 ... 58
(1) 시드빔 LD 및 제어 S/W ... 58
라. 출력 특성 ... 58
(1) 출력 측정 실험 장치 구성 ... 58
(2) 연속 발진 출력 ... 59
(3) 펄스 발진 출력 ... 60
마. 파형 특성 ... 60
(1) 파형 측정 실험 장치 구성 ... 60
바. 스펙트럼 특성 ... 62
(1) 스펙트럼 측정 실험 장치 구성 ... 62
1-5. 펌핑 LD 특성 측정 ... 63
가. 출력 특성 ... 63
나. 스펙트럼 특성 ... 63
1-6. 1차 증폭기 구성 ... 64
가. 편광 및 삽입손실 측정 ... 64
1-7. 광섬유 레이저 설계 변경 ... 67
1-8. 1차 증폭기 ... 68
가. 750㎽ 펌프 LD 특성 측정 ... 68
나. 1차 증폭기 구성 ... 69
다. 스펙트럼 특성 ... 69
라. 출력 특성 ... 70
마. 1차 증폭기 최종 결과 ... 71
1-9. 2차 증폭기 ... 71
가. 9W 펌핑 LD 특성 측정 ... 71
나. 2차 증폭기 구성 ... 72
다. 출력 특성 ... 73
라. 파형 특성 ... 74
마. 스펙트럼 특성 ... 74
1-10. 3차 증폭기 ... 75
가. 25W 펌프 LD 특성 측정 ... 75
나. 3차 증폭기 구성 ... 77
다. 100㎑, 100ns 특성 ... 79
라. 100㎑, 80ns 특성 ... 80
마. 100㎑, 40ns 특성 ... 81
바. 100㎑, 20ns 특성 ... 82
사. 성능 평가 ... 83
아. 패키징 ... 84
자. 빔 프로파일 ... 84
차. 편광구분율(PER) ... 85
2. 2단 증폭 광섬유 레이저 제작(20 ns, 100㎑, 50 ㎑) ... 86
2-1. 2단 증폭 광섬유 레이저 제작 (20 ns, 100㎑) ... 86
가. 1차 증폭기 LD 출력 및 스펙트럼 특성 (9 [W] 출력) ... 86
(1) 측정 장비 ... 86
(2) 9W Pump LD 출력 파장 및 레이저 출력 ... 86
(3) FBG LD 출력 파장 ... 87
(4) FBG LD 레이저 출력 ... 87
나. 2차 증폭기 LD 레이저 출력 및 스펙트럼 특성 (30 [W]) ... 88
(1) 측정 장비 ... 88
(2) 30W Pump LD 출력 파장 및 레이저 출력 ... 88
다. Seed Laser 특성 분석 ... 89
(1) 전치 증폭기 레이저 출력 특성 ... 89
(가) 측정 장비 ... 89
(나) 측정 결과 ... 89
(2) 메인 증폭기 특성 분석 ... 90
(가) 측정 장비 ... 90
(나) 메인 증폭기 레이저 출력 파형 ... 90
(다) 메인 증폭기 파장 분석 ... 91
(라) 메인 증폭기 레이저 출력 특성 ... 92
라. Seed Laser 구성품 특성 ... 93
(1) Seed Laser 조립체 ... 93
(2) 방열판 ... 93
(3) 구리 Plate ... 93
2-2. 2단 증폭 광섬유 레이저 제작(20 ns, 50 ㎑) ... 94
가. 광섬유 증폭기 구성 ... 94
나. 광펌핑을 위한 시스템 ... 95
다. 음향과 변조기(AOM)를 사용한 광섬유 증폭기 ... 96
(1) 전치증폭기(Pre-amplifier) 출력 측정 ... 96
(2) 주 증폭기(Main-amplifier) 출력 측정 ... 96
라. Seed Laser diode driver module을 이용한 전치 증폭기의 특성 ... 97
(1) Seed LD driver module ... 97
(2) 씨드 레이저 스펙트럼 측정 ... 98
(3) Seed LD driver module을 이용한 전치 증폭기 출력 측정 ... 98
(4) 전치 증폭기 스펙트럼 측정 ... 99
(5) 대역 통과 필터(band pass filter) 사용한 전치 증폭기 스펙트럼 측정 ... 99
(6) 전치증폭기 펄스폭과 반복률 측정 ... 100
(가) 펄스폭 측정 ... 100
(나) 반복률 측정 ... 100
마. 주 증폭기의 특성 ... 101
(1) 펄스 상단의 요동(fluctuation) ... 101
(2) 주 증폭기의 출력 ... 101
(3) 주 증폭기의 스펙트럼 측정 ... 102
바. 1064 ㎚의 광섬유 레이저의 특성 ... 102
(1) 펄스 폭 20 ns 일 때 반복률에 따른 출력 ... 102
(2) 반복률 50 ㎑ 일 때 펄스폭에 따른 출력 ... 103
제2절 OPO 설계 및 분석에 관한 연구 ... 104
1. 연구 수행내용 ... 104
가. 개발 요구 내용 ... 104
(1) 개요 ... 104
(2) 연구개발 목표 ... 104
나. 개발 개념 ... 104
(1) 비선형 광학 결정 ... 104
(2) 공진기 구조 ... 106
(3) 파장변환 개념도 ... 108
다. 연구 수행 내용 ... 109
(1) 비선형 광학 결정의 선정 ... 109
(2) Mg:LiNbO₃ 분극 주기 계산 ... 111
(3) ZGP 위상정합 계산 ... 114
(4) 공진기 및 입·출력경 설계 ... 115
2. 연구결과 ... 120
가. 연구개발 성과 ... 120
3. 연구내용 ... 120
가. 공진기 구조 및 비선형 결정 ... 120
나. 입출력경의 곡률 계산 ... 122
다. 입출력경의 반사율 계산 ... 122
라. Oven 및 온도 조절 장치 제작 ... 123
마. Nd:YAG 레이저를 이용한 파장변환 실험 ... 123
