Kim, Young-Jin;Kim, Yun-Seok;Kim, Seung-Man;Kim, Seung-Woo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.6
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pp.7-16
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2010
Physical fundamentals of ultrashort femtosecond lasers are addressed along with emerging applications for precision manufacturing and metrology. Femtosecond lasers emit short pulses whose temporal width is in the range of less than a picosecond to a few femtoseconds, thereby enabling extremely high peak-power machining with less thermal damages. Besides, the broad spectral bandwidth of femtosecond lasers constructed in the form of frequency comb permits absolute distance measurements leading to ultraprecision positioning control and dimensional metrology.
We have surveyed on significant progress in recent developments of accelerator-based pulsed X-ray sources has offered the opportunity for time-resolved studies on fast structure dynamics on the nanometer scale. The required and currently available techniques for time resolved X-ray diffraction measurements using the third-generation synchrotron radiation sources are summarized. Ultrafast X-ray experimental techniques are discussed for femtosecond studies at future synchrotron radiation sources.
During the last decade, the exploration of nanoscale device and circuitry based on molecules has gained increasing interest. In parallel with this, considerable effort is being devoted to the development of molecular photonic/electronic materials based on various porphyrin arrays. This involves light as an input/output signal and excitation energy migration as a mechanism for signal transmission. Absorption of a photon at the light collector end of the porphyrin array yields the excited state, which migrates among the intervening pigments until reaching the emitter, whereupon another photon is emitted. As a consequence, it is relevant to understand the excitation energy transfer (EET) processes occurring in various forms of porphyrin arrays for the applications as artificial light harvesting arrays and molecular photonic/electronic wires. Since the excitonic (dipole) and electronic (conjugation) couplings between the adjacent porphyrin moieties in porphyrin arrays govern the EET processes, we have characterized the EET rates of various forms of multiporphyrin arrays (linear, cyclic, and box) based on various time-resolved spectroscopic measurements. We believe that our observations provide a platform for further development of molecular photonic/electronic materials based on porphyrin arrays.
Photophysical properties of a newly-synthesized porphyrin derivative, trans-bis(ferrocene carboxylato)- (5,10,15,20-tetraphenylporphyrinato)tin(IV) [Sn(TPP)(FcCOO)2] were investigated by means of steady-state and fs-time resolved laser spectroscopic techniques, and compared with those of a standard molecule, trans-dichloro( 5,10,15,20-tetraphenyl-porphrinato)tin(IV) [Sn(TPP)Cl2]. The fluorescence spectrum of Sn(TPP)- (FcCOO)2 was observed to exhibit dual emission bands originating from the S2-state and the S1-state, which was greatly quenched as compared to those of Sn(TPP)Cl2. The fs-time resolved fluorescence and transient absorption spectroscopic measurements revealed that the fluorescence quenching is due to formation of the long-lived charge transfer state by intramolecular electron transfer from ferrocene to the S2-excited SnTPP in addition to the enhanced non-radiative deactivation processes.
We investigate transmission of light in nanoscale structures. We present spatial and temporal domain measurements of the dephasing of surface plasmon excitations in metal films with periodic nano-hole arrays. By probing coherent spatial SP propagation lengths of a few f1. $\mu$m and an ultrafast decay of the SP polarization on a 10 fs timescale, we demonstrate that the SP transmission peaks are homogeneously broadened by the SP radiative lifetime. The pronounced wavelength and hole size dependence of the dephasing rate shows that the microscopic origin of the conversion of SP into light is a Rayleigh-like scattering by the periodic hole array. We have experimentally studied the dephasing of surface plasmon excitations in metallic nano-hole arrays. By relating nanoscopic SP propagation, ultrafast light transmission and optical spectra, we demonstrate that the transmission spectra of these plasmonic bandgap structures are homogeneously broadened. The spectral line shape and dephasing time are dominated by Rayleigh scattering of SP into light and can varied over a wide range by controlling the resonance energy and/or hole radius. This opens the way towards designing SP nano-optic devices and spatially and spectrally tailoring light -matter interactions on nanometer length scales.
