본 논문에서는 Nd:YAC 레이저의 제 2고조파에 의해 펌핑되는 고체레이저의 다중통과 증폭기의 이론적 고찰에 대하여 논하였다. 다중통과 증폭기의 입력레이저는 Ti:sapphire 레이저이며, 펌핑광원의 주입 후 입력 빔의 통과 회수에 따른 추출효율, 소신호 이득계수에 대한 변화 등을 조사하여 다중통과 증폭을 위한 최적조건을 구하였다. 또한, 실험에서 2단 다중통과 증폭기에서 790 nm의 입력 파장을 주입하였을 때, 42 mJ의 최대 출력에너지, 21 ㏈의 증폭이득, 25%의 출력효율을 얻었다.
본 연구는 XeCl 레이저를 펌핑원으로 사용하여 파장 616nm, 펄스폭 106 ps의 분포궤환 색소레이저(DFDL)의 발진과 증폭특성을 측정하였다. 소광장치를 구성하여 얻은 DFDL 단일펄스의 효과적인 증폭을 위해 3단 증폭기를 사용하였다. 증폭기I,II는 전치증폭단으로서 이득길이 5 nm, 10 nm의 색소셀에 농도6$\times$10-4 [mol/ι](용매: Methanol)의 Rhodamine 610을 이득매질로 사용하였다. 증폭기 I은 2%의 ASE 발생과 1 mJ 이상의 펌핑 에너지에서 10배의 포화증폭율을 가지며, 증폭기 II는 2.5 mJ 이상의 펌핑 에너지에서 single-pass 증폭을 통하여 28배의 포화증폭율과 함께 15%의 ASE 발생이 측정되었으며, 최적 증폭을 위해 회절격자를 이용한 ASE 제거와 double-pass 증폭을 수행하여 45배의 에너지 증폭율을 얻었다. 최종증폭단인 증폭기III은 상.하.좌.우의 위치에서 여기되는 Bethune 셀에 농도 3$\times$10-4 [mol/ι](용매:Ethanol)의 Rhodamine 610을 이득매질로 사용하였으며, single-pass 증폭, double-pass 증폭에서 각각 168.2 $\mu$J과 471$\mu$J의 출력에너지를 얻었다.
레이저 레이더용 시력안전파장대 고출력 광펄스 생성을 위한 광원으로 MOPA 구도로 광섬유 레이저를 제작 하였다. MOPA 기반 펄스 광섬유 레이저는시력 안정 파장대인 1,550 nm 대역 파장을 갖고 펄스폭이 2 ns 이하이며 반복률이 30~240 kHz 가변 가능하다. 광섬유 증폭단에서 1단 증폭기는 저잡음용 코어 펌핑 방식의 증폭기로 구현하였으며, 2단 증폭기는 중출력 증폭기로 코어 펌핑구조에 후방향 펌핑 구도로 설계하였다. 3단 증폭기는 최종목표인 2ns 이하의 펄스 폭 및 25 kWp 이상의 첨두출력을 달성하기 위하여 클래딩 펌핑 방식의 고출력 광증폭기로 구현하였다.
XeCl 엑시머 레이저로 펌핑되는 쌍공진기형 색소레이저와 2단 증폭시스템을 개발하여 원격계측 시스템에 적합한 두 개의 파장을 동시 또는 순차적으로 출력하였다. 개발된 쌍공진기는 1200 g/mm의 회절격자를 갖는 grazing-incidence 방법에서 제 1차 및 제 2차 회절차수를 이용하여 구성되었다. 출력특성은 스펙트럼 선폭이 10 pm이하이고, 펌프 에너지에 대하 전체효율은 6% 이상이다. 또한, 파장가변 영역은 제 1차 및 제 2차의 회절차수에 대해 각각 434-470 nm, 436-468 nm 이며, 2단의 증폭기의 증폭이득은 37dB, 추출효율은 9%이다. 개발된 레이저 증폭시스템에서 Coumarine-450의 색소로 발진하고, 이의 출력 6 mJ을 원격계측시스템에 적용하여 수원상공의 NO$_2$의 가스농도분포를 측정하였다. 이 결과 개발된 색소레이저 시스템은 원격계측 시스템의 광원으로 매우 적합함을 확인하였다.
본 논문에서는 200 mW 이하의 낮은 펌핑 조건의 다이오드 펌프 세슘 증기 셀에서 약한 신호광 증폭을 보고한다. 고효율 증폭효과를 얻기 위해서 펌프빔과 신호빔을 하나의 단일 모드 광섬유로 통과시켜 세슘 증기 셀 내부에서 완전히 겹치도록 하였다. 우리는 약한 신호광의 증폭 정도를 셀의 온도, 신호광의 세기, 펌프광의 세기에 따라 조사하였다. 증기 셀의 온도 $115^{\circ}C$, 신호광의 출력 0.1 mW, 그리고 펌프광의 출력 200 mW인 조건에서 56배의 증폭효과를 얻을 수 있었다.
