KR101223811B1 - Enhancement of coherence in relativistic nonlinear Thomson scattering and generation of high power ultrashort X-ray pulse using nanotube or nanowire target and sharply increasing laser pulse - Google Patents

Enhancement of coherence in relativistic nonlinear Thomson scattering and generation of high power ultrashort X-ray pulse using nanotube or nanowire target and sharply increasing laser pulse Download PDF

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Abstract

본 발명은 고출력 극초단 X 선을 발생시키는 새로운 방법에 관한 것으로서, 아토초 단위의 극초단파 생성을 위해서 타깃의 밀도 조건과 두께 조건 및 레이저, 타깃 및 검출기의 각도 조건을 동시에 만족시키도록 구성하고자 한다.
본 발명에 의해서 팸토초 이하의 매우 짧은 시간에 이루어지는 화학 반응 등의 현상을 명확하고 직접적으로 관찰할 수 있는 획기적인 방법이 제시된다..
The present invention relates to a novel method for generating high-power ultra-short X-rays, and is intended to simultaneously satisfy the density and thickness conditions of the target and the angular conditions of the laser, the target, and the detector for generating microwaves in the Atosecond unit.
According to the present invention, a groundbreaking method for clearly and directly observing a phenomenon such as a chemical reaction occurring in a very short time of less than femtosecond is proposed.

Description

급격하게 세기가 증가하는 레이저 펄스를 이용한 고출력 극초단 엑스선 펄스의 발생 방법{Enhancement of coherence in relativistic nonlinear Thomson scattering and generation of high power ultrashort X-ray pulse using nanotube or nanowire target and sharply increasing laser pulse}Enhancement of coherence in relativistic nonlinear Thomson scattering and generation of high power ultrashort X-ray pulse using nanotube or nanowire target and sharply increasing laser pulse}

본 발명은 나노튜브에 급격히 세기가 증가하는 레이저를 가하여 고출력 극초단 X선을 발생시키는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for generating high power ultra-short X-rays by applying a laser of rapidly increasing intensity to a nanotube.

극초단 펄스는 매우 짧은 시간에 발생하는 현상을 명확하고 직접적으로 관찰할 수 있는 도구이다. Ultrashort pulses are a clear and direct way to see what happens in a very short time.

관찰하고자하는 현상에 따라 다양한 파장과 길이의 펄스가 필요한데, 도 1은 현재까지 개발된 극초단 펄스들을 광자에너지, 길이에 따라 그린 것이다. 대표적으로, Ti:Sapphire 기반의 펨토초 레이저를 이용하면 화학 반응의 시간적 변화 및 중간 과정을 확인할 수 있다. According to the phenomenon to be observed, pulses of various wavelengths and lengths are required. FIG. 1 shows extremely short pulses developed to date according to photon energy and length. Typically, femtosecond lasers based on Ti: Sapphire can be used to identify the temporal changes and intermediate processes of chemical reactions.

특히 1999년에는 펨토초 레이저를 이용한 화학 반응의 관찰로 미국 CALTECH의 Ahmed Zewail은 노벨화학상을 수상했다. 1 펨토초 보다 짧은 펄스를 발생시키는 방법 중 현재 실험으로 구현된 방법은 불활성 기체와 펨토초 레이저의 상호작용에 의한 고차 조화파 발생(High-order Harmonic Generation)이다. 이 방법에 의해 발생된 가장 짧은 X선 펄스는 약 80 아토초 (attosecond, 10-18 초) 길이를 가진다. In 1999, Ahmed Zewail of CALTECH won the Nobel Prize for Chemistry for the observation of chemical reactions using femtosecond lasers. Among the methods for generating pulses shorter than 1 femtosecond, the presently implemented method is high-order harmonic generation by the interaction of an inert gas and a femtosecond laser. The shortest X-ray pulse generated by this method is about 80 attoseconds ( 10-18 seconds) long.

이 방법에서는 사용할 수 있는 레이저의 세기(intensity)에 한계가 있기 때문에 비교적 약한 레이저가 사용되며 발생되는 극초단 펄스의 세기에도 한계가 있다. In this method, because there is a limit on the intensity of the laser that can be used, a relatively weak laser is used, and there is a limit on the intensity of the ultrashort pulses generated.

한편, 1 펨토초 이하의 길이의 강한 X선 펄스를 발생시키기 위하여 X선 자유 전자 레이저(X-ray Free Electron Laser)를 이용하는 방법도 제안되어있다. 이 방법은 약 300 아토초 길이의 X선을 발생시킬 것으로 예상되는데, 수천억의 건설비와 수 킬로미터 길이의 공간이 필요한 것이 단점으로 지적된다.
On the other hand, a method of using an X-ray free electron laser (X-ray Free Electron Laser) is also proposed to generate a strong X-ray pulse of less than 1 femtosecond. The method is expected to generate about 300 Atoseconds of X-rays, with the disadvantage of requiring hundreds of billions of construction costs and several kilometers of space.

상대론적 비선형 톰슨 산란(relativistic nonlinear Thomson scattering, RNTS)은 강력한 레이저와 전자간의 반응으로, 아토초 X선 펄스를 만드는 방법으로 제안되어왔다. 정지해 있는 전자가 레이저와 반응하면 전자는 레이저의 전기장에 의해 진동한다. 가속되는 전하는 전자기파를 방출하게 되는데, 레이저와 같은 전자기파와의 반응 및 전자기파 방출을 톰슨 산란이라고 한다.
Relativistic nonlinear Thomson scattering (RNTS) has been proposed as a method of generating Atosecond X-ray pulses as a powerful laser-electron reaction. When the stationary electron reacts with the laser, the electron vibrates by the electric field of the laser. The accelerated charges emit electromagnetic waves, which are called thomson scattering, and the emission of electromagnetic waves and reactions with electromagnetic waves such as lasers.

레이저의 세기가 작은 경우 전자는 레이저 전기장에 비례해서 가속되며 전자기파 방출 역시 레이저의 전기장과 선형적인 관계를 갖게 된다.
When the intensity of the laser is small, the electrons are accelerated in proportion to the laser electric field, and the emission of electromagnetic waves also has a linear relationship with the electric field of the laser.

만약, 레이저가 세지면 자기장의 영향으로 전자는 진동하는 동시에 앞으로 진행하게 된다. 레이저의 세기가 상대론적 영역에 이르면 (레이저 파장이 800 nm일 경우 약 2 X

Figure 112010087992280-pat00001
Figure 112010087992280-pat00002
이상), 아인슈타인 상대성 이론에 따라 전자의 속도가 빛의 속도 이상으로 가속될 수 없기 때문에 속도가 커질수록 전자 질량이 증가하여 가속도는 줄어들게 된다.
If the laser is counted, the electrons vibrate and move forward under the influence of the magnetic field. When the intensity of the laser reaches the relativistic region (approximately 2 X with laser wavelength 800 nm)
Figure 112010087992280-pat00001
Figure 112010087992280-pat00002
Since the velocity of electrons cannot be accelerated beyond the speed of light according to the Einstein theory of relativity, the higher the velocity, the greater the mass of the electron and the acceleration is reduced.

