• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.33 no.6
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• pp.245-251
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• 2022

We have developed a multi-channel fiber laser for tiled laser beam combining and a laser output array system for multi-beam alignment. The fiber laser is a master oscillator power amplifier configuration that has a common seed, a preamplifier, and a 7-channel amplifier. The output power of each channel is more than 10 W. The laser output array system is a packed cylindrical configuration for a high fill-factor, and it has capabilities for collimation and tilt control with built-in PZT. Multi-beam alignment to a target is successfully implemented using PZT controlled with a stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.31 no.6
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• pp.268-273
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• 2020

We analyze the characteristics of the coherent beam combination of lasers by monitoring the speckle pattern of the beam reflected from a scattering medium. Three collimated laser sources with high coherence are focused on a scattering target using a lens, and we then examine the speckle pattern of the returned beam in the Fourier domain. We observe that the size of the speckle pattern changes, depending on the focused-beam size or degree of spatial overlap of the three beams. Furthermore, through Fourier-domain analysis of the speckle pattern we obtain the monitoring variable to qualify the efficiency of the coherent beam combination.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.35 no.4
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• pp.157-163
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• 2024

We developed a 3-channel fiber laser with a common seed and a phase control system for laser beam combining through a diffractive optical element. Beam combining was performed by adjusting the angles of the beams incident on the diffractive optical elements, and the phase of each beam was controlled to maximize the intensity of the combined laser beam. The power of the 3-channel laser before passing through the diffractive optical elements is about 65 mW. The power of the combined beam varied between 2.9 mW and 48.3 mW depending on the phase change of each channel. Through phase control, the output of the combined beam can be maintained at 42 mW for more than 91.8% of the total time. It is expected that higher combining efficiency can be achieved by improving the transmittance of the diffractive optical elements and the performance of the phase control system.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2000.02a
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• pp.46-47
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• 2000

고출력, 고효율, 그리고 고품질의 빔특성을 갖는 DPSSL을 개발하기 위해서는 출력빔을 저하시키는 원인인 비균일한 여기빔 분포에 의한 레이저 결정내의 열렌즈, stress 복굴절 등의 효과를 최소화하여야 한다. 지금까지 열효과를 줄여, 고출력이나 TE $M_{00}$ 모드의 레이저 빔을 얻기위한 방법으로 zigzag 슬랩 디자인$^{1)}$ , VPS 여기 시스템$^{2)}$ , Cusp 형 반사체$^{(3)}$ , 광섬유 결합$^{(4)}$ 등의 방법이 연구되어 왔다. 본 연구에서는 고출력, 고효율, 그리고 고품질의 레이저 빔특성을 동시에 만족하는 레이저를 개발할 목적으로 산란된 여기빔을 이용하는 여기구조를 고안하고 열효과가 감소된 Nd:YAG 레이저 시스템을 최적설계하였다. (중략)략)

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2000.08a
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• pp.104-105
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• 2000

다이오드 레이저로 펌핑되는 Nd:YAG 매질에 형성된 열 복굴절은 레이저 출력과 빔질의 저하를 초래한다. 선편광된 레이저 출력을 얻기 위해서는 주로 공진기 내에 선형 편광자를 삽입하게 되는데, 레이저 매질에 형성된 열 복굴절에 의한 왜곡 편광된 레이저 빔이 편광자에 의해 반사되어 공진기 손실을 초래한다. 편광 왜곡에 의한 레이저 빔의 손실을 줄이거나 이중 초점을 제거하기 위해 주로 사용되어지는 광 소자는 Faraday 회전자, λ/4 판, 석영 회전자 등이 사용되어진다.$^{(1-5)}$ 90$^{\circ}$ 석영 회전자와 Faraday 회전자는 공진기 내에 두 개의 동일한 구조를 갖는 레이저를 이용할 경우 사용되고 λ/4 판 과 45$^{\circ}$ Faraday 회전자는 주로 단일 레이저 헤드의 복굴절 보상을 위해 사용되어진다. 45$^{\circ}$ Faraday 회전자는 이론적으로 완벽히 열복굴절에 의한 편광 왜곡을 보상한다. 그러나, 열복굴절을 완벽히 보상하기 위해서는 레이저 빔이 항상 레이저 매질의 같은 지점을 통과해야 한다. 실제적으로 레이저 매질에서는 열에 의한 열 렌즈 효과가 있기 때문에 레이저 빔이 항상 같은 지점을 통과하지 않게 된다. 이런 문제를 해결하기 위해 공진기 내에 열 렌즈 효과를 보상하기 위한 렌즈를 삽입하거나 레이저 헤드를 공진기 거울 가까이 설치하여야 한다. Faraday 회전자는 길이가 길기 때문에 레이저 헤드를 공진기 거울 가까이 설치하기는 어렵고 항상 열 렌즈 효과를 보상해주는 광학 소자가 있어야 하는 단점이 있다. 반면 λ/4 판은 완벽한 편광 왜곡을 보상해주지 않아 레이저 손실을 초래하지만 두께가 얇아 레이저 헤드와 공진기 거울을 근접해서 설치할 수 있어서 몇몇 연구자에 의해 연구되어 졌다.$^{(3)}$ 본 연구에서는 λ/4 판을 이용하고 편광기에서 반사된 빔을 공진기에 되반사 시키는 구조를 사용하여 선 편광된 레이저의 출력과 빔의 질을 개선 시켰다. (중략)

