GHz 급의 아주 높은 반복율을 가지면서, 피코초 단위의 펄스 열을 발진시키는 레이저를 만들기 위해 능동형 모드록킹 방법을 이용하였다. 이 방법은 공진기안에 광 변조기를 삽입하고, RF 신호를 가하여 시간적으로 공진기내에서의 손실을 변화시키는 방법이다.$^{(1)}$ 공진기 길이를 충분히 길게 하면서도 고 반복율을 가지는 레이저를 만들기 위해 조화 모드록킹 방법을 사용했는데, 이는 레이저 펄스의 반복율을 공진기 길이에 의한 기본 반복율의 정수배가 되도록 하는 방법이다.$^{(2),(3)}$ 3차 조화 모드록킹 방법을 이용한 Nd:YLF 레이저 시스템을 그림 1에서 나타내었다. (중략)
본 연구에서는 1KHz 부근의 펄스 반복율을 가지는 경제적이고 컴팩트한 펄스형 $CO_2$ 레이저의 개발에 관해서 기술하였다. 고압 고주파 펄스 변압기와 수 십 KHz의 스위칭에 적합한 IGBT를 사용한 고압 펄스전원 장치를 레이저 공진기에 접목시켜 새로운 방식의 고반복 $CO_2$ 레이저 장치를 개발하였다. 전원장치에 사용된 2개의 IGBT를 정밀하게 제어하기 위해서 제어부에는 PIC 마이크로프로세서가 사용되었고 공진기는 수냉방식의 저속축류형으로 제작되었다. 완성된 장치의 펄스 반복율과 동작압력 그리고 레이저 매질 가스의 혼합비의 변화에 따른 레이저빔의 출력 특성실험을 통하여 가스 배압비 $CO_2$: $N_2$:He = 1:9:15펄스 반복율 700 Hz, 동작압력 15 Torr에서 최대 레이저 출력 약 20.5 W, 최대 효율 약 8%를 달성하였다.
최근에 100Hz 이하의 펄스 반복율을 가지는 20 W급 출력의 의료용 및 마킹용 펄스 $CO_2$레이저의 수요가 증가함에 따라 유지와 보수의 편리성은 물론 사용자의 편의성을 충족시키기 위한 레이저 전원장치의 소형화, 출력 제어의 용이성 및 저가격화 등에 대한 요구가 증대되고 있다. 기존의 펄스형 $CO_2$레이저의 전원장치는 원하는 펄스 반복율에 맞도록 스위칭 소자를 "on"-"off"하여 콘덴서에 충전된 에너지를 고압 펄스 트랜스를 통해서 레이저 방전관에 인가하는 방식이다. 즉 DC를 스위칭 과정을 통해 펄스 에너지로 변환시킨 후 방전관에 그 펄스에너지를 공급하는 형태이다$^{(1)}$ . (중략)
본 논문은 광섬유 루프 결합기를 이용한 고반복률의 펄스 발생에 대해 연구하였다. 최근 OTDM에서, 고 반복률 광 펄스의 개발이 필요하다. 이것은 광섬유나 집적화된 도파관 지연 선로 회로들 일반적인 접근법과 차이가 있다. 고 반복율 광펄스 다중 현상은 광펄스들의 분리 폭이 사용된 결합기의 전달대역폭보다 더 클 때 발생한다. 분석으로, 출력 반복율은 서로 다른 등가 전송 대역폭인 광섬유 결합기를 이용하여 조절될 수 있다 분리간격은 직렬의 광루프 미러 결합기 수를 조절함으로서 얻을 수 있다.
본 논문에서는 다중경로 채널 환경에서 펄스 반복 빈도 (pulse repetition frequency, PRF)와 슬롯 시간이 UWB (ultra wide band) 무선 통신 시스템의 데이터 전송율 (throughput) 성능에 미치는 영향을 조사하고 이를 기반하여 유효 데이터 전송율이 최대화되도록 하는 PRF와 슬롯 시간을 이용한 전송율 제어를 제안한다. 최근에 UWB 시스템이 갖고 있는 장점으로 인하여 근거리 고속 무선 데이터 전송과 관련하여 관심이 고조되고 있다. UWB 시스템에서는 데이터 전송율을 결정짓는 파라미터로는 펄스를 반복하는 펄스 반복 회수와 펄스간의 간격을 결정짓는 슬롯 시간을 들 수 있다. AWGN이 존재하는 다중경로 채널 하에 있는 UWB 시스템은 펄스간의 간섭(inter-pulse interference, IPI)과 잡음에 의하여 시스템 성능이 저하된다. UWB 시스템은 이 두 파라미터의 조정을 통하여 시스템의 성능을 유지 또는 개선할 수 있다. 본 논문에서는 두 파라미터의 변화가 다양한 채널 환경에서 데이터 전송율에 미치는 영향을 모의실험을 통하여 관측하고 이를 기반하여 설계된 가변 전송율을 사용하는 것이 비가변적인 방법에 비하여 유효 데이터 전송율 측면에서 우수함을 모의실험을 통하여 검증하였다.