따라서 전자의 속도가 느린 동안은 쉽게 가속이 되지만 속도가 빛의 속도에 가까운 동안은 가속이 둔화 된다. 결과적으로 전자는 톱니 모양의 운동을 하게 된다는 것이 알려진 사실이다.(도 2)
Therefore, the acceleration is easy while the electron is slow, but the acceleration is slowed while the speed is close to the speed of light. As a result, it is known that the former has a serrated motion (Fig. 2).

이때, 특정 각도로 도 3의 (a), (b)와 같은 아토초 X선 펄스가 방출된다. 전자의 속도가 빛의 속도에 가까워지면 전자의 진행 방향으로 발광이 집중되는 현상을 보이기 때문에 추가적인 집속 없이 강한 X선 펄스를 사용할 수 있게 된다.
At this time, Atosecond X-ray pulses such as (a) and (b) of FIG. 3 are emitted at a specific angle. As the speed of electrons approaches the speed of light, light emission is concentrated in the direction of the electrons, so that strong X-ray pulses can be used without additional focusing.

전자가 하나일 경우 상대론적 비선형 톰슨 산란을 통한 아토초 X선 펄스의 발생은 간단하지만, 일반적인 전자는 전자빔 혹은 플라즈마 형태로 존재하기 때문에 실제로 아토초 펄스를 발생시키기 위해서는 결맞음(coherence) 조건을 만족시켜야 한다.
Although the generation of Atosecond X-ray pulses through relativistic nonlinear thomson scattering is simple when there is one electron, general electrons exist in the form of an electron beam or plasma, so in order to actually generate an Atosecond pulse, coherence conditions must be satisfied.

즉, 각각의 전자가 아토초 펄스를 발생시키더라도, 결맞음 조건을 만족하지 않는 전자들이 넓은 영역에 걸쳐 분포한다면 도 3의 (d)와 같이 전자 분포의 길이만큼 펄스 폭은 길어지게 된다. That is, even if each electron generates an Atosecond pulse, if the electrons that do not satisfy the coherence condition are distributed over a wide area, the pulse width becomes longer by the length of the electron distribution as shown in FIG.

또한, 도 3 (c)와 같이 X선이 아니라 훨씬 낮은 에너지의 광자만이 발생하게 된다. 여러 전자가 발생시키는 아토초 펄스들의 결맞음 방법으로서 도 4와 같은 거울 조건이 제안되었다.
In addition, as shown in FIG. 3 (c), only photons of much lower energy are generated, not X-rays. A mirror condition as shown in FIG. 4 has been proposed as a method of coherence of attosecond pulses generated by various electrons.

도 4를 참조하면, 전자들이 수 나노미터 두께의 박막(thinfilm) 타깃에 분포하고 있고 레이저가 입사하는 각도와 발생된 펄스를 측정하는 각도가 타깃을 중심으로 각각 거울의 입사, 반사각의 관계에 있을 때 (거울 조건 성립), 결맞음 조건이 성립하게 되며 이때 아토초 X선 펄스가 발생되게 된다. 이때, 거울 조건을 만족할 때 타깃 위의 모든 전자에 대해서, 레이저 펄스가 전자에 다다르는 시간과 전자에서 발생한 아토초 펄스가 측정 장치 (detector)에 도달하는 시간의 합이 동일하게 된다.
Referring to FIG. 4, electrons are distributed in a thin film target having a thickness of several nanometers, and an angle at which a laser is incident and an angle at which a generated pulse is measured may be related to an incident angle and a reflection angle of a mirror around the target, respectively. At that time (mirror condition is established), coherence condition is established, and at this time, Atocho X-ray pulse is generated. At this time, for all the electrons on the target when the mirror condition is satisfied, the sum of the time when the laser pulse reaches the electron and the time when the Atosecond pulse generated by the electron reaches the detector is equal.

상대론적 비선형 톰슨 산란을 통해 아토초 X선 펼스를 발생시키기 위해서는 결맞음 조건이 필수적이고, 결맞음 조건을 만족시키기 위하여 박막(thinfilm) 타깃을 이용한 거울 조건이 제안되었다. Coherence conditions are essential for generating Atocho X-ray spreads through relativistic nonlinear thomson scattering, and mirror conditions using thin film targets have been proposed to satisfy the coherence conditions.

박막과 강한 레이저가 반응할 경우 로렌츠(Lorentz) 힘에 의해 전자는 레이저의 진행 방향으로 빛의 속도에 가깝게 가속되게 되고, 전자에 비해 수천 내지 수만배 가량 무거운 이온은 거의 움직이지 않게 된다. When the thin film and the strong laser react, the Lorentz force causes the electrons to be accelerated to the speed of light in the direction of the laser, and the ions, which are several thousand to tens of thousands of times heavier than the electrons, hardly move.

거울 조건을 만족시키기 위해서는 타깃을 구성하는 전자들의 두께가 레이저와의 반응 중에도 수 나노미터로 유지가 되어야 하는데, 이온으로부터 멀어진 전자들로만 구성된 타깃은 전자의 밀도가 매우 높고 쿨롱(Coulomb) 힘에 의한 척력이 강해서 빠른 속도로 두께가 늘어나게 된다. 전자들의 두께가 늘어나면 결맞음은 유지되지 않으므로, 아토초 X선 펄스 발생을 위해서는 얇은 두께를 유지할 방법이 필요하다. 또한 결맞음 조건이 맞지 않으면 짧은 파장을 갖는 X선을 얻을 수 없으며 펄스의 세기도 매우 약하게 된다.
In order to satisfy the mirror condition, the thickness of the electrons constituting the target must be maintained at several nanometers during the reaction with the laser. A target composed only of electrons away from ions has a very high electron density and repulsive force by Coulomb force. This is strong and increases in thickness at a rapid rate. As the thickness of the electrons increases, coherence is not maintained. Therefore, a method of maintaining a thin thickness for generating an Atosecond X-ray pulse is required. Also, if the coherence conditions are not met, X-rays with short wavelengths cannot be obtained and the intensity of pulses is very weak.

본 발명에서 해결하려는 과제는 상대론적 비선형 톰슨 산란의 결맞음의 정도를 대폭 향상시켜, 고출력 극초단인 아토초 X선 펄스를 발생시키는 방법을 제시하고자 하는 것이다.
The problem to be solved in the present invention is to propose a method of generating a high power ultra-short Atosecond X-ray pulse by greatly improving the degree of coherence of relativistic nonlinear Thompson scattering.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 급격하게 세기가 증가하는 레이저 조건과 나노튜브 타깃을 이용하되, 기하학적 조건은 거울 조건을 만족시키도록 장치를 구현함으로써, 고출력 극초단 아토초 X선 펄스를 발생시킬 수 있는 방법을 제시한다.
In order to achieve the above object, the present invention utilizes a laser condition and a nanotube target of which the intensity increases rapidly, and the geometrical condition can generate a high power ultra-short Atocho X-ray pulse by implementing the device to satisfy the mirror condition. Present the way.

상대론적 비선형 톰슨 산란을 통해서 아토초 X선 펄스를 발생시키기 위해서는 결맞음 조건이 필수적임은 알려진 사실이며, 이러한 결맞음 조건을 만족시키기 위해서 종래에는 박막 타깃을 이용한 거울 조건이 제안된 바 있다.
It is known that coherence conditions are essential for generating Atocho X-ray pulses through relativistic nonlinear thomson scattering, and mirror conditions using thin film targets have been proposed to satisfy such coherence conditions.

박막과 강한 레이저가 반응하면 로렌츠 힘에 의해 전자는 레이저 진행방향으로 빛의 속도에 가깝게 가속하게 된다. 거울조건을 만족시키기 위해서는 타깃을 구성하는 전자들의 두께가 레이저와의 반응 중에도 수 나노미터 정도로 매우 얇게 유지되어야 하는데 레이저와 반응 후 밀려난 전자들로 이루어진 타깃은 전자의 밀도가 높아 쿨롱힘에 의한 상호 척력이 매우 강해서 빠른 속도로 전자층의 두께가 늘어난다.When the thin film and the strong laser react, the Lorentz force causes the electron to accelerate close to the speed of light in the laser traveling direction. In order to satisfy the mirror condition, the thickness of the electrons constituting the target should be kept very thin, such as several nanometers, during the reaction with the laser. The repulsive force is so strong that the thickness of the electronic layer increases rapidly.

이렇게 전자층의 두께가 늘어나면 결맞음 조건은 곧 깨어지게 되므로 아토초 X선 펄스 발생이 불가능해지게 된다. As the thickness of the electronic layer increases, the coherence condition is broken soon, and thus the generation of the Atocho X-ray pulse becomes impossible.

즉 결맞음 조건을 효과적으로 구현하는 것이 본 발명의 목적이며 이를 통해 강한 아토초 X선 펄스를 얻을 수 있게 되는 것이다.
In other words, it is an object of the present invention to effectively implement the coherence condition is to obtain a strong Atosecond X-ray pulse through this.

구체적인 과제의 해결수단은 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 상술토록 한다.
Means for solving the specific problems will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서 제시되는 결맞음 조건을 이루기 위한 방법은 아토초 X선 펄스를 발생시키는데 필수적이며, 본 발명의 급격히 증가하는 레이저 및 나노튜브 타깃과 거울 조건에 의해서 고출력 극초단 X선 펄스 발생이 가능해지게 된다.The method for achieving the coherence condition proposed in the present invention is essential for generating Atosecond X-ray pulses, and the high-power ultra-short X-ray pulses are enabled by the rapidly increasing laser and nanotube targets and mirror conditions of the present invention.

본 발명으로 인해 구현되는 아토초 X 선 펄스는 매우 짧은 시간 내에 발생하는 현상, 예를 들어 화학 반응 순간의 실시간 관찰 등이 가능해진다.
The Atosecond X-ray pulse implemented by the present invention enables a phenomenon occurring within a very short time, for example, real-time observation of a chemical reaction instant.

기존에 제시된 1 팸토초 이하의 길이의 강한 X선 발생 방법(X선 자유 전자 레이저)에서 단점으로 제시되었던 수천억원 이상의 건설비 및 수 킬로미터 이상의 공간 확보 문제 등은 장기간 미해결 과제로 있었던 상황이지만, 본 발명에서 제시되는 방법에 의하여 모두 일거에 해결될 수 있다.
Although the construction cost of more than 100 billion won and the space securing problem of more than several kilometers, which have been presented as disadvantages in the existing strong X-ray generation method (X-ray free electron laser) of length less than 1 femtosecond, have been unsolved problems for a long time, the present invention All of them can be solved at once by the method proposed in.

도 1은 광자 에너지와 펄스 길이에 따른 다양한 극초단 펄스들을 도시하고 있다.
도 2 (a)는 상대론적 레이저와 반응하는 전자의 운동 경로. 가로축은 레이저의 진행방향이고 세로축은 레이저의 편광 방향 위치이다.
도(b)는 시간에 따른 광속 대비 전자의 속도. 파란색은 레이저의 편광(y) 방향, 주황색은 레이저의 진행(x) 방향 속도를 나타낸다. 초록색 점선과 같이 전자의 속도가 빛의 속도에 가까워지면 더 이상 가속되지 못한다.
도 3은 단일 전자에 대한 상대론적 비선형 톰슨 산란에 의해 발생된 펄스의 스펙트럼 도3(a)과 펄스 형태 도3(b)이고, 결맞음 조건이 성립하지 않을 때에 다수의 전자로부터의 펄스의 스펙트럼 도 3(c)과 펄스 형태 도 3(d)이다.
도 4는 타깃과 거울 조건을 이용한 결맞음 조건을 도시한다.
도 5는 급격히 세기가 증가하는 레이저 펄스와 나노튜브 배열을 타깃으로 사용하는 상대론적 비선형 톰슨 산란의 결맞음 조건을 도시하고 있다. 나노튜브 대신 나노선을 이용해도 같은 효과를 볼 수 있다.
도 6은 일반적인 레이저 펄스와 급격히 세기가 증가하는 레이저 펄스이다.
도 7은 나노 튜브 타깃, 급격히 증가하는 레이저 펄스의 사용에 따른 결맞음 향상. 각각의 그래프는 발생된 펄스의 스펙트럼을 나타낸 것으로 세로축을 밀도로 하고 스펙트럼의 세기를 색깔로 하여 맵핑한 것이다. 모든 밀도에 대해 같은 숫자의 전자를 가정했으므로 스펙트럼의 세기는 결맞음성의 정도를 나타낸다.
도 8은 나노튜브 지름에 따른 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 9, 도 10은 레이저 펄스폭 조건과 관련하여,

Figure 112010087992280-pat00003
값에 따른 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.1 shows various ultrashort pulses according to photon energy and pulse length.
Figure 2 (a) is the motion path of electrons reacting with the relativistic laser. The horizontal axis is the direction of travel of the laser and the vertical axis is the position of the polarization direction of the laser.
(B) is the velocity of electrons versus the speed of light over time. Blue represents the polarization (y) direction of the laser, and orange represents the velocity of the laser (x) direction. As the green dashed line approaches the speed of electrons, it can't accelerate anymore.
3 is a spectral diagram of pulses generated by relativistic nonlinear Thompson scattering for a single electron, FIG. 3 (a) and pulse shape FIG. 3 (b), and spectral diagrams of pulses from multiple electrons when no coherence condition is established. 3 (c) and pulse shape are also shown in FIG. 3 (d).
4 shows coherence conditions using target and mirror conditions.
FIG. 5 illustrates the coherent conditions of relativistic nonlinear thomson scattering using laser pulses and nanotube arrays as rapidly increasing intensities. The same effect can be achieved by using nanowires instead of nanotubes.
6 is a general laser pulse and a laser pulse whose intensity increases rapidly.
7 shows coherence enhancement with the use of nanotube targets, rapidly increasing laser pulses. Each graph shows the spectrum of the generated pulses, which are mapped with the vertical axis as density and the intensity of the spectrum as color. Since the same number of electrons is assumed for all densities, the intensity of the spectrum represents the degree of coherence.
8 is a diagram showing the spectrum according to the nanotube diameter.
9 and 10 with respect to the laser pulse width conditions,
Figure 112010087992280-pat00003
It is a graph showing the spectrum according to the value.

