모드록킹된 광섬유 레이저 자이로스코프(ML-FLaG)$^{(1)}$ 는 일반 거울과 Sagnac 루프 거울로 이루어진 공진기 안에 이득 매질이 포함된 광섬유 레이저의 형태를 가진다. Sagnac 루프 거울을 서로 반대 방향으로 진행하는 두 빛 사이의 위상차를 변조시키면 루프 거울의 반사율이 변조되는데, 여기서 위상 변조 주파수를 공진기의 종모드 간격과 일치시키면 공진기 왕복 주기에 두 개의 펄스가 들어가는 모드록킹된 펄스열을 얻을 수 있다. 이 두 펄스 사이의 시간 간격은 회전율에 따라서 변하기 때문에, 두 펄스 사이의 시간 간격 변화를 측정하면 회전 각속도를 알아낼 수 있다. (중략)
극초단 레이저 펄스의 펄스폭(pulse width)을 측정하기 위하여 SHG방법을 이용한 실시간(real time) 자기상관계(autocorrelator)를 개발하였다. 본 연구에서 개발한 자기상관계의 측정법위는 142 ps이며, 지연(delay) block을 한쪽 arm에 삽입하면 250ps까지 측정범위가 확장된다. CW mode-locked Nd:YLF 레이저의 공진기 길이가 mode-locker의 RF 주파수와 matching 되었을 때 가장 짧은 20ps의 펄스폭을 측정하였으며, 공진기 길이를 detuning함에 따란 39ps와 47ps의 펄스폭을 측정 하였다.
$MgF_2$, $SiO_2$ 및 ZnS 박막을 물리 증기 증착하는 동안 펄스 레이저(Nd-YAG, 제2고조파 532 nm)로 Annealing 하여 표면 거칠기 특성을 개선하였다. 펄스 반복율이 10 Hz, 펄스폭 5 ns, 파장 532 nm인 펄스레이저로 Annealing한 유리 기판에 증착된 $MgF_2$와 $SiO_2$ 시료들은 레이저 에너지가 $140\;mJ/cm^2$ 경우에 산란 총량 값이 최소가 되었지만, ZnS 박막의 경우에는 Annealing 레이저광 에너지가 $62\;mJ/cm^2$일 때 산란 총량이 최소값을 나타냈다. AFM을 사용하여 박막시료의 표면 거칠기에 대한 펄스 레이저 Annealing 효과를 측정 하였다. 그 결과는 TIS 측정치와 유사 하여 표면 거칠기는 Annealing 하기위해 조사된 레이저 에너지에 의존 하여 감소하였다.
본 연구의 목적은 Nd:YAG 펄스레이저 조사 후 알루미늄 합금 6061-T6 시편의 표면상태에 대한 표면 거칠기의 영향을 연구하는 것이다. 초기 표면 거칠기를 다르게 하기 위해 다아이몬드 입자($1{\mu}m$)와 연마지(#100, #220, #600, #2400)를 이용하여 표면을 가공하였다. 10 번의 펄스레이저를 조사한 후 주사전자현미경과 광학현미경 그리고 원자현미경을 이용하여 표면상태를 관찰하였다. 그 결과 표면 거칠기가 증가할수록 용융부의 지름이 증가하였는데, 이는 표면 거칠기에 따라 표면부에서 레이저 빔의 다중반사와 다중흡수가 일어나 레이저 빔의 흡수율이 변하기 때문이다. 이를 검증하기 위해 용융부의 지름으로부터 표면 거칠기에 의해 증가하는 상대적인 흡수율을 계산하였으며 평균 표면 거칠기가 증가함에 따라 상대적인 흡수율이 용융부의 지름과 유사한 형태로 증가하는 것을 보였다.
본 연구에서는 초음속 비행체의 조파저항을 감소시키기 위하여, 최대 주파수 80 kHz의 반복 레이저 펄스에 의해 야기된 에너지 부가법에 관한 실험적 연구가 수행된다. 기류 마하수 1.94의 흡입식 초음속 풍동의 바깥에 설치된 초점렌즈에 의하여 레이저 펄스가 실린더 모델 전단부에 집약된다. 시간변동 항력과 정체압력은 로드셀과 PCB 압력센서에 의해서 측정되며, 동시에 고속 카메라를 이용하여 가시화가 수행된다. 본 연구의 결과로부터, 레이저 펄스 에너지 부가에 의한 항력 저감량은 레이저 펄스 주파수가 증가할 때, 최대 21%까지 거의 선형적으로 증가하였다. 부가 에너지 효율은 레이저 펄스 에너지에만 의존하는 결과를 얻었으며, 최대 1000%까지 달성되었다.