광 시분할 및 파장분할 다중화에 의한 초고속 광통신 시스템에 적합한 파장 및 반복율 가변 능력을 갖는 초단 펄스열을 고리형 반도체 광섬유 레이저의 광주입 모드잠김에 의해 발생시켰다. 발생된 광 펄스열은 10 GHz, 20 GHz, 30 GHz, 및 40 GHz의 다양한 반복율에서 ${\sim}10$ 피코초 정도의 펄스폭과 30 nm가 넘는 파장 가변능력을 보였다.
레이저 다이오드 뒷면 여기 방식을 이용한 Nd: YAG 레이저를 제작하고, 뒷면 여기 방식을 이용하였을 때, 들뜸 효율을 측정하였다. 포화 흡수체로 $Cr^{4+}$:YAG를 레이저 공진기 내부에 설치하여 수동형 Q-switching을 수행하였고, 그 때, 평균 출력, 펄스폭 및 반복율 특성등을 조사하였다. 수동형 Q-switching된 레이저의 펄스폭 및 반복율은 평균 출력 및 $Cr^{4+}$:YAG 결정의 낮은 강도 투과율(low intensity trasmission)에 따라 변화하였으며, 평균 출력은 최고 1 W, 펄스폭은 최저 51 nsec 까지 얻을 수 있었고 최고 약 40kHz의 고반복율로 동작하는 것을 관찰하였다.
최근에 $CO_2$의료용 레이저의 이용이 증가함에 따라 레이저출력의 안정도, 유지와보수의 편리성, 소형화, 저가격화 등이 요구되고 있으며, 이러한 특성을 충족시키기 위해서본 연구에서는 실험실에서 직접 설계ㆍ제작할 수 있는 저속 축류형의 구조를 채택하였다. 그리고 펄스 발생 장치는 SMPS방식, 스위칭 소자는 수십KHz의 스위칭에 적합한 IGBT를 사용하였고 커패시터에 충전된 에너지를 고압ㆍ고주파 펄스 변압기를 사용하여 고압펄스로 변환 후 방전관에 인가하였다. 레이저 출력은 일정한 펄스폭에서 펄스반복율을 변화시킴으로서 제어가 가능하도록 하였다. 반복율은 10Hz~1KHz까지 가변할 수 있도록 설계하였고 최대펄스 전압은 약 20㎸였다. 실험결과 기존의 출력보다 최대 3% 향상을 얻을 수가 있었고. 최대출력은 동작압력 18 Torr에서 23w를 얻었다. 또한, 90˚에서 SCR를 점호하였고 펄스반복률은 60Hz조건에서 한개의 펄스파형을 포착하여 펄스폭(FWHM:Full Width at Half Maxium)을 측정한 결과 약 3㎳을 얻을 수가 있었다.
펄스파워 응용기술에 있어서 핵심이 되는 것은 대전력 고반복율의 스위칭 특성을 갖는 스위치 및 구동기술이다. 지금까지 대전력 에너지를 전달하기 위해 사용되고 있는 스위치는 크게 사이라트론 등과 같은 진공 스위치와 자기 스위치, 그리고 반도체 스위치로 구분할 수 있는데 이중에서 기존 반도체 스위치들의 한계를 극복하고 낮은 제작비용으로 대전력 고반복용 펄스 전원 장치 등의 다양한 산업분야에 활용하고자 개발된 반도체 스위치가 바로 RSD (Reverse Switch-on Dynistor)이다. RSD는 애벌런치 전류에 의해 소자 전체를 동시에 턴온시키는 특성이 있으므로 고전압 적용을 위해서 직렬 스택을 구성하는 경우에도 턴온 지연이 거의 없어서 전압 분배기와 같은 추가적인 장치가 필요 없으며 높은 di/dt 특성과 우수한 펄스 통전능력을 가진다. 본 논문에서는 30${\mu}s$의 펄스폭으로 스위칭 할 수 있는 10kV 20kA급 펄스파워용 RSD 스택 시스템의 설계와 실험결과를 보여 주고 있다.
본 논문에서는 분산감소광섬유를 이용하여 정현파를 고차 솔리톤으로 진행시켜서 원하는 펄스 압축율을 얻은 후, 수반되는 pedestal을 반응시간이 빠른 포화 흡수제(Fast Saturable Absorber : FSA)로 제거하는 현실적인 방법을 제시하였다. 또한 DDF-MALM-DDF 구조를 제안하여 280 이상의 압축율과 변환 제한에 가까운 솔리톤 펄스열을 생성할 수 있도록 하였다. 그 결과로서 광시간분할다중시스템과 광샘플링 등에 이용될 수 있는, 10GHz의 반복율과 176 fs의 펄스폭을 가지는 고품질의 솔리톤 펄스열을 구현할 수 있는 시스템을 디자인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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