이하, 도면을 참조하며 본 발명의 실시예를 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서 아토초 X 선 펄스파를 발생시키기 위한 조건을 요약하면 다음과 같다. 즉, 도 5와 같은 거울 조건을 만족시킨 상태에서, 종래 제시된 박막(thin film) 대신 나노튜브(nanotube) 혹은 나노 선(線)의 2차원 평면 배열을 타깃으로 하되, 시간적으로 가우시안(gaussian) 형태의 일반적인 팸토초 레이저 대신에 세기가 급격하게 증가하는 레이저 펄스를 사용하여 아토초 X선을 발생시키고자 하는 것이 기술적 특징이다.
In summary, the conditions for generating the Atosecond X-ray pulse wave in the present invention are as follows. That is, while satisfying the mirror conditions as shown in FIG. 5, the target is a two-dimensional planar array of nanotubes or nanowires instead of a thin film, which is conventionally presented, but in a Gaussian form in time. It is a technical feature to generate Atosecond X-rays by using a laser pulse whose intensity increases rapidly instead of the general femtosecond laser.

상술된 바와 같이 본 발명의 목적인 아토초 X선 펄스를 구현하기 위해서는 결맞음 조건이 만족되어야 하고, 도 4와 같은 거울 조건을 만족시키는 것이 상기 결맞음 조건을 충족시킬 수 있는 방법의 하나로서 이미 제시되어 있다.
As described above, in order to implement the Atosecond X-ray pulse, which is an object of the present invention, a coincidence condition must be satisfied, and satisfying the mirror condition as shown in FIG. 4 has already been proposed as one of the methods capable of satisfying the coincidence condition.

도 4는 종래의 박막 타깃과 거울 조건을 이용한 결맞음 조건을 도시하고 있는데, 상술된 바와 같이 종래에 제시된 이러한 박막을 타깃으로 사용하는 방법에서는 쿨롱 힘에 의한 타깃 두께의 증가 때문에 결맞음이 깨어지게 되어 아토초 X선 펄스의 구현은 불가능하였다.
4 illustrates a coherence condition using a conventional thin film target and a mirror condition. As described above, in the method of using such a thin film as a target, the coherence is broken due to an increase in the target thickness due to the coulomb force. The implementation of X-ray pulses was not possible.

도 5에서는 본 발명에서 제시하는 거울 조건을 만족하는 상대론적 비선형 톰슨 산란을 위한 구성이다. 5 is a configuration for relativistic nonlinear thomson scattering that satisfies the mirror conditions proposed in the present invention.

도 5와 같이 나노튜브(혹은 나노선) 및 레이저 그리고 검출기를 배치한다. 레이저의 입사 경로와 검출기 위치는 타깃의 길이 방향과 수직한 하나의 평면에 존재하여야 한다.
As shown in FIG. 5, the nanotubes (or nanowires), the laser, and the detector are disposed. The path of incidence and the detector position of the laser should be in one plane perpendicular to the longitudinal direction of the target.

도 4의 종래 타깃으로 사용하던 박막 대신 나노튜브 혹은 나노선의 2차원 평면 배열을 타깃으로 사용하며, 레이저 펄스는 시간적으로 가우시안(Gaussian) 형태를 가지는 일반적인 팸토초 레이저 펄스 대신 본 발명에서는 세기가 급격히 증가하는 레이저 펄스를 사용하는 방법을 제시한다. (도 6의 레이저 참조)
Instead of the thin film used as the conventional target of FIG. 4, the target is a two-dimensional planar array of nanotubes or nanowires, and the intensity of the laser pulse is rapidly increased in the present invention instead of a general femtosecond laser pulse having a Gaussian shape over time. A method of using a laser pulse is presented. (See laser of FIG. 6)

우선, 나노튜브 타깃의 경우 밀려난 전자층이 분포하는 영역의 지름이 매우 천천히 증가됨으로써 레이저와 반응하는 시간 동안에 결맞음이 이루어지는 원리에 대해 설명한다.First, in the case of the nanotube target, the principle of coherence during the reaction time with the laser is explained by increasing the diameter of the region in which the extruded electron layer is distributed very slowly.

도 5와 같이, 나노튜브 타깃을 사용할 경우 ,As shown in Figure 5, when using the nanotube target,

Figure 112010087992280-pat00004
(나노튜브의 초기지름),
Figure 112010087992280-pat00005
(초기 전자 밀도)인 상태에서, 레이저 펄스와의 반응으로 인해 나노튜브 지름이 d 로 늘어났을 때 표면에서의 전기장은 아래와 같이 표현된다.
Figure 112010087992280-pat00004
(Initial diameter of nanotube),
Figure 112010087992280-pat00005
In the state of (initial electron density), when the nanotube diameter increases to d due to the reaction with the laser pulse, the electric field at the surface is expressed as follows.

Figure 112010087992280-pat00006
Figure 112010087992280-pat00006

나노튜브의 지름이 커질수록 지름에 반비례하여 전자간 척력의 세기가 줄어들게 되고 지름이 커지는 속도가 급격히 줄게들게 되는 것이다. 이것이 나노튜브를 본 발명에서 타깃으로 사용한 주요한 이유이다.
As the diameter of the nanotube increases, the strength of the interelectron repulsion decreases in inverse proportion to the diameter, and the rate at which the diameter increases increases rapidly. This is the main reason for using nanotubes as targets in the present invention.

또한, 시간적으로 급격하게 증가하는 세기의 레이저 펄스를 사용하며 천천히 세기가 증가하는 레이저에 비해서 전자의 속도가 더 높은 에너지까지 증가한다. In addition, laser pulses of rapidly increasing intensity in time are used, and the speed of electrons is increased to higher energy as compared to a laser having a slowly increasing intensity.

특수 상대성 이론에 따라 입자의 속도가 빨라지면 그 질량이 늘어나게 되므고 전자의 가속도가 줄어들게 되어 나노튜브의 지름이 천천히 증가됨으로써 결국 결맞음 조건이 이루어지게 되는 것이다. According to a special theory of relativity, the faster the particle, the greater its mass, the less the acceleration of electrons, the slower the diameter of the nanotube, and eventually the coherence is achieved.

한편, 나노튜브 대신 나노선을 이용해도 같은 효과를 볼 수 있다.
On the other hand, the same effect can be seen using nanowires instead of nanotubes.