1 picosecond 보다 짧은 펄스길이를 갖는 초단파길이 레이저 펄스 (Ultrashort laser pulse, USLP)를 이용한 물질의 절제 (ablation)는 여타 nanosecond 영역의 레이저 절제와 많은 차이를 보인다(1). USLP는 순간 파워가 매우 높기 때문에 직접적으로 물질의 원자를 분리시켜 자유전자를 형성한다 이들 자유전자는 일반 선형흡수체 (linear absorbing chromophore)보다 흡수계수가 몇 십 배로 높아 대부분의 펄스 에너지가 표면 100-200 m 이내의 극히 작은 지역에 밀집되게 된다. (중략)
처프펄스증폭(CPA) 개념을 이용한 티타늄 사파이어 레이저는 고출력 펨토초 펄스 생성에서 표준적인 시스템이며, 현재 수 kHz의 반복률에서 TW 급의 출력을 가지는 시스템들이 개발되어 사용 중이다.(1) 그러나 증폭시에 나타나는 티타늄 사파이어 레이저 매질에서의 이득 좁아짐 효과 때문에 얻어지는 최소 펄스폭은 20 펨토초 수준으로 제한된다. 이러한 스펙트럼폭의 한계를 극복하기 위하여 hollow-fiber에서의 자체위상변조(SPM) 현상을 이용하여 500 nm 이상의 파장 영역에 걸친 continuum을 발생시키는 기술이 제안되었다. (중략)
최근에 $CO_2$의료용 레이저의 이용이 증가함에 따라 레이저출력의 안정도, 유지와보수의 편리성, 소형화, 저가격화 등이 요구되고 있으며, 이러한 특성을 충족시키기 위해서본 연구에서는 실험실에서 직접 설계ㆍ제작할 수 있는 저속 축류형의 구조를 채택하였다. 그리고 펄스 발생 장치는 SMPS방식, 스위칭 소자는 수십KHz의 스위칭에 적합한 IGBT를 사용하였고 커패시터에 충전된 에너지를 고압ㆍ고주파 펄스 변압기를 사용하여 고압펄스로 변환 후 방전관에 인가하였다. 레이저 출력은 일정한 펄스폭에서 펄스반복율을 변화시킴으로서 제어가 가능하도록 하였다. 반복율은 10Hz~1KHz까지 가변할 수 있도록 설계하였고 최대펄스 전압은 약 20㎸였다. 실험결과 기존의 출력보다 최대 3% 향상을 얻을 수가 있었고. 최대출력은 동작압력 18 Torr에서 23w를 얻었다. 또한, 90˚에서 SCR를 점호하였고 펄스반복률은 60Hz조건에서 한개의 펄스파형을 포착하여 펄스폭(FWHM:Full Width at Half Maxium)을 측정한 결과 약 3㎳을 얻을 수가 있었다.
본 연구는 $1.3{\mu}m$ 파장의 초고속 Nd:YAG레이저 펄스를 얻기 위해 AOM을 이용하여 모드록킹 Nd:YAG레이저 공진기를 구성하였다. 여기용 반도체 레이저는 중심파장 810nm, 출력 1.2W이며, 레이저 매질은 직경 3mm, 길이 10mm로 $Nd^{3+}$가 1.0at%로 도핑된 Nd:YAG Rod를 사용하였다. 모드록킹에는 음향광학 변조기(변조 주파수 40MHz)를 사용하여 펄스폭 ${\tau}p=80ps$의 극초단 펄스를 얻었다.
경피를 통한 약물 전달 방식에 있어, 본 연구에서 제안하고 있는 바늘 없는 주사기 시스템은 레이저와 마이크로젯 인젝터로 구성 되어 있다. 이때 마이크로젯 인젝터의 핵심 메커니즘은 레이저 유도버블이다. 동력원으로 Nd:YAG와 Er:YAG, 두 종류의 레이저가 사용되었다. 버블의 특성을 결정짓는 레이저 변수인 펄스폭, 파장 등이 본 연구에서 고려되었다. Nd:YAG 레이저의 경우에 펄스폭이 버블의 생존 시간보다 짧기 때문에 캐비테이션에 가까운 버블을 형성하는 반면 Er:YAG 레이저의 경우에 펄스폭이 상대적으로 길고 물에서의 흡수가 잘 되기 때문에 보일링 버블이 만들게 된다. 버블 및 마이크로젯의 자세한 움직임은 초고속 카메라를 통해 촬영되었다. 이와 같은 과정을 통하여 마이크로젯의 특성이 버블에 의해 결정되는 것을 본 연구를 통해 관찰되었다. 약물 전달 성능은 기니어피그 조직에 형광물질을 침투한 결과로 부터 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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