A comprehensive real-time spectral phase interferometry for direct electric field reconstruction (SPIDER) apparatus for characterizing femtosecond laser pulses is demonstrated. The SPIDER provides the temporal profiles of femtosecond laser pulses, reconstructed at the speed of 3.5 Hz, with parameters of the spectral phase such as group delay dispersion and third-order dispersion. The apparatus is applied successfully to optimize the spectral dispersion of a kHz femtosecond Ti:Sapphire laser by adjusting a grating compressor in real time.
Park, Mira;Lee, Heung Soon;Kim, DongHo;Song, Nam Woong
Journal of Photoscience
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v.11
no.32
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pp.47-53
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2004
A laser scanning fluorescence microscope system has been fabricated for single molecule detection (SMD). Problems associated with the system set-up have been discussed along with proper suggestions. Based on the SMD results obtained by using the apparatus, a statistical method has been suggested to determine the minimum number of required molecules to form a group of uniform average in a selected error range.
Over the past decade the experimental technique of THz time domain spectroscopy (㎔- TDS) has proved to be a versatile method for investigating a wide range of phenomena in the ㎔ or far infrared spectral region from 100 ㎓ to 5 ㎔. This paper reviews some recent results of the Ultrafast ㎔ Research Group at Oklahoma State University using ㎔-TDS as a characterization tool. The experimental technique is described along with recent results on ㎔ beam propagation and how ㎔ beam profiles arise from propagation of pulse fronts along caustics. To illustrate how spatio-temporal electric field measurements can determine material properties over a wide spectral range, propagation of ㎔ pulses through systems exhibiting frustrated total internal reflection (FTIR) are reviewed. Finally two potential metrology applications of ㎔-TDS are discussed, thin film characterization and non-destructive evaluation of ceramics. Although ㎔-TDS has been confined to the research laboratory, the focus on application may stimulate the adoption of ㎔- TDS for industrial or metrology applications.
Jo, Wonhyuk;Landahl, Eric C.;Kim, Seongheun;Lee, Dong Ryeol;Lee, Sooheyong
Current Applied Physics
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v.18
no.11
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pp.1230-1234
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2018
We report a new method of measuring the non-radiative recombination rate in bulk Silicon. Synchrotron timeresolved x-ray scattering (TRXS) combines femtometer spatial sensitivity with nanosecond time resolution to record the temporal evolution of a crystal lattice following intense ultrafast laser excitation. Modeling this data requires an Auger recombination time that is considerably slower than previous measurements, which were made at lower laser intensities while probing only a relatively shallow surface depth. We attribute this difference to an enhanced Coulomb interaction that has been predicted to occur in bulk materials with high densities of photoexcited charge carriers.
Yoo, Byung Hwa;Chung, Dong Chul;Kang, Seung Beom;Kwak, Min Hwan;Kang, Gwang-Yong
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.12
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pp.1939-1943
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2012
In this paper we presented the detection of the explosive material RDX using a parallel plate waveguide (PPWG) THz time domain spectroscopy (TDS). Normally the explosive materials have been characterized through identification of vibrational fingerprint spectra. Until now, most of all THz spectroscopic measurements have been made using pellet samples where disorder effects contribute to line broadening such that individual resonances merge into relatively broad absorption features. In order to avoid such disadvantages we used the technique of PPWG THz-TDS to achieve sensitive characterization of explosive material RDX. The PPWG THz-TDS used in this work well established ultrafast optoelectronic techniques to generate and detect sub-picosecond THz pulses. The explosive material was analyzed as powder layers in $112{\mu}m$ gap of metal PPWG. The thin later mass was estimated to be about $700{\mu}g$. Finally, we showed spectra of explosives from 0.2 to 2.4 THz measured using PPWG THz-TDS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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