1. 타깃 밀도조건1. Target Density

이하 아토초 펄스파를 생성하기 위해서, 타깃이 갖추어야할 밀도 조건을 설명한다.In order to generate an Atosecond pulse wave, a density condition to be provided by a target is explained below.

타깃의 밀도(수/

Figure 112010087992280-pat00007
)가 0.01*
Figure 112010087992280-pat00008
이상일 경우에 결맞음이 향상되는데,
Figure 112010087992280-pat00009
은 사용된 레이저의 파장이
Figure 112010087992280-pat00010
(단위 :미터)일 때 다음과 같이 표현될 수 있다.Target Density (Number /
Figure 112010087992280-pat00007
) Is 0.01 *
Figure 112010087992280-pat00008
If this is the case, coherence is improved.
Figure 112010087992280-pat00009
Is the wavelength of the laser used
Figure 112010087992280-pat00010
When expressed in meters, it can be expressed as:

Figure 112010087992280-pat00011
Figure 112010087992280-pat00011

Figure 112010087992280-pat00012
는 진공중에서 유전율이고
Figure 112010087992280-pat00013
는 전자의 질량이며, e 는 전자의 전하량 c는 광속이다.
Figure 112010087992280-pat00012
Is the dielectric constant in vacuum
Figure 112010087992280-pat00013
Is the mass of electrons and e is the charge amount c of the electron.

나노튜브 배열 타깃에 의하여 결맞음이 향상되는 이유를 가장 일반적으로 설명하자면, 전자들이 타깃의 두께 방향 이외의 방향으로 퍼져나가기 때문이다. The most general reason why the coherence is improved by the nanotube array target is that electrons are spread out in a direction other than the thickness direction of the target.

본 발명에서는 시뮬레이션의 한계 때문에 레이저 진행방향과 검출기가 이루는 평면에 수직 방향으로 배열된 나노튜브만 제시되었지만(도 5 참조), 반드시 수직 방향의 나노튜브 배열이 아닌 각도를 가져도 무방하다. 즉 시뮬레이션의 편의상 수직방향의 나노튜브를 도시한 것이다.
In the present invention, due to the limitation of the simulation, only the nanotubes arranged in the direction perpendicular to the plane formed by the laser traveling direction and the detector are shown (see FIG. 5). However, the nanotubes may have angles that are not necessarily in the vertical direction. That is, the nanotubes are shown in the vertical direction for the sake of simulation.

본 발명의 타깃 형상으로는 도 5와는 달리 그물 모양의 나노튜브 타깃도 무방하며, 단지 구멍이 뚫린 박막이라도 상기 밀도 조건을 만족한다면 동일한 작용을 할 수 있다. 즉 현재 기술로 상기 밀도 조건을 가장 쉽게 만족할 것으로 예상되는 타깃이 나노튜브 배열이므로 예시적으로 도 5와 같이 나노튜브로 도면을 제시하였다.
Unlike FIG. 5, the target shape of the present invention may have a net-shaped nanotube target, and even a thin hole-perforated thin film may have the same function if the density condition is satisfied. That is, since the target that is expected to satisfy the density condition most easily with the current technology is a nanotube array, the drawings are presented as nanotubes as shown in FIG. 5.

환언하면, 예시적으로 나노튜브 배열을 언급한 것일 뿐 밀도 조건과 거울 조건(각도조건, 두께조건)을 만족시킬 경우, 기타 방식으로 생성된 다른 형태의 타깃을 만들 수도 있다.
In other words, the reference to the nanotube array is exemplified only, and other types of targets generated by other methods may be made when the density condition and the mirror condition (angle condition and thickness condition) are satisfied.

즉 속이 빈 나노튜브와는 달리 속이 비어있지 않은 나노선, 나노막대도 가능하며, 박막에 리소그래피 등의 방법으로 빈 공간을 만든 타깃도 가능하다. 또 다른 경우로, 박막 위에 나노튜브가 얹혀져 있는 타깃도 또다른 타깃의 실시예로서 가능하다.In other words, unlike hollow nanotubes, non-empty nanowires and nanorods can be used, and targets made of empty space by lithography or the like can be used on thin films. In another case, a target in which nanotubes are placed on a thin film is also possible as an example of another target.

만약 일반적인 박막(thinfilm) 두께가 3 nm, 나노튜브 지름이 2 nm라면, 종래의(도 4에서 제시) 5 nm 두께의 단일 박막보다는 결맞음이 더 잘 일어날 수 있다.
If the typical thin film thickness is 3 nm and the nanotube diameter is 2 nm, coherence may occur better than a conventional 5 nm thick single thin film (shown in FIG. 4).

좀 더 확장하면, 5 nm 박막에 2 nm 깊이의 홈을 뚫는다면 역시 원래의 5 nm 박막 보다 결맞음이 향상될 수 있다. 이러한 홈을 뚫음으로서 특정 파장 영역에서는 펄스의 세기가 더 세어지게 된다.
Further expansion, a 2 nm deep groove in the 5 nm thin film can also improve coherence than the original 5 nm thin film. Through this groove, the intensity of the pulse becomes stronger in a specific wavelength region.

2. 거울조건 중 타깃 두께조건2. Target thickness condition among mirror conditions

이하, 거울 조건을 만족할 수 있는 X 선 펄스 발생장치의 타깃의 두께 조건에 대하여 설명한다.Hereinafter, the thickness condition of the target of the X-ray pulse generator which can satisfy a mirror condition is demonstrated.

일반적인 거울조건의 두께 조건은 다음과 같다.The thickness conditions of general mirror conditions are as follows.

즉, 박막의 두께 T 에 따라서 발생 가능한 펄스 폭이 제한되는데 다음과 같은 관계가 성립하며 본 발명에서는 박막 두께 T 값에 해당하는 것이 나노튜브의 지름 d이다. 즉, 알려진 일반적인 두께조건은,That is, the pulse width that can be generated is limited according to the thickness T of the thin film, and the following relationship is established. In the present invention, the diameter d of the nanotube corresponds to the thin film thickness T value. That is, the known general thickness condition is

Figure 112010087992280-pat00014
보다 작거나 같아야 한다는 것이다.
Figure 112010087992280-pat00014
It must be less than or equal to.

도 8은 나노튜브의 지름에 따른 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 8 shows the spectrum according to the diameter of the nanotubes.

일반적으로 파장 10 nm 이하, 즉 광자 에너지 124 eV 이상을 X선이라고 하는데 나노튜브의 지름이 10 nm 이상이 되면 X선 영역이 매우 약해짐을 도 8에서 확인할 수 있어 본 발명에서 제시하는 타깃의 두께의 상한은 10 nm 이하의 범위로 제시한다. Generally, the wavelength of 10 nm or less, that is, the photon energy of 124 eV or more is called X-ray, but when the diameter of the nanotube is 10 nm or more, the X-ray region becomes very weak in FIG. 8. The upper limit is given in the range of 10 nm or less.

