Recently high-power laser has been developed for various applications. Beam Launch Telescope (BLT) system is one of the systems using high-power laser. High energy absorbed by reflective mirrors through high-power laser beam might distort the reflective mirror surfaces in BLT system and degrade system performance. However, high-power laser system must be capable of transporting and directing the beam with high accuracy. Thus it is important to minimize the distortion. For the optimal optical performance of the mirror with least possible weight, topology optimization method is applied. To investigate the distortion of mirror surface by the high-power laser, thermo-elastic analysis is performed with three dimensional models. Thermal analysis considering conduction and convection is performed. In this analysis, heat source by the high power laser is treated as the heat flux on the mirror front surfaces. Through the obtained thermal distribution, distortion of mirror surface are calculated. As a measure of thermal distortion on the mirror surface, RMS value is used as the objective function in the optimization procedure. And total mass of the reflective mirror is constrained to be a certain value. The sensitivities of the objective function and constraint are calculated by direct differentiation method. Optimization procedure is carried out by an optimality criteria method using the sensitivities of the objective function and the constraint. The proposed formulation and the design procedures are applied to the design of the mirror-backing surface in high-power laser system.
최근 고출력 레이저는 다양한 적용 분야에서 쓰이고 있다. BLT시스템은 고출력 레이저를 이용한 시스템 중 하나이다. 고출력 레이저 빔에 의해 시스템 내 반사경에 입사한 고에너지에 의해 BLT시스템의 반사경 광학면이 왜곡되어 시스템 전체의 성능저하를 초래한다. 하지만, 고출력 레이저 시스템은 빔의 정확한 정렬이 필요하다. 따라서 이러한 반사면의 왜곡을 줄이는 것이 매우 중요하다. 또한 반사경을 경량화 하면서 최적화된 광학적 성능을 얻기 위해서 위상최적화 기법을 적용하였다. 고출력 레이저에 의한 광학면이 왜곡되는 것은 열탄성 해석을 통하여 수행하였다. 이때 열전달은 전도에 의한 열전달 뿐 아니라 대류에 의한 열전달도 고려하였고, 레이저 빔에 의해 광학면으로 입사하는 열은 열유속으로 고려하여 다루었다. 이러한 열전달 해석을 통해 얻은 온도 분포를 통해 반사경 광학면의 변형을 계산하였고 광학면의 변형정도로 RMS값을 목적함수로 하여 최적화를 수행하였다. 또한 반사경의 경량화를 위하여 전체 질량을 제한하는 제한 조건을 설정하였고 알고리즘으로는 최적조건법을 사용하였다. 앞서 제안된 방법과 절차를 이용하여 고출력 레이저 시스템 반사경의 광학면 후면의 설계에 적용하였다.
