KR101440119B1 - Apparatus and method for measuring the speed of plasