구리 레이져기술의 동적 강화에 의한 진보(Advances in copper laser technology: kinetic enhancement)

전문가 제언

□ 구리증기 레이저(CVLs)의 출력규모를 제한하는 인자에 관한 기본적인 연구는 인터펄스 기간의 전자밀도의 붕괴속도에 펄스반복 속도가 제한되고 이것이 레이저구경 스케일링과 관계있다는 것이 증명되었다. 이러한 레이저의 활동영역의 최적화 플라즈마 조건에 미량기체 첨가물을 사용한 새로운 기술은 동적 강화된 구리증기 레이저(KE-CVLs)라고 불리는 고온구리 레이저의 새로운 분류의 발전을 가져오게 되었다.

□ 이 장치에 보통의 구리증기 진폭증가 매체는 약간의 수소와 함께 미량 HCl의 첨가에 의해 조절된다. 이러한 첨가물의 효과는 기체-방전 플라즈마의 인터펄스 이완의 속도를 상당히 늘려 레이저 성능의 모든 카테고리에서 극적인 발전을 가져왔다. KE-CVLs의 작동 특성에서 동역학의 증진은 구리 레이저 성능의 모든 면에서 유익한 변화를 가져온다. 프리-펄스 전자밀도에서 감소, 피크여기 전압은 증가, 전류는 감소하였다.

□ 레이저 출력과 전기효율을 증가하고 반복속도 스케일링은 높은 펄스 속도에서 조작을 효과적으로 개선하였다. 출력의 공간 프로필이 개선되고 증가지속 시간은 증가시간의 중앙 쪽으로 피크증가에서 이동과 관련하여 길어지고 출력과 효율 면에서 17kHz의 펄스속도에 각각 순수한 Ne와 2%H2-Ne 완충기체에서 조작했을 때 CVL은 각각 10W과 20W의 최대 출력을 나타내었다.

□ 40mm직경의 CVL은 순수한 Ne 완충기체와 함께 조작될 때 4.3kHz 펄스속도에서 최대 53W과 1%H2-Ne 혼합물에서 조작될 때 최대 65W (Pin= 9kW)을 나타내었다. 동적 강화된 조건에서 CVL은 4.3kHz의 펄스속도에서 80W의 안정한 출력과 6kHz의 펄스속도에서 100W이상의 출력을 나타내었다.

□ CVL(H2-Ne 완충기체와 함께 작동)은 6kHz의 펼스속도에서 최대 60W를 나타내었고 이 값은 펄스속도가 15kHz로 올라감에 따라 50W이하로 떨어졌다. KE-CVL은 25kHz까지 펄스속도에 대해 ~100W의 안정한 출력을 보였다. KE-CVL출력의 시간특성에서 레이저 출력펄스의 시간형태는 CVL로부터 높은 빔품질의 추출되었다.

□ KE-CVLs에 대한 출력펄스는 전형적인 CVLs보다 레이저 마이크로 기계가공에 알맞다. KE-CVLs가 전형적인 CVLs에서 극적인 차이를 나타내는 또 다른 영역은 출력빔의 공간특성에 있었다. 전형적인 CVLs의 출력 프로필은 튜브구멍 사이즈가 위쪽으로 축적됨에 따라 점점 고리모양이 되었다.

□ 이 효과는 축의 구리 바닥상태 밀도에서 감소와 스킨효과를 증가시키며 고리모양의 공간증가 프로필에 기여하였다. HCI-H2첨가제는 해리성 부착을 거친 프리-펄스 전자밀도를 줄이고 상호중화 반응을 통하여 구리 바닥상태의 속도를 증가시키는 효과를 가져왔다. 그러나 이것은 이차효과에 의해 공간의 증가거동에 영향을 주었다.

□ 특히 낮은 프리-펄스 전자밀도는 구리 바닥상태에 대해 빠른 속도로 이온 펌핑을 구리의 축의 결핍을 만드는 스킨효과를 줄인다. 이러한 메커니즘은 플라즈마를 가로질러 균일한 방사상 힘 부착과 균일한 구리 공간 분포에 기여하고 이 모두는 KE-CVLs의 공간증가 거동을 개선하였다.

□ KE-CVLs의 변형된 공간과 시간 레이저 특성은 높은 빔품질 출력 수율 개선의 가능성을 보여주었다. KE-CVL행동의 매개변수의 연구에 KE-CVL시스템보다 정교한 진단실험과 컴퓨터 모델링올 통해 KE-CVL 역학의 질적 이해를 펼치는데 기여할 수 있다. KE-CVL에서 관찰된 강화된 플라즈마 이완은 구리와 염화이온의 상호중화에 의해 HCl에 의한 전자의 해리 성 부착의 결과이다.

□ 이러한 두 개의 과정은 전자밀도와 구리이온 밀도를 빠르게 줄이기 위해 작용하며 구리밀도와 낮은 프리-펄스 전자밀도에서 관찰된 신속한 재성장에 기여하였다. 컴퓨터 모델은 KE-CVL에서 복잡한 플라즈마 동역학논쟁의 이해를 개선하기 위해 개발되었다. 모델은 Cu-Ne-H2혼합물을 포함하는 전형적인 CVLs에 대해 개발된 이전의 역학 모델에 의거한다.

저자

Withford, MJ; Brown, DJW; Mildren, RP; Carman, RJ; Marshall, GD; Piper, JA

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

전기·전자

연도

2004

권(호)

28(3-4)

잡지명

PROGRESS IN QUANTUM ELECTRONICS

과학기술
표준분류

전기·전자

페이지

165~196

분석자

임*생

분석물

• 구리 레이져기술의 동적 강화에 의한 진보.pdf [246,006 byte]

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