상대론적 비선형 톰슨 산란(RNTS) 및 결맞음을 위한 지름의 최소 값은 존재하지 않으며 물리적으로 지름은 작을수록 유리한데, 타깃의 두께(나노튜브일 경우에는 지름)의 최소값 조건은 없어도 무방하지만, 탄소 원자간의 거리가 0.246 nm이기 때문에 0.1 nm 이하 지름의 나노선은 존재하지 않기 때문에 타깃의 두께 하한값은 0.1nm 로 정한다. 결국 타깃의 두께 조건은 0.1nm ~10nm 범위 내로 정한다.
There is no minimum value of diameter for relativistic nonlinear Thomson scattering and coherence, and the smaller the diameter is, the better the physical diameter is, although there is no requirement for the minimum value of the target thickness (the diameter in the case of nanotubes). Since the distance between them is 0.246 nm, there is no nanowire with a diameter of 0.1 nm or less, so the lower limit of the thickness of the target is set to 0.1 nm. Eventually, the thickness condition of the target is set within the range of 0.1 nm to 10 nm.

3. 거울조건 중 각도조건3. Angle condition of mirror condition

이하 각도 조건(혹은 위치조건)에 대하여 설명한다. The angle conditions (or position conditions) will be described below.

레이저 편광 방향에 수직하게 나노튜브가 다수 배열되어 있으며, 레이지 진행방향으로부터

Figure 112010087992280-pat00015
만큼 기울어진 평면에 배열된다.
Many nanotubes are arranged perpendicular to the direction of laser polarization,
Figure 112010087992280-pat00015
Are arranged in an inclined plane.

Figure 112010087992280-pat00016
는 레이저펄스 진행 방향과 검출기가 이루는 각도이며,
Figure 112010087992280-pat00017
는 레이저 진행 방향과 나노튜브 배열면이 이루는 각도이다. 항상
Figure 112010087992280-pat00018
Figure 112010087992280-pat00019
의 두 배가 되도록 유지시켜야 하며, 검출기의 각도 범위가 넓은 경우 슬릿을 통해 검출하는 각도를 제한할 필요가 있다.
Figure 112010087992280-pat00016
Is the angle between the laser pulse traveling direction and the detector.
Figure 112010087992280-pat00017
Is the angle formed by the laser propagation direction and the nanotube array surface. always
Figure 112010087992280-pat00018
The
Figure 112010087992280-pat00019
It should be maintained at twice, and it is necessary to limit the angle of detection through the slit if the detector's angular range is wide.

Figure 112010087992280-pat00020
= 2 x
Figure 112010087992280-pat00021
의 조건이 만족된 상태에서 가장 강한 펄스가 검출되는 각도를 찾는다.
Figure 112010087992280-pat00020
= 2 x
Figure 112010087992280-pat00021
Find the angle at which the strongest pulse is detected when the condition is satisfied.

4. 레이저 조건4. Laser condition

이하, 입사되는 레이저의 조건에 관해 설명한다. 본 발명에서는 레이저의 세기가 급격히 증가하는 조건을 충족시켜야 하며 도 6은 일반적인 레이저 펄스와 본 발명에서 제시하는 급격히 세기가 증가하는 레이저 펄스를 도시하고 있다.
Hereinafter, the conditions of the incident laser will be described. In the present invention, a condition in which the intensity of the laser increases rapidly must be satisfied, and FIG. 6 illustrates a general laser pulse and a laser pulse in which the intensity rapidly increases.

Figure 112010087992280-pat00022
Figure 112010087992280-pat00022

레이저 조건을 결정하기 위한 시뮬레이션에서는 수학식 2를 사용하였다.Equation 2 was used in the simulation for determining the laser condition.

여기서

Figure 112010087992280-pat00023
는 시간의 함수이며 t가
Figure 112010087992280-pat00024
이하일 때에는
Figure 112010087992280-pat00025
이고 그 이상일 때에는
Figure 112010087992280-pat00026
이다.
Figure 112010087992280-pat00027
이 레이저의 파장일때
Figure 112010087992280-pat00028
,
Figure 112010087992280-pat00029
이다.
here
Figure 112010087992280-pat00023
Is a function of time and t is
Figure 112010087992280-pat00024
If less than
Figure 112010087992280-pat00025
And more than that
Figure 112010087992280-pat00026
to be.
Figure 112010087992280-pat00027
At the wavelength of this laser
Figure 112010087992280-pat00028
,
Figure 112010087992280-pat00029
to be.

1) One) 레이저세기Laser intensity 및 파장조건 And wavelength conditions

레이저 세기 및 파장 조건은 다음과 같다.Laser intensity and wavelength conditions are as follows.

Figure 112010087992280-pat00030
Figure 112010087992280-pat00030

이 식에서 레이저의 세기

Figure 112010087992280-pat00031
단위는
Figure 112010087992280-pat00032
이고, 레이저 파장
Figure 112010087992280-pat00033
의 단위는
Figure 112010087992280-pat00034
이다.The intensity of the laser in this expression
Figure 112010087992280-pat00031
Unit is
Figure 112010087992280-pat00032
Laser wavelength
Figure 112010087992280-pat00033
The unit of
Figure 112010087992280-pat00034
to be.

임의의 레이저 파장에 대해서 레이저 세기가 수학식 3의 조건을 만족할 때에는 RNTS가 일어나게 된다.
For any laser wavelength, RNTS occurs when the laser intensity satisfies the condition of equation (3).

2) 레이저펄스 폭 조건2) Laser pulse width condition

이하, 레이저 펄스 폭 조건을 설명하면 다음과 같다.      Hereinafter, the laser pulse width condition will be described.

레이저 펄스의 세기가 가장 센 지점 이전까지의 포락선(envelope)의 반폭, 반 최대치(half-width half-maximum (HWHM))이 레이저 전자기파 주기의 1/4 이하 이어야 한다. The half-width half-maximum (HWHM) of the envelope up to the point where the intensity of the laser pulse is strongest shall be less than one quarter of the laser electromagnetic cycle.

레이저 펄스가 수학식 2를 따를 경우 HWHM은

Figure 112012048049462-pat00035
에 해당된다. If the laser pulse follows Equation 2, HWHM
Figure 112012048049462-pat00035
Corresponds to

레이저의 가장 센 지점 이후의 펄스폭은 결맞음에 영향을 주지 않으므로 규정할 필요가 없다. 즉, 수학식 2에서의 t가

Figure 112010087992280-pat00036
이상일 경우의
Figure 112010087992280-pat00037
값에 관계없이 발생되는 아토초 펄스는 동일하다.
The pulse width after the laser's strongest point does not affect coherence, so it does not need to be specified. That is, t in Equation 2
Figure 112010087992280-pat00036
When abnormal
Figure 112010087992280-pat00037
Atosecond pulses generated regardless of the value are the same.

