킬로와트급 고출력 이터븀 첨가 광섬유 레이저 연구 및 개발

Abstract

광섬유 레이저는 다른 레이저에 비해서 높은 전기-광 에너지 변환 전환 효율, 넓은 레이저 발진 파장, 좋은 빔 특성, 소형화 등 과 같은 장점들로 인해 다양한 광섬유 레이저가 개발되었다. 특히 이득 매질의 부피 대비 표면 면적이 다른 고체 레이저 구조에 비해 훨씬 커서 레이저 발진시 발생하는 열 제거가 탁월하므로 기존 고체 레이저에서 힘든 킬로와트 급 이상의 연속 발진 레이저 발진을 비교적 쉽게 구현할 수 있다. 이와 같은 장점으로 인해 광섬유 레이저는 이미 많은 분야에서 상용화되어 산업, 의료, 연구, 군사 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 본 연구에서 연구, 개발하고자 하는 준연속 발진 레이저 시스템은 연속 발진 레이저와 펄스 레이저의 장점을 결합한 것으로 수~수십 ms의 상대적으로 넓은 펄스 시간동안 킬로와트급의 높은 첨두 출력을 가지는 레이저 시스템이다. 높은 첨두 출력을 상대적으로 긴 시간동안 고효율로 작동시켜야 하는 준연속 레이저는 광섬유 레이저로 구현하는 것이 가장 적합할 뿐 아니라 더 나아가 고출력 신호 결합기를 이용하여 출력 확장도 쉽게 구현할 수 있다. 본 논문에서는 우선 수치 모사를 통해 준연속 발진에 최적화된 광섬유 레이저 시스템의 조건들을 조사하였다. 그리고 그에 맞추어 공진기 구조와 MOPA 구조의 레이저 시스템을 각각 구축하여 킬로와트 급의 고출력 준연속 레이저를 발진시킨 후 각 레이저 시스템의 장단점과 레이저 빔의 특성을 비교하였다. 더 나아가 첨두 출력 1.5 킬로와트 급의 고출력 준연속 광섬유 레이저 시스템을 4대 제작한 후 비간섭성 신호 결합기로 각 출력 빔을 결합하여 6 킬로와트 이상의 첨두 출력을 가진 고출력 준연속 레이저 시스템을 개발하고 그 특성을 보고하고자 한다.