• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.258-258
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• 2010

레이저 유기 형광법은 비침투적인 방법으로 플라즈마를 진단할 수 있는 장점이 있다. 특히 헬륨 플라즈마 내에서 전기장이 존재하는 경우에 헬륨의 에너지 준위가 분리되는 STARK 효과를 이용하여 기판 부근에 발생한 쉬스 내의 전기장을 측정할 수 있다[1]. 그러나 플라즈마의 생성을 위한 RF 소스와 레이저 간의 위상이 동기화 되지 않는 경우엔, 그 결과 값의 보정이 필요하다. 외부의 전기장이 시변하는 경우에 각각의 위상에서 헬륨의 여기종이 느끼는 전기장의 세기는 다르다. 따라서 레이저가 어떤 타이밍에 입사되는 가에 따라 신호의 분리되는 정도가 달라지는데, 레이저와 외부 전기장의 위상을 동기화하지 않은 경우에는 관측된 신호는 각각의 위상에서 여러 가지로 분리된 신호가 더해진 합의 형태로 나타난다. 이는 외부에서 인가된 전기장의 가장 큰 값을 나타낸다고 알려져 있었다[2]. 그러나 레이저 유도 형광 신호는 넓게 분산을 가지므로 이는 보정되어야 한다. 본 연구에서는 각각의 위상에서 출력되는 형광 신호를 구하고 시간의 영역에서 1주기 동안 적분하여 실제로 관측될 레이저 유도 형광신호의 보정치를 계산하였다. 이를 실험적으로 검증하기 위해서 유도 결합 플라즈마 반응 챔버 내에서 플라즈마를 방전시킨 후에, 레이저 유도 형광법을 사용하여 기판 위에 생성된 쉬스 내의 전기장을 측정하였다. 그리고, 랑뮤어 프루브를 이용하여 벌크 플라즈마 내의 플라즈마 전압을 구하고, 이를 적분 상수로 삼아 쉬스 내의 전위 분포를 구하였다. 또한 기판에 인가되는 전압을 직접 측정하여 위에서 구한 전위 분포치와 보정을 한 후의 전위 분포치를 비교, 검토하여 보정치를 검증하였다.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2000.08a
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• pp.214-215
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• 2000

레이저로 발생시킨 플라즈마의 분광학적인 분석은 유용한 분석기술로 평가되고 있다. 이러한 플라즈마를 발생시키는데 있어서 Q-switched 레이저를 많이 사용되고 되고 있으나, Q-switch된 레이저로 발생시킨 플라즈마 복사광의 특성은 주변 분위기에 의해 매우 큰 영향을 받는다. 특히 대기압인 공기분위기에서 레이저로 발생된 플라즈마의 분광특성은 강하고 연속적인 background가 포함되고, 자체적으로 흡수되고, 넓게 퍼진 분광선들이 생성된다. 이는 레이저 발생 플라즈마를 통해 성분을 분석할 경우에 적합하지 않다. (중략)

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.529-529
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• 2013

플라즈마를 진단하는 데에는 장비적으로나 현실적으로 많은 제약이 따른다. 따라서 측정 할 수 있는 parameter가 적다. 그리고 진단 장비의 성능에 따라서 측정된 data의 신뢰도가 결정된다. 그래서 플라즈마에 레이저를 쏘아서 생성되는 솔리톤의 RADIATION을 이용하여 플라즈마의 특성을 파악하려고 한다. 본 시뮬레이션은 Particle-In-Cell (PIC) 시뮬레이션을 이용하여 Underdense 플라즈마에 Terahertz 레이저를 쏘았을 경우 발생되는 솔리톤의 특성을 파악하였다. 2D 시뮬레이션으로 수행하였으며 플라즈마는 Underdense 플라즈마를 이용하였다. 레이저 Focusing 점의 위치와 솔리톤의 주파수, 플라즈마의 밀도 gradient 에 따른 솔리톤의 이동 및 특징, 플라즈마 밀도에 따른 솔리톤의 특징을 살펴보았다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2003.11a
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• pp.27-29
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• 2003