본 논문은 고체 로켓 모터 연소실 내의 연소과정 중 발생하는 연소 불안정 현상을 억제하는 여러 요소들 중 입자에 의한 감쇠와 유동방향 변환 감쇠에 대한 선행연구의 연구결과를 정리 분석하였다. 입자에 의한 감쇠는 연소실 내에서 발생하는 고주파 연소불안정을 억제하는데 있어 가장 효과적이며 입자의 직경과 질량 분율에 영향을 받는다. 한편 입자에 의한 감쇠에 비해 적은 감쇠량을 갖는 유동방향 변환 감쇠는 추진제의 구조에 따라 변하며, 추진제 표면에서 생성된 와도를 고려한다면 펌핑에 의한 증폭을 고려해야한다. 그러나 추진제의 형상이 원통형일 경우 유동방향 변환 감쇠와 펌핑에 의한 증폭의 크기는 같아지고 상쇄가 일어나 연소 안정성을 보다 쉽게 평가할 수 있다.
코어 가까이 측면 연마한 광섬유를 이용하여 광 여파기, 편광기, 감쇠기등의 광통신 소자로 응용하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다.$^{[1]}$ 이 소자는 광섬유를 절단하지 않은 상태에서 코어 가까이 측면 연마하여 광학적 기능을 가진 소자를 제작함으로서 공정이 간단하고 삽입손실이 작은 특성을 가지며 기계적 신뢰성이 우수하다. 측면 연마된 광섬유를 이용한 광 증폭의 경우 광섬유의 소산장(evanescent field)과 펌핑광에 의해서 여기되는 활성 물질과의 상호작용에 의해서 광 이득을 얻는다. 소산장 결합에 의한 평면도파로에서의 광 증폭$^{[2]}$ 과 다중 모드 광섬유에서의 펄스 레이저 증폭, 단일 모드 광섬유에서 632.8nm He-Ne 레이저의 연속광원 증폭$^{[3]}$ 은 이미 보고되었다. 본 논문에서는 측면 연마된 다중 모드 광섬유의 연마된 부위에 색소가 첨가된 용액을 떨어뜨림으로서 발생하는 소산장 결합에 의해서 광섬유내를 진행하는 연속적인 He-Ne 레이저 광을 증폭시키는 방법을 제안하고자 한다. (중략)
본 논문에서는 주 증폭기가 양방향 펌핑 방식인 MOPA (master oscillator power amplifier) 협대역 고출력 광섬유 레이저를 제작하였으며, 제작된 레이저의 출력 특성을 연구하였다. 이터븀이 도핑된 코어 25 ㎛, 클래드 400 ㎛ 편광 유지 광섬유를 사용하여 주 증폭부를 제작하였으며, 신호 광원은 PRBS (pseudo-random binary sequence) 신호에 의해 위상 변조된 3 GHz, 10 GHz의 선폭을 갖는 광원을 사용하였다. 3 GHz의 선폭을 가진 신호 광원을 이용하여 순방향과 역방향 펌프 비율을 조절하며 SBS (stimulated Brillouin scattering) 특성을 분석하였다. 10 GHz의 선폭을 가진 신호 광원을 이용하여 주 증폭기의 펌핑 비율에 따른 TMI 특성을 분석하였다. 순방향 및 역방향 펌프 비율을 1.6:1로 입사시켰을 때 주 증폭기의 출력을 1 kW까지 증폭하였으며, 기울기 효율과 빔 품질(M2)은 각각 80%, 1.36으로 측정되었다.
편광특성을 이용하여 일직선 위에서 네 번 통과하는 Ti:sapphire 레이저 증폭기를 구성하였다. 증폭기를 펌핑하는 Q-스위칭된 Nd:YAG 레이저의 제2차 고조파 에너지가 188mJ일 때 450mW의 연속 발진 Ti:sapphire 레이저가 34mJ의 에너지, 25ns의 반치폭을 갖는 펄스로 증폭되었다. 한편 Ti:sapphire 결정의 방향을 조절하는 간단한 방법으로 자발방출에 의한 증폭을 최소화할 수 있었다.
Additive-pulse modelocking 시법을 이용하여 레이저 다이오드에 의해 펌핑된 Nb:YLF 레이저에서 1.5 ps의 펄스폭을 갖는 펄스를 얻었으며, Kerr-lens modelocking 기법에 의해 Ti:S 레이저에서 27fs의 펄스를 얻었다. 이러한 극초단 레이저의 구성과 모드록팅 원리를 설명하며, 이들을 효울적을 증폭하여 극초단 고출력 레이저로 구성하는 Chirped pulse amplification 기법에 대해 설명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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