결맞음을 유지시키기 위해서는 RNTS를 일으키기 전에 타깃과 반응하는 레이저의 세기가 약해야 한다. 레이저의 파장이 짧을 경우 파장의 비율에 맞게 펄스폭도 작아야 하며 파장이 긴 경우는 반대이다. 따라서 펄스폭의 범위를 레이저 전자기파 주기를 기준으로 정의한다.
To maintain coherence, the intensity of the laser reacting with the target must be weak before generating the RNTS. If the wavelength of the laser is short, the pulse width must be small according to the ratio of the wavelength. Therefore, the pulse width range is defined based on the laser electromagnetic wave period.

레이저의 파장이 800 nm 일 때에 X선 영역의 결맞음을 유지시키는 레이저 세기의 포락선(envelope)의 HWHM은 0.6 fs 인데 이는 레이저 전자기파 주기의 약 1/4 배이다. 레이저 전기장이 수학식 2와 같이 주어질 경우 세기의 HWHM은

Figure 112010087992280-pat00038
의 절반에 해당한다. The HWHM of the envelope of laser intensity, which maintains coherence in the X-ray region when the wavelength of the laser is 800 nm, is 0.6 fs, which is about 1/4 of the laser electromagnetic cycle. If the laser electric field is given by Equation 2, the HWHM of the intensity
Figure 112010087992280-pat00038
Corresponds to half.

도 9 및 도 10은는

Figure 112010087992280-pat00039
값에 따른 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
Figure 112010087992280-pat00040
값이 1.2 fs 보다 길어지면, HWHM 값이 0.6 fs 보다 커지면 X선 영역의 세기가 약해짐을 확인할 수 있다. RNTS가 일어날 정도의 레이저와 타깃이 반응이 일어난 이후에는 더 이상 결맞음이 유지되지 않으므로, 가장 센 부분 이후의 펄스 형태 및 폭은 발생되는 아토초 펄스에 거의 영향을 주지 않는다.
9 and 10 are
Figure 112010087992280-pat00039
It is a graph showing the spectrum according to the value.
Figure 112010087992280-pat00040
If the value is longer than 1.2 fs, the intensity of the X-ray region is weakened when the HWHM value is greater than 0.6 fs. Coherence is no longer maintained after the laser and target to the extent that the RNTS will occur, so the pulse shape and width after the strongest portion have little effect on the generated Atosecond pulses.

5. 시뮬레이션 결과5. Simulation Results

한편, 도 7은 나노 튜브 타깃, 급격히 증가하는 레이저 펄스의 사용에 따른 결맞음 향상 결과를 시뮬레이션한 것이다.On the other hand, Figure 7 is a simulation result of the coherence improvement according to the use of the nanotube target, a rapidly increasing laser pulse.

각각의 그래프는 발생된 펄스의 스펙트럼을 나타낸 것으로 세로축을 밀도로 하고 스펙트럼의 세기를 색깔로 하여 맵핑한 것이다. 모든 밀도에 대해 같은 숫자의 전자를 가정했으므로 스펙트럼의 세기는 결맞음성의 정도를 나타낸다.
Each graph shows the spectrum of the generated pulses, which are mapped with the vertical axis as density and the intensity of the spectrum as color. Since the same number of electrons is assumed for all densities, the intensity of the spectrum represents the degree of coherence.

앞에서 설명한 도 4는 거울 조건을 만족하는 상대론적 비선형 톰슨 산란을 위한 구성이다. 4 described above is a configuration for relativistic nonlinear thomson scattering that satisfies the mirror condition.

상술한 바와 같이 이 구조에서 박막을 타깃으로 이용하면 쿨롱 힘에 의한 박막의 두께 증가로 결맞음이 깨지게 된다. 이를 해결하기 위해 타깃을 박막 대신 나노튜브 혹은 나노선의 2차원 평면 배열을 사용하고, 시간적으로 가우시안(Gaussian) 형태를 갖는 일반적인 펨토초 레이저 펄스 대신 세기가 급격하게 세기가 증가하는 레이저 펄스를 사용하였다.
As described above, when the thin film is used as a target in this structure, coherence is broken due to an increase in the thickness of the thin film due to the coulomb force. To solve this problem, two-dimensional planar arrays of nanotubes or nanowires were used instead of thin films, and laser pulses of rapidly increasing intensity were used instead of general femtosecond laser pulses having a Gaussian shape over time.

본 발명에서 제시된 나노튜브 배열을 이용한 거울 조건의 결맞음 특성을 시험하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다.(도 7) 전자의 움직임을 시뮬레이션하기 위하여 PIC(particle in cell) 방법을 사용하였다. 전자의 운동을 구하기 위해서는 레이저와 전하에 의해서 발생하는 전자기장을 계산하는 맥스웰 방정식과 발생된 전자기장의 영향을 받는 전자의 움직임을 계산하는 상대론적 뉴튼 방정식이 필요하다. Simulations were performed to test the coherence characteristics of the mirror conditions using the nanotube arrays presented in the present invention. (FIG. 7) A PIC (particle in cell) method was used to simulate the movement of electrons. To obtain the motion of the electrons, we need the Maxwell's equation to calculate the electromagnetic field generated by the laser and the charge, and the relativistic Newton's equation to calculate the movement of the electron under the influence of the generated electromagnetic field.

PIC 방법은 맥스웰방정식 및 상대론적 뉴튼방정식을 수치적으로 계산하는 방법으로 레이저에 의한 상대론적 비선형 톰슨 산란 및 하나의 셀 크기 이상의 거리에서의 전자간 혹은 전자와 이온간의 쿨롱 힘도 정확히 기술한다. PIC 방법으로 구해진 전자의 움직임으로부터 발생되는 전자기파를 관측위치에서 계산하기 위해서는 상대론적으로 수정된 라머(Larmor) 식이 이용되었다.The PIC method is a numerical calculation of Maxwell's equations and relativistic Newton's equations that accurately describes the relativistic nonlinear thomson scattering by laser and the Coulomb force between electrons or electrons and ions at distances of more than one cell size. The relativistic modified Larmor equation was used to calculate the electromagnetic wave generated from the movement of electrons obtained by the PIC method at the observation position.

도 7은 나노 튜브 타깃에 급격히 세기가 증가하는 레이저 펄스를 사용함에 따른 결맞음 향상의 정도를 보이고 있다. 각각의 그래프는 발생된 펄스의 스펙트럼을 나타낸 것으로 세로축을 밀도로 하고 스펙트럼의 세기를 색깔로 하여 맵핑(mapping)한 것이다.
FIG. 7 shows the degree of coherence improvement by using a laser pulse whose intensity is rapidly increased in the nanotube target. Each graph shows the spectrum of the generated pulses, mapping with the vertical axis as the density and the intensity of the spectrum as the color.

