고출력 펄스 레이저 (전광섬유 MOPA 구조)

고출력 펄스 레이저전체 섬유 MOPA 구조

광섬유 레이저의 주요 구조 유형에는 단일 공진기, 빔 결합 및 마스터 발진 전력 증폭기(MOPA) 구조가 있습니다. 그중에서도 MOPA 구조는 고성능 구현 가능성 때문에 현재 연구의 핵심 주제 중 하나로 떠오르고 있습니다.펄스 레이저펄스 폭과 반복 주파수를 조절할 수 있는 출력(펄스 폭 및 반복 주파수라고 함).

MOPA 레이저의 작동 원리는 다음과 같습니다. 주 발진기(MO)는 고성능 시드 광원입니다.반도체 레이저이 시스템은 직접 펄스 변조를 통해 조정 가능한 파라미터를 가진 시드 신호광을 생성합니다. FPGA(Field Programmable Gate Array) 메인 제어 보드는 조정 가능한 파라미터를 가진 펄스 전류 신호를 출력하며, 이 신호는 구동 회로에 의해 제어되어 시드 광원을 구동하고 시드광의 초기 변조를 완료합니다. FPGA 메인 제어 보드로부터 제어 명령을 받은 펌프 광원 구동 회로는 펌프 광원을 가동하여 펌프광을 생성합니다. 시드광과 펌프광은 빔 스플리터를 통해 결합된 후, 각각 2단 광 증폭 모듈 내의 Yb3+ 도핑된 이중 클래드 광섬유(YDDCF)에 주입됩니다. 이 과정에서 Yb3+ 이온은 펌프광의 에너지를 흡수하여 역전 분포를 형성합니다. 이후, 진행파 증폭 및 유도 방출 원리에 따라 시드 신호광은 2단 광 증폭 모듈에서 높은 출력 이득을 얻어 최종적으로 고출력 신호를 출력합니다.나노초 펄스 레이저최대 출력 증가로 인해 증폭된 펄스 신호는 이득 클램핑 효과로 인해 펄스 폭 압축을 겪을 수 있습니다. 실제 응용 분야에서는 출력 전력과 이득 효율을 더욱 향상시키기 위해 다단 증폭 구조가 종종 사용됩니다.

MOPA 레이저 회로 시스템은 FPGA 메인 제어 보드, 펌프 광원, 시드 광원, 구동 회로 보드, 증폭기 등으로 구성됩니다. FPGA 메인 제어 보드는 시드 광원을 구동하여 파형, 펄스 폭(5~200ns), 반복률(30~900kHz)을 조절할 수 있는 펄스 전기 신호를 생성함으로써 MW급의 원시 시드 광 펄스를 출력합니다. 이 신호는 아이솔레이터를 통해 전치 증폭기와 주 증폭기로 구성된 2단 광 증폭 모듈에 입력되고, 최종적으로 콜리메이션 기능을 갖춘 광 아이솔레이터를 통해 고에너지 단펄스 레이저를 출력합니다. 시드 광원에는 출력 전력을 실시간으로 모니터링하고 FPGA 메인 제어 보드로 피드백하는 내부 광검출기가 장착되어 있습니다. 메인 제어 보드는 펌프 구동 회로 1과 2를 제어하여 펌프 광원 1, 2, 3의 개폐 동작을 수행합니다.광검출기신호광 출력을 감지하지 못하면 메인 제어 보드는 종자 광 입력 부족으로 인한 YDDCF 및 광학 장치의 손상을 방지하기 위해 펌프 전원을 차단합니다.

MOPA 레이저 광경로 시스템은 전광섬유 구조를 채택하고 있으며, 주 발진 모듈과 2단 증폭 모듈로 구성됩니다. 주 발진 모듈은 중심 파장 1064nm, 선폭 3nm, 최대 연속 출력 400mW의 반도체 레이저 다이오드(LD)를 시드 광원으로 사용하고, 1063.94nm에서 반사율 99%, 선폭 3.5nm의 광섬유 브래그 격자(FBG)와 결합하여 파장 선택 시스템을 구성합니다. 2단 증폭 모듈은 역펌프 방식을 채택하고 있으며, 코어 직경이 각각 8μm와 30μm인 YDDCF를 이득 매질로 사용합니다. 해당 코팅 펌프의 흡수 계수는 915nm에서 각각 1.0dB/m와 2.1dB/m입니다.