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.32 no.1
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• pp.1-8
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• 2021

We have studied a tiled-aperture coherent-beam-combining system based on constructive interference, as a way to overcome the power limitation of a single laser. A 1-watt-level, 3-channel coherent fiber laser and a 3-channel fiber array of triangular tiling with tip-tilt function were developed. A monitoring system, phase controller, and 3-channel phase modulator formed a closed-loop control system, and the SPGD algorithm was applied. Eventually, phase-locking with a rate of 5-67 kHz and peak-intensity efficiency comparable to the ideal case of 53.3% was successfully realized. We were able to develop the essential elements for a tiled-aperture coherent-beam-combining system that had the potential for highest output power without any beam-combining components, and a multichannel coherent-beam-combining system with higher output power and high speed is anticipated in the future.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.31 no.6
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• pp.290-294
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• 2020

In this paper, we quantitatively analyze the effect of lens aberration on the degradation of beam-coupling efficiency of a tiled coherent-beam combining system. The Zernike polynomial is used to quantify the aberration of the lens, and Fresnel diffraction is applied to numerically simulate the change in the peak light intensity when combined at a distance. The results of this paper will be useful for quantitative prediction of the beam-combining efficiency that is degraded by aberration of the lens, and it is expected to be helpful for the optimal design of a practical tiled coherent beam-combining system.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.4 no.4
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• pp.434-441
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• 1993

Focusing geometry dependence of output Stokes energy in single pass methane Raman shifter is investigated. The experimental result shows that the threshold energy decreases as confocal parameter increases. This result can be explained by gain suppression caused by Stokes - anti-Stokes coupling. In this paper, we give simple analysis for the focusing geometry dependence of Stokes - anti-Stokes coupling and present the criterion of confocal parameter to reduce the gain suppression. Focusing geometry dependence of stimulated Brillouin scattering is measured and the result is in good agreement with theoretical prediction.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.35 no.4
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• pp.150-156
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• 2024

One of the key factors in research regarding long-distance laser beam propagation, as in free-space optical communication or laser power transmission, is the transmission efficiency of the laser beam. As a way to improve efficiency, we perform extensive numerical simulations of the effect of modifying the laser beam's profile, especially replacing the fundamental Gaussian beam with a super-Gaussian beam. Numerical simulations of the transmitted power in the ideal diffraction-limited beam diameter determined by the optical system of the transmitter, after about 1-km propagation, reveal that the second-order super-Gaussian beam can yield superior performance to that of the fundamental Gaussian beam, in both single-channel and coherently combined multi-channel laser transmitters. The improvement of the transmission efficiency for a 1-km propagation distance when using a second-order super-Gaussian beam, in comparison with a fundamental Gaussian beam, is estimated at over 1.2% in the singlechannel laser transmitter, and over 4.2% and over 4.6% in coherently combined 3- and 7-channel laser transmitters, respectively. For a range of the propagation distance varying from 750 to 1,250 m, the improvement in transmission efficiency by use of the second-order super-Gaussian beam is estimated at over 1.2% in the single-channel laser transmitter, and over 4.1% and over 4.0% in the coherently combined 3- and 7-channel laser transmitters, respectively. These simulation results will pave the way for future advances in the generation of higher-order super-Gaussian beams and the development of long-distance optical energy-transfer technology.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2005.06a
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• pp.80-81
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• 2005

그동안 고출력 레이저에는 CO2 Laser, LPSSL, DPSSL 등이 주로 사용되어 왔다. 최근에는 Fiber Laser가 좋은 빔특성을 가지면서 10kW이상의 고출력이 가능해 큰 주목을 받고 있다. 고출력 레이저는 매질의 냉각문제가 가장 큰 관건인데, Fiber Laser는 수백 ${\mu}m$의 지름을 가진 수십m 길이의 공진기 형태를 띠어 부피 대비 냉각면적이 가장 크다고 할 수 있다. EDFA 둥 광통신을 위해 개발되었던 다이오드 레이저들이 Fiber Laser쪽으로 전용되고, Side Cladding pumping 방법의 실용화, 다이오드레이저 펌핑 광과 광섬유사이의 커플링 방법이 개발되면서 고출력 Fiber Laser 개발이 급속히 이루어졌다. Fiber Laser는 시스템의 부피가 매우 작아질 뿐만 아니라 유지관리 비용이 거의 들어가지 않는다는 장점을 가진다. 현재 단일모드(single-mode) 로는 300W의 출력이 가능하고, 이들을 결합하여10kW 이상의 고출력 Fiber Laser 제품이 나오고 있다. 높은 효율의 레이저발진을 하면서 고출력의 좋은 빔특성을 가지기 때문에 기존의 고출력 레이저용접 및 절단 응용분야에 큰 관심을 불러일으키고 있다.