최근 레이저와 아크를 동시에 사용하여 용접 속도와 품질을 향상시킬 수 있는 하이브리드 용접 기술이 개발되어 활발히 연구가 진행되고 있다. 레이저와 아크를 동시에 사용하게 되면 각각의 열원이 서로 영향을 주어 새로운 용접 열원으로서 동작하게 되는데 특히 레이저에 의해서 발생하는 모재의 금속 증기는 아크 플라즈마의 안정화를 가져오는 것으로 알려져 있다. 또한 금속 증기 속의 이온과 전자가 아크 플라즈마의 음극점을 형성하는데 도움을 줌으로써 플라즈마의 국부적인 온도 상승을 가져오게 된다. 본 연구에서는 effective electrical potential 개념을 도입하여 이러한 현상을 해석하였고 용접 조건에 따른 플라즈마의 거동 변화를 시뮬레이션 하였다.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2002.11a
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• pp.290-291
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• 2002

스틸 판재 4KW CO2 레이저 용접시 발생되는 플라즈마 특성 연구를 위하여 용접 품질에 중요한 요인이 되는 용접속도, 주입가스 양, 판재사이의 갭을 변화시키면서 실험을 하였다 발생된 분광학적 스펙트럼을 측정하였고 플라즈마광의 세기를 광파이버를 이용하여 측정하였다 플라즈마 패턴 특성을 알기 위하여 1000 frame/sec의 고속 디지털 카메라를 이용하여 플라즈마 영상을 측정하였다 그 결과, 용접속도가 빠를수록 상단에서 발생되는 플라즈마 광의 세기는 커졌으며, 주입가스의 양이 적을수록 플라즈마광의 세기가 강하게 측정되었다. 또한 판재 사이가 넓을수록 발생된 플라즈마가 판재 사이로 분출이 되면서 그 세기가 감소되는 현상을 보여주었다. 이러한 결과는 2차원 플라즈마 영상실험의 결과와 일치함을 보여주었다. 따라서 표면에서 발생되는 플라즈마 광의 세기는 레이저 용접시 중요한 요인이 되는 침투깊이를 추정하는데 중요한 정보가 되며 레이저 용접 품질에 대한 실시간 모니퍼링이 가능함을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.201.1-201.1
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• 2016

본 연구에서는 펄스형으로 운전하는 플라즈마를 대상으로 하거나 플라즈마 특성의 빠른 변동을 파악하기 위해 1 kHz 이상의 반복율, 5 pulse burst mode와 2 J/pulse 이상의 발진특성을 갖는 Nd:YAG 레이저를 기반으로 하는 광원을 개발하기 위하여 레이저와 전원장치를 설계하였다. 전체 시스템은 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)형태로 구성하고 발진기는 FBG(Fiber Bragg Grating)을 반사경으로 사용한 Yb fiber 레이저를 설계하였다. 또한 설계한 레이저를 작동시킬 전원장치를 연구하였다. 정확한 스위칭과 턴온, 턴오프를 구현하기 위하여 IGBT 스위치를 적용하였고 적절한 저항을 조합하여 전류가 시간에 따라 상승하다가 스위치 턴오프에 급격히 감소하는 형태의 레이저 다이오드 구동에 적합한 삼각파와 비슷한 전류파형을 설계하였다. 추후 설계한 두 장치를 제작하여 테스트를 거친 후, VEST 내부 플라즈마 진단에 적용할 계획이다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• v.43
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• pp.49-51
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• 2004

레이저 아크 하이브리드 용접에서 보호가스로 헬륨을 사용하였을 때 레이저에 의해 발생하는 금속 증기가 아크 플라즈마의 거동에 미치는 영향에 관하여 시뮬레이션 하였다. 해석에 필요한 기본적인 물성치들은 헬륨과 금속 증기의 부분압에 따라 비율로서 결정하였고 아르곤을 사용하였을 때와 비교하여 헬륨 플라즈마의 특성을 파악하였다. 또한 보호가스의 종류에 따라 레이저 빔의 흡수율을 계산하여 고옥의 플라즈마가 발생할 때 헬륨 보호가스가 적당함을 보였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.48 no.6
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• pp.479-487
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• 2020

A new double-pulse laser system that combines Raman and laser induced plasma spectroscopy (LIPS) in a single unit is proposed. The study attempts to enhance the laser induced plasma signals while simultaneously extracting the desired molecular signals from Raman spectroscopy. In low pressure conditions such as the lunar atmosphere, the measuring of plasma emission is hard because of the low electron density and short persistence time causing a rapid plasma expansion. Furthermore, in the integration of the detecting system aimed at space exploration, the minimization of laser system is important in terms of the payload mass. Simultaneous molecular and atomic detection that gave highly resolved spectral data at pressure below 0.07 torr is demonstrated amongst eight rock samples test. The plasma stacking produced from the double-pulse laser enhanced the signal intensity of calcium and oxygen lines in calcite matrix by twofold, compared to a conventional LIPS.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.184-184
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• 2016

