전체 광섬유 MOPA 구조를 갖춘 고출력 펄스 레이저

고출력 펄스 레이저전체 섬유 MOPA 구조

파이버 레이저의 주요 구조 유형에는 단일 공진기, 빔 조합, 그리고 마스터 발진 전력 증폭기(MOPA) 구조가 있습니다. 이 중 MOPA 구조는 고성능을 달성할 수 있는 능력으로 인해 현재 연구의 주요 분야 중 하나로 자리 잡았습니다.펄스 레이저조절 가능한 펄스 폭과 반복 주파수를 갖춘 출력(펄스 폭 및 반복 주파수라고 함).

MOPA 레이저의 작동 원리는 다음과 같습니다. 주 발진기(MO)는 고성능 시드 소스입니다.반도체 레이저직접 펄스 변조를 통해 조정 가능한 파라미터를 갖는 시드 신호광을 생성합니다. 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 메인 제어부는 조정 가능한 파라미터를 갖는 펄스 전류 신호를 출력하며, 이 신호는 구동 회로에 의해 제어되어 시드 소스를 작동시키고 시드 광의 초기 변조를 완료합니다. FPGA 메인 제어 보드로부터 제어 명령을 수신한 후, 펌프 소스 구동 회로는 펌프 소스를 작동시켜 펌프 광을 생성합니다. 시드 광과 펌프 광은 빔 스플리터에 의해 결합된 후, 2단 광 증폭 모듈의 Yb3+ 도핑 이중 클래드 광섬유(YDDCF)에 각각 주입됩니다. 이 과정에서 Yb3+ 이온은 펌프 광의 에너지를 흡수하여 밀도 반전 분포를 형성합니다. 이후, 진행파 증폭 및 유도 방출 원리에 따라 시드 신호광은 2단 광 증폭 모듈에서 높은 전력 이득을 달성하여 궁극적으로 고전력을 출력합니다.나노초 펄스 레이저피크 전력 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 채택됩니다.

MOPA 레이저 회로 시스템은 FPGA 주 제어 보드, 펌프 소스, 시드 소스, 구동 회로 보드, 증폭기 등으로 구성됩니다. FPGA 주 제어 보드는 시드 소스를 구동하여 조정 가능한 파형, 펄스 폭(5~200ns), 반복률(30~900kHz)을 갖는 펄스 전기 신호를 생성하여 조정 가능한 파라미터를 갖는 MW 레벨 원시 시드 광 펄스를 출력합니다. 이 신호는 아이솔레이터를 통해 프리앰프와 주 증폭기로 구성된 2단 광 증폭 모듈로 입력되고, 최종적으로 콜리메이션 기능이 있는 광 아이솔레이터를 통해 고에너지 단펄스 레이저를 출력합니다. 시드 소스에는 출력 전력을 실시간으로 모니터링하고 FPGA 주 제어 보드로 피드백하는 내부 광 검출기가 장착되어 있습니다. 주 제어 보드는 펌프 구동 회로 1과 2를 제어하여 펌프 소스 1, 2, 3의 개폐 동작을 수행합니다.광검출기신호등 출력을 감지하지 못하면 메인 제어 보드는 시드등 입력 부족으로 인해 YDDCF 및 광학 장치가 손상되는 것을 방지하기 위해 펌프 소스를 차단합니다.

MOPA 레이저 광 경로 시스템은 전체 광섬유 구조를 채택하고 있으며, 주 발진 모듈과 2단 증폭 모듈로 구성됩니다. 주 발진 모듈은 중심 파장이 1064nm, 선폭이 3nm, 최대 연속 출력이 400mW인 반도체 레이저 다이오드(LD)를 시드 소스로 사용하고, 반사율이 99%@1063.94nm, 선폭이 3.5nm인 광섬유 브래그 격자(FBG)와 결합하여 파장 선택 시스템을 구성합니다. 2단 증폭 모듈은 역방향 펌프 설계를 채택하고, 코어 직경이 각각 8μm와 30μm인 YDDCF를 이득 매질로 구성했습니다. 해당 코팅 펌프 흡수 계수는 각각 1.0dB/m@915nm와 2.1dB/m@915nm입니다.