사. OPO 파장변환 모듈 제작 ... 125
3-1. OPO 공진모드 정렬 (C70/R100/R100) ... 126
제3절 중적외선 파장 가변 광원 제작 ... 130
1. 이론적 접근방법 ... 130
가. 레이저 구조 조립체 ... 130
(1) 레이저다이오드 방열 해석 ... 130
(2) 시스템 방열 해석 ... 132
나. 빔전송 광섬유 조립체 ... 133
(1) 접속 광학계 구성 ... 133
(가) 렌즈 집속형 ... 133
(나) Non-Imaging Homogenizer ... 133
(다) Imaging Homogenizer ... 133
(2) Homogenizer ... 134
(3) Homogenizer 분석 결과 ... 137
(가) 계산 조건 ... 138
(나) LA1과 LA2 거리에 대한 Fresnel Number ... 138
(다) LA1과 LA2 거리에 대한 초점면에서의 빔직경 ... 139
(4) 빔전송 광섬유 ... 140
2. 실험적 접근방법 ... 141
가. 레이저 구조 조립체 ... 141
(1) 레이저다이오드 방열 실험 ... 141
(가) 실험 1 결과 ... 143
(나) 실험 2 결과 ... 151
(다) 실험 3 결과 ... 160
(라) 실험 4 결과 ... 164
(마) 실험 5 결과 ... 170
(바) 실험 6 결과 ... 174
나. 빔전송 광섬유 조립체 ... 179
(1) 빔전송 광섬유 투과 특성 실험 ... 179
(가) 실험장치 구성 ... 179
(나) 실험 결과 ... 179
3. 연구내용 ... 181
4. 연구결과 ... 182
가. 주프레임 (광섬유 레이저 조립체) ... 182
나. OPO 파장가변기 하우징 ... 183
다. 통신회로카드조립체 ... 185
라. 빔전송 광섬유 조립체 ... 185
제4절 고속전류 제어 전원장치 개발 ... 188
1. 연구 개발 성과 ... 188
2. 연구 개발 수행 내용 및 결과 ... 191
2-1. 시드빔 발생기 전원 장치 ... 191
가. 시드빔 발생기 전원 장치 설계 ... 191
나. 시드빔 발생기 전원 장치 분석 ... 193
(1) Bias Current 제어 ... 193
(2) Modulation Current 제어 ... 193
(3) Temperature제어 ... 194
(4) Pulse 제어 ... 194
(5) Seed LD 장착 ... 195
다. 시드빔 발생기 전원장치 구동 test ... 196
(1) 인가 전류 파형 측정 시드빔 발생기 대신 RWB 100A를 이용하였다. ... 196
(가) 측정장비 ... 196
(나) 측정 결과 ... 196
(2) 시드빔 발생기 동작 파형 측정 ... 197
(가) 측정장비 ... 197
(나) 측정결과 ... 197
(3) 시드빔 발생기 출력 측정 ... 198
(가) 측정장비 ... 198
(나) 측정결과 ... 198
(4) 자체 개발 High speed LD driver ... 199
(가) 측정장비 ... 199
(나) 측정결과 ... 199
2-2. 증폭기용 LD 전원장치 ... 201
가. 증폭기용 LD 전원장치 설계 ... 201
(1) 장치 구성 ... 201
(가) 구성도 ... 201
나. 증폭기용 LD 전원장치 제작 ... 202
(1) 공급 전원 ... 202
(2) 사용 제한 ... 202
(3) 주요기능 ... 202
다. 증폭기용 LD 전원장치 구동 결과 ... 203
(1) LD에 인가되는 전류 파형 ... 203
(가) 측정 장비 ... 203
(나) 측정 결과 ... 203
(2) LD 출력 측정 ... 204
(가) 측정 장비 ... 204
(나) 측정결과 ... 204
2-3. 외부제어장치 ... 205
가. 외부제어장치 설계 ... 205
나. 장치 구성 ... 205
다. 모드 설정 및 동작 특성 ... 206
(1) Timer(LE4S) 정격 및 성능 ... 206
(2) 출력 동작 모드 ... 207
(가) Pulse mode (Flicker mode) ... 207
(나) 연속 출사 모드 (Interval mode) ... 208
(3) 출력 모드 설정 ... 209
(가) Flicker mode 설정 ... 209
(나) Interval Mode설정 ... 210
라. 외부제어장치 구동 결과 ... 212
(1) 측정 장비 ... 212
(2) 측정 결과 ... 212
2-4. 메인 전원 공급 장치 ... 213
가. 메인 전원 공급 장치 설계 ... 213
(1) 시드빔 발생기(소비 전력 : 9.5 [W]) ... 213
(2) 증폭기용 LD 전원 장치(소모 전력 : 226 [W]) ... 214
(3) 온도안정화 장치(소모전력 : 149.4 [W]) ... 214
나. 다중대역 광섬유 레이저 전원 공급 장치 구동 테스트 ... 215
(1) Seed LD Driver(소비 전력 : 30 [W]) ... 215
(가) 측정 장비 ... 215
(나) 측정 결과 ... 215
(2) 1차 증폭기용 LD 전원 장치(소모 전력 : 24 [W]) ... 216
(가) 측정 장비 ... 216
(나) 측정 결과 ... 216
(3) 2,3차 증폭기용 LD의 TEC 전원 장치(소모 전력 : 96 [W]) ... 217
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