모든 밀도에 대해 같은 숫자의 전자를 가정했으므로 스펙트럼의 세기는 결맞음성의 정도를 나타낸다. 일반적인 레이저 펄스 조건에서 박막(thinfilm) 타깃의 경우보다 나노튜브나 나노선의 경우가 더욱 결맞음 향상의 정도가 크고, 동일한 타깃조건(나노튜브)에서 급격히 세기가 증가하는 레이저 펄스를 사용하였을 때가 그러지 않은 경우보다 결맞음의 정도가 더욱 향상됨을 알 수 있다.
Since the same number of electrons is assumed for all densities, the intensity of the spectrum represents the degree of coherence. In the case of general laser pulse conditions, the degree of coherence improvement is greater in the case of nanotubes or nanowires than in the case of thin film targets, and when the laser pulses of rapidly increasing intensity are used in the same target condition (nanotubes). It can be seen that the degree of coherence is further improved.

상기와 같이 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 권리 범위는 이에 국한되지 아니하고 당업자 수준에서 치환가능한 균등수준의 여하한 발명이라도 모두 본 발명의 권리범위에 포함됨을 밝혀 둔다.
Although the embodiments of the present invention have been described as described above, the scope of the present invention is not limited thereto, but any invention of equivalent level that can be substituted at the level of those skilled in the art is included in the scope of the present invention.

Claims (4)

세기가 급격하게 증가하는 레이저 펄스를 타깃에 입사시켜 아토초 X선을 발생시키기 위한 타깃의 조건으로서,
타깃의 밀도(수/
Figure 112012048049462-pat00041
)는,
0.01*
Figure 112012048049462-pat00042
이상이어야 하고, 여기서
Figure 112012048049462-pat00043
이며(
Figure 112012048049462-pat00044
: 진공중에서 유전율,
Figure 112012048049462-pat00045
: 전자 질량, e:전자의 전하량, c: 광속,
Figure 112012048049462-pat00046
(단위 :미터): 레이저의 파장)
상기 타깃의 두께는,
Figure 112012048049462-pat00047
보다 작거나 같아야 하는 조건을 만족하며,
상기 타깃은 입사되는 레이저 진행방향으로부터
Figure 112012048049462-pat00048
만큼 기울어진 평면에 배열되되,
Figure 112012048049462-pat00049
는 레이저펄스 진행 방향과 검출기가 이루는 각도이며,
Figure 112012048049462-pat00050
는 레이저 진행 방향과 나노튜브 배열면이 이루는 각도에서
Figure 112012048049462-pat00051
Figure 112012048049462-pat00052
의 두 배의 각도 조건을 만족하며,

입사되는 레이저 세기와 파장은,
Figure 112012048049462-pat00053

(레이저의 세기:
Figure 112012048049462-pat00054
(
Figure 112012048049462-pat00055
), 레이저 파장:
Figure 112012048049462-pat00056
(
Figure 112012048049462-pat00057
)) 의 조건을 만족하며,
레이저 펄스와 그 포락선에 있어서, 포락선(envelope)의 반폭 반 최대치(half-width half-maximum (HWHM))가 레이저 전자기파 주기의 1/4 이하인 조건을 만족함으로써, 아토초 X선을 발생시킴을 특징으로 하는,
(여기서, 포락선 높이 중 가장 높은 점이 포락선 최대치(maximum) 이고, 이값의 1/2 되는 값이 반최대치(half maximum)이며, HWHM (반폭 반최대치)는 maximum 될 때의 시각과, half-maximum 되는 시각 사이의 시간간격)

급격하게 세기가 증가하는 레이저 펄스를 이용한 고출력 극초단 X선 펄스의 발생방법.
As a condition of a target for generating an Atocho X-ray by injecting a laser pulse of rapidly increasing intensity into the target,
Target Density (Number /
Figure 112012048049462-pat00041
),
0.01 *
Figure 112012048049462-pat00042
Must be greater than or equal to
Figure 112012048049462-pat00043
And (
Figure 112012048049462-pat00044
: Permittivity in vacuum,
Figure 112012048049462-pat00045
: Electron mass, e: amount of electrons, c: luminous flux,
Figure 112012048049462-pat00046
(Unit: meter): wavelength of laser)
The thickness of the target,
Figure 112012048049462-pat00047
Satisfies a condition that must be less than or equal to,
The target is from the incident laser direction
Figure 112012048049462-pat00048
Arranged in an inclined plane by
Figure 112012048049462-pat00049
Is the angle between the laser pulse traveling direction and the detector.
Figure 112012048049462-pat00050
Is the angle of laser travel and the angle
Figure 112012048049462-pat00051
The
Figure 112012048049462-pat00052
Satisfies twice the angle of

The incident laser intensity and wavelength are
Figure 112012048049462-pat00053

(Intensity of laser:
Figure 112012048049462-pat00054
(
Figure 112012048049462-pat00055
), Laser wavelength:
Figure 112012048049462-pat00056
(
Figure 112012048049462-pat00057
Satisfies)),
Atosecond X-rays are generated by satisfying a condition in which the half-width half-maximum (HWHM) of the envelope is less than 1/4 of the laser electromagnetic wave period in the laser pulse and its envelope. doing,
(Where the highest point of the envelope height is the envelope maximum, half of this value is half maximum, and the HWHM (half-width maximum) is the time when the maximum Time interval between time)

A method of generating high power ultra-short X-ray pulses using a laser pulse that is rapidly increasing in intensity.
청구항 1에 있어서,
상기 타깃은 나노튜브 또는 나노선 인 것을 특징으로 하는,
급격하게 세기가 증가하는 레이저 펄스를 이용한 고출력 극초단 X선 펄스의 발생방법.
The method according to claim 1,
The target is characterized in that the nanotubes or nanowires,
A method of generating high power ultra-short X-ray pulses using a laser pulse that is rapidly increasing in intensity.
청구항 1에 있어서,
상기 타깃은 리소그래피를 이용하여 소정의 홈을 형성한 박막(thinfilm)인 것을 특징으로 하는,
급격하게 세기가 증가하는 레이저 펄스를 이용한 고출력 극초단 X선 펄스의 발생방법.
The method according to claim 1,
The target is a thin film (thinfilm) formed a predetermined groove using lithography,
A method of generating high power ultra-short X-ray pulses using a laser pulse that is rapidly increasing in intensity.
청구항 1에 있어서,
상기 타깃의 두께는, 0.1~10nm 범위인 것을 특징으로 하는,
급격하게 세기가 증가하는 레이저 펄스를 이용한 고출력 극초단 X선 펄스의 발생방법.
The method according to claim 1,
The target has a thickness of 0.1 to 10 nm, characterized in that
A method of generating high power ultra-short X-ray pulses using a laser pulse that is rapidly increasing in intensity.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000277292A (en) 1999-03-26 2000-10-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Target for x-ray generation
KR20040079191A (en) * 2003-03-06 2004-09-14 한국과학기술원 Apparatus and method for generating high harmonic x-ray, and point diffraction x-ray interferometer using high harmonic x-ray
JP2004301821A (en) 2003-03-19 2004-10-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Generator for x-ray and high energy particle, and generation method therefor
KR20050028762A (en) * 2003-09-19 2005-03-23 한국전기연구원 Apparatus for generating soft x-ray using hybrid target containing nano-phase particle

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