• Regular Paper

    Fabrication and Output Characteristics of an (18+1)×1 Polarization-maintaining Pump and Signal Combiner for a High-power Fiber Laser

    고출력 광섬유 레이저용 (18+1)×1 편광유지 펌프 및 신호광 결합기 제작 및 출력 특성

    Sung Hun Lee, Ki Hyuck Kim, Hwan Seok Yang, Seung Yong Cho, Seon Ju Kim, Min Kyu Park, Jung Hwan Lee

    이성헌, 김기혁, 양환석, 조승용, 김선주, 박민규, 이정환

    In this paper a pump combiner, a key component of a high-power fiber laser, was fabricated, and its output characteristics measured using ...

    본 논문에서는 고출력 광섬유 레이저의 핵심 부품인 펌프광 결합기를 제작하였으며, 고출력 성능시험 장비를 이용하여 출력특성을 측정하였다. (18+1)×1 펌프광 결합기는 1개의 ...

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    In this paper a pump combiner, a key component of a high-power fiber laser, was fabricated, and its output characteristics measured using a high-power performance measuring instrument. The (18+1)×1 pump combiner consists of an optical-fiber bundle of one signal fiber and 18 pump fibers, an output optical fiber, and housing. The signal and output fibers were fabricated using polarization-maintaining optical fiber. By measuring the loss of signal light along the tapering length of the optical-fiber bundle, the tapering length was optimized to 18 mm. Signal-light insertion loss, pump-light transmittance, and polarization extinction ratio of the fabricated (18+1)×1 pump combiner were measured as 6.5%, 98.07%, and 18.0 dB respectively. The temperature distribution of the pump combiner, at a high power of 2 kW using 18 pump laser diodes, was measured and analyzed using a thermal-imaging camera.


    본 논문에서는 고출력 광섬유 레이저의 핵심 부품인 펌프광 결합기를 제작하였으며, 고출력 성능시험 장비를 이용하여 출력특성을 측정하였다. (18+1)×1 펌프광 결합기는 1개의 신호광 광섬유와 18개의 펌프광 광섬유들로 이뤄진 광섬유 다발, 출력 광섬유와 하우징으로 구성되어 있다. 신호광 광섬유와 출력 광섬유는 편광유지 광섬유를 사용하여 제작하였다. 광섬유 다발의 테이퍼링 길이에 따른 신호광의 손실을 측정하여 테이퍼링 길이를 18 mm로 최적화하였다. 제작된 (18+1)×1 펌프광 결합기의 신호광 삽입손실, 펌프광 투과율 및 편광 소광률은 각각 6.5%, 98.07% 및 18.0 dB로 측정되었다. 18개의 펌프 레이저 다이오드를 이용하여 2 kW의 고출력에서 펌프광 결합기의 온도 분포를 열화상 카메라를 이용하여 측정 및 분석하였다.

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    October 2019
  • Regular Paper

    Modified Thermal-divergence Model for a High-power Laser Diode

    고출력 레이저 다이오드 광원의 열저항 개선을 위한 하부층 두께 의존성 수정 모델

    Hyeon Joong Yong, Young Jae Baek, Dong Il Yu, and Beom Hoan O

    용현중, 백영재, 유동일, 오범환

    The design and control of thermal flow is important for the operation of high-power laser diodes (LDs). It is necessary to analyze ...

    고출력 레이저 다이오드 광원의 안정적 구동을 위한 방열 관리는 필수적이며, 발열부인 활성층 근처의 열흐름에 있어 병목이 심하므로 그 부분의 열저항을 분석하고 설계에 ...

