수퍼 가우시안 빔을 이용한 레이저 전력 전송 효율 개선

Abstract

자유 공간 광 통신 또는 레이저 전력 전송과 같은 장거리 레이저 빔 전파 연구의 핵심 요소 중 하나는 레이저 빔의 전송 효율이다. 본 논문에서는 레이저 에너지 전송의 효율을 개선하기 위해 레이저 빔의 공간적 분포를 변형하는 방법을 제안하였으며, 특히 수퍼 가우시안 빔을 대상으로 수치 해석을 진행해 그 유효성을 확인하였다. 송신기의 광학 시스템에 의해 결정된 회절 한계 반지름 이내로 수신되는 전력의 양을 기준으 로, 2차 수퍼 가우시안 레이저 빔이 1 km 거리를 전파할 때 단일 채널과 다중 채널에서 모두 전송 효율이 개선되는 것을 확인하였다. 또한 1 km 전파거리를 전제로 기본 가우시안 빔과 2차 수퍼 가우시안 빔을 사용하는 상황을 비교하였을 때, 전송 효율 개선률이 단일 채널 레이저에서 1.2% 이상, 3채널 및 7채널에서는 각각 4,2% 및 4.6% 이상이라는 결과를 얻었다. 레이저 빔의 전파거리가 750 m에서 1250 m 사이인 경우, 2차 수퍼 가우시안 빔의 전송효율 개선률은 단일, 3채널, 7채널일 때 각각 1.2%, 4.1%, 4.0% 이상으로 전송 효율의 우위가 유지되었다.