초록 ▼

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
• (가) 측정 장비 ... 217
• (나) 측정 결과 ... 217
• (4) OPO파장가변기 OVEN 전원 장치(소모 전력 : 30 [W]) ... 218
• (가) 측정 장비 ... 218
• (나) 측정 결과 ... 218
• (5) FBG LD 출력 특성 ... 219
• (가) 측정 장비 ... 219
• (나) FBG LD 출력 파형 ... 219
• 제3절 온도안정화장치 개발 ... 220
• 1. 개요 ... 220
• 2. 설계조건 ... 220
• 3. 설계 및 제작 ... 221
• 가. 온도제어장치 ... 221
• 나. OPO OVEN ... 226
• 다. LD 방열판 ... 228
• 라. 파워 드라이버 방열판 ... 232
• 마. TEC 선정 및 구동전원 ... 233
• 바. 방열팬 ... 234
• 사. 케이스 ... 235
• 4. 시험 및 결과 ... 237
• 가. OPO OVEN ... 237
• 나. 펌핑 LD 방열시험 ... 240
• 다. 시스템 시험 ... 244
• 제6절 광섬유 융착기술 개발 ... 245
• 1. 연구결과 ... 245
• 가. 연구개발 성과 ... 245
• (1) 제반사항을 고려하여 증폭기용 광섬유 설계 및 선정 ... 245
• (2) 광섬유 융착접합 기술 개발 ... 245
• (3) 광섬유 융착 기술에 따른 융착 및 성능 시험 ... 245
• 2. 연구내용 ... 245
• 가. 증폭기용 광섬유 설계/선정 ... 245
• (1) 증폭기용 광섬유의 요구조건 ... 245
• (2) 선정된 증폭기용 광섬유 ... 246
• 나. 광섬유 융착접합 기술개발 ... 247
• (1) 광섬유 융착접합 및 접합손실 ... 247
• (2) 광부품의 선정 및 광섬유 매칭 ... 248
• (가) 시드빔 LD의 피그테일 광섬유 ... 248
• (나) 광고립기의 피그테일 광섬유 ... 248
• (다) 펌프빔 LD의 피크테일 광섬유 ... 248
• (라) 전치 증폭기용 펌프빔 결합기(ITF사 PMC0211C4817A 모델) 피그테일 광섬유 ... 248
• (마) 주 증폭기용 펌프빔 결합기(ITF사 PMC06112631A 모델) 피그테일 광섬유 ... 249
• (3) 광섬유 융착접합의 최적화 조건 ... 249
• (가) 광섬유 융착기 ... 249
• (나) 융착접합 최적화 조건 ... 249
• 다. 광섬유 융착기술에 따른 융착 및 성능 시험 ... 250
• (1) 광섬유 레이저 제작 ... 250
• (가) 광섬유 융착 기술을 적용하여 전치 증폭기 조립 ... 250
• (나) 광섬유 융착 기술을 적용하여 2단 증폭기 조립 ... 250
• (다) 광섬유 융착 기술을 적용하여 3단 증폭기 조립 ... 250
• (2) 융착 성능 시험 ... 251
• (가) 융착 성능 측정 시스템 구축 ... 251
• (나) 측정 결과 ... 251
• (3) 광섬유 레이저 조립체 내구성 향상 ... 251
• (가) 광섬유 융착 부위의 리코딩 ... 251
• (나) 출력 광섬유 끝단의 처리 ... 251
• (다) 증폭자발방출(ASE)의 차단 ... 252
• (라) 펌프빔과 신호빔의 구별 ... 252
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 253
• 제1절 (주)두산DST ... 253
• 1. 연구목표 및 목표달성도 ... 253
• 제2절 (주)LIG넥스원 ... 254
• 1. 연구목표 및 목표달성도 ... 254
• 2. 대외기여도 ... 255
• 제3절 (주)한빛레이저 ... 256
• 1. 연구목표 및 목표달성도 ... 256
• 제4절 (주)코시스텍 ... 259
• 1. 연구목표 및 목표달성도 ... 259
• 가. 1차년도 ... 259
• 나. 2차년도 ... 260
• 2. 중요내용 변경사항 ... 260
• 3. 관련분야 기술발전 기여도 ... 261
• 제5절 (주)파이버프로 ... 262
• 1. 연구목표 및 목표달성도 ... 262
• 2. 관련분야의 기술발전에의 기여도 ... 263
• 가. 다중대역 광섬유 레이저에 대한 기억 ... 263
• 제6절 (주)큐에스아이 ... 264
• 1. 연구 목표 및 목표달성도 ... 264
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 265
• 제1절 기업화 추진 방안 및 상용화 계획 ... 265
• 1. (주) 두산DST ... 265
• 가. 추가연구의 필요성 ... 265
• 2. (주)LIG넥스원 ... 266
• 가. 추가연구의 필요성 ... 266
• 나. 타 연구에의 응용 ... 266
• 3. (주)한빛레이저 ... 267
• 가. 추가연구의 필요성 ... 267
• 나. 기업화 추진 방안 ... 268
• (1) 사업화 제품/기술의 시장 적용 방안 ... 268
• (가) 반도체 분야 ... 268
• (나) 디스플레이 분야 ... 269
• (다) 태양광 분야 ... 269
• (라) LED 산업 ... 269
• (마) PCB 및 실장 분야 ... 270
• (2) 비즈니스 모델 / 수익모델 ... 270
• (3) 시장진입 및 마케팅 계획 ... 270
• (가) Mobile 분야 ... 270
• (나) 반도체 ... 271
• (다) FPD ... 271
• (라) 자동차 ... 271
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