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    The design and control of thermal flow is important for the operation of high-power laser diodes (LDs). It is necessary to analyze and improve the thermal bottleneck near the active layer of an LD. As the error in prediction of the thermal resistance of an LD is large, typically due to the hyperbolic increase and saturation to linear increase of the thermal resistance as a function of thickness, it is helpful to use a simple, modified divergence model for the improvement and optimization of thermal resistance. The characteristics of LDs are described quite well, in that the values for simulated thermal resistance curves and the thermal cross section followed are almost the same as the values from the model function. Also, the thermal-cross-section curve obtained by differentiating the thermal resistance is good for identifying thermal bottlenecks intuitively, and is also fitted quite well by the model proposed for both a typical LD structure and an improved LD with thin capping and high thermal conductivity.


    고출력 레이저 다이오드 광원의 안정적 구동을 위한 방열 관리는 필수적이며, 발열부인 활성층 근처의 열흐름에 있어 병목이 심하므로 그 부분의 열저항을 분석하고 설계에 적용하여 개선하는 것이 매우 중요하다. 띠형 발열구조를 갖는 레이저 다이오드 광원은 열전달층 두께에 따라 열저항이 지수함수적으로 급격하게 증가하다가 점점 선형적으로 포화되므로 열저항을 분석함에 있어서 오차가 큰 어려움이 있으며, 보다 정확한 열저항 모델링이 필요하여 수정된 두께의존성 모델함수를 제안하고 그 정확성을 검증하였다. 또한, 전산모사로 얻어낸 열저항의 변화경향성을 미분하여 열전달-단면적의 변화를 구하여 열병목 부위가 직관적으로 파악되게 하였고, 제안하는 모델함수의 열전달-단면적 결과와도 비교하여 분석모델의 예측 정확성을 부연 확인하였다. 고열전도 보조층을 활용하여 열저항이 개선된 구조에 대하여도 그 열전달-단면적 변화경향과 열저항 개선효과를 높은 정확도로 분석한 결과를 소개한다.

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    October 2019
  • Regular Paper

    Reflector Design to Improve the Uniformity of an Irradiated Area Using a Xenon Flash Lamp

    제논 플래시 램프 사용 시 조사 영역 균일도 개선을 위한 반사경 설계

    Seo-Young Kim, Han-Yul Lee, Won-Kyoun Jun, Dong-Hwa Kang, Ye-Ji Jo, and Mee-Suk Jung

    김서영, 이한율, 전원균, 강동화, 조예지, 정미숙

    In this paper, we studied a reflector design that can improve the illuminance uniformity when using a xenon flash lamp in the ...

    본 논문은 광 소결 공정에 쓰이는 제논 플래시 램프 사용 시 조도 균일도를 개선시킬 수 있는 반사경 설계에 대한 연구를 진행하였다. 조사 ...

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    In this paper, we studied a reflector design that can improve the illuminance uniformity when using a xenon flash lamp in the photonic sintering process. To achieve complete sintering of substrates in the irradiated area, the light efficiency and illuminance uniformity were set to target performance. Existing elliptical reflectors or parabolic reflectors make it easy to satisfy the target light efficiency, but have difficulty satisfying the illuminance uniformity. In this paper, a twin-concave feature has been added to the center of the parabolic reflector to satisfy the illuminance uniformity. It was confirmed that the illuminance uniformity of the parabolic reflector with a twin-concave feature was improved, compared to that of the traditional reflector.


    본 논문은 광 소결 공정에 쓰이는 제논 플래시 램프 사용 시 조도 균일도를 개선시킬 수 있는 반사경 설계에 대한 연구를 진행하였다. 조사 영역에서 기판의 완전한 소결이 이루어지기 위해서 광효율과 조도 균일도를 목표 성능으로 설정하였다. 기존의 타원 반사경 또는 포물 반사경을 이용한 방식은 광효율을 만족하기 용이하지만 조도 균일도를 만족하는데 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 조도 균일도를 만족시키기 위해 포물경의 중앙부에 쌍오목 형상을 추가하였다. 이러한 쌍오목 형태의 중앙부 형상을 갖는 포물 반사경의 조도 균일도가 기존의 반사경에 비해 향상됨을 확인하였다.

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    October 2019