플라즈마에 레이저 빛을 입사한 후 CCD 소자로 획득한 영상은 검고 밝은 픽셀로 이루어지며 이를 플라즈마 스펙클 패턴이라 정의한다. 그림 1은 $NH_3$ 플라즈마에서 획득한 스펙클 패턴을 보이고 있다 [1]. 광학에서 스펙클 패턴은 빛의 산란을 이용해 정의하고 있지만 최근의 연구에서 이 같은 정의가 잘 못되어졌음이 보고된 바 있다 [2]. 스펙클 패턴은 입사된 빛 물질과 빛 물질 에너지를 흡수하는 표면 플라즈몬 캐리어 (surface plasmon carriers-SPC)가 함께 공존하는 전자계 에너지 필드라고 정의된 바 있다 [2]. 플라즈마 스펙클 패턴은 진공이 SPC와 같은 음의 물질과 입자로 채워져 있다는 가정에 기초하고 있다 [1]. 새로이 정의된 스펙클 패턴은 전하가 없는 photon 모델과는 달리 빛이 양의 전하를 가지고 있다는 사실에 기초한 것이며, 이는 최근의 빛 물질 수집과 관련한 실험적 연구 [3], 빛 물질의 화학적 원소 분석 [4], 빛 물질의 양의 입자성 [5]에 근거를 두고 있다. 빛 물질은 그림 2 [6] 에서와 같이 물 방울을 태양 또는 레이저 빛에 노출시켜 용이하게 수집할 수 있다 [3-6]. 플라즈마 스펙클 패턴에서 픽셀합 분포함수 (pixel sum distribution function-PSDF)을 구할 수 있으며, PSDF에서 추출한 정보는 optical emission spectroscopy, langmuir probe로 수집한 데이터와 매우 유사한 경향성을 보였다 [1, 6]. 이는 스펙클 패턴이 플라즈마의 광학적 전기적 정보를 저장하고 있음을 의미한다. 본 발표에서는 새로운 플라즈마 진단 방식으로서의 스펙클 이미징 시스템, 동작원리, 물리적 기초, 그리고 응용사례 등을 살펴본다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.217-217
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• 2011

플라즈마를 이용하는 식각 및 증착등의 반도체공정에 있어서 최근에는 기판의 크기가 점차 증가하는 추세에 있다. 이러한 대면적 플라즈마 발생장치 내에서 플라즈마 밀도와 라디칼 농도의 공간적인 특성을 이해하는 것에 대한 중요성이 더해지고 있다. 이를 위해 Langmuir probe와 같은 전기적 접근법에 의한 진단방법이나 광학적 접근법에 의한 진단방법에 대한 연구가 이루어 졌다. 전기적 접근법에 의한 플라즈마의 진단방법은 원리가 간단하고 정확도가 높다는 장점이 있지만 진단 장치에 의한 플라즈마의 간섭이 크고 식각가스의 경우 진단이 어렵다는 단점이 있다. 그에 비해 광학적 진단방법은 플라즈마에 간섭이 많지 않은 방법으로 알려져 있고 레이저 형광법(LIF), 원적외선 레이저 흡수 분광법(IR laser Absorption Spectroscopy), 광량측정법(Actinometry)등이 있다. 이 중 레이저 형광법, 원적외선 레이저 흡수 분광법의 경우, 진단장치가 매우 복잡하고 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 반면 광량측정법의 경우 다른 광학적 접근법에 의한 진단방법에 비해 원리와 실험장치가 간단하고 공간적인 라디칼 분포의 진단이 쉽다는 점에서 장점을 가지고 있다. Actinometry는 Ar과 같은 불활성 기체를 작은 비율을 넣어서 여기 된 불활성 기체의 파장세기와 여기 된 측정 라디칼의 파장세기의 비교를 통해 상대밀도를 측정하는 방법이다. 이 측정 방법에 Abel's inversion equation을 적용함으로 해서 대면적 M-ICP(Magnetized - Induced Coupled Plasma)에서 식각가스인 $CF_4$플라즈마에서 F 라디칼 농도의 공간적인 분포를 측정하고 분석하였다. 또한 플라즈마의 압력, 소스 전력 값과 기판 전력 값등의 조건의 변화에 따라 F 라디칼 농도의 분포가 어떻게 달라지는지에 대해 측정 분석하여 다루었다.