유도 브릴루앙 산란 위상공액 거울을 이용한 광선 결합 레이저 증폭기에서 자체 위상제어 및 능동 위상제어를 통한 장기간 위상 안정화

Abstract

고에너지/고출력/고반복률 고체형 레이저 개발을 위해 유도 브릴루앙 산란 위상공액 거울(SBS-PCM)을 이용한 광선 결합 레이저 증폭기에서 장기간 위상 안정화를 실현하였다. 고에너지 광선 결합은 SBS-PCM의 가장 획기적인 응용 분야 중 하나로서, 고에너지 고체형 레이저의 열문제에 대한 유망한 해결 방안으로 알려져 있다. SBS-PCM을 이용한 광선 결합 시스템을 구현하기 위해서는 SBS 파의 무작위적 위상을 고정 또는 제어할 필요가 있다. 이를 위해 몇 가지 방법들이 개발되었는데, 그 중에서도 H. J. Kong에 의해 제안된 자체 위상제어 기술은 간단한 구성, 용이한 광정렬, 뛰어난 위상공액도, 결합 되는 빔 개수의 무제한성 등의 우수한 장점들을 가지고 있으며, 이 방법의 우수한 위상제어 성능은 이미 실험적으로 증명된 바 있다. 이러한 자체 위상제어 방법의 성능개선을 위해서 광로 상의 열효과에 의해 유도된 비교적 느리게 변화하는 장기간 위상 요동을 보상할 필요가 있으며, 증폭기를 작동시킨 시스템에 대한 검증이 수행될 필요가 있다. 본 연구에서는 자체 위상제어된 SBS 광선 결합 시스템에 능동 위상제어 방법을 적용함으로써 SBS 광선 결합 시스템의 장기간 위상 안정화를 구현하였다. 진폭분할을 이용한 광선 결합 시스템에서, 50 mJ 펌프 에너지 경우 λ/47 수준의 위상 안정화 및 4.7% 수준의 출력 에너지 안정화를 구현하였고, 10 mJ 펌프 에너지 경우 λ/41 수준의 위상 안정화 및 4.2% 수준의 출력 에너지 안정화를 얻었으며, 80 mJ 펌프 에너지 경우 λ/34 수준의 위상 안정화 및 5.3% 수준의 출력 에너지 안정화를 얻었다. 또한 이 방법을 이용하여 증폭기를 작동시킨 광선 결합 시스템에 대해서 표준편차 λ/23 수준의 장기간 위상 안정화 및 7.3% 수준의 출력 에너지 안정화를 실현하였다. 이 연구는 향후 고에너지/고출력/고반복률을 갖는 SBS 광선 결합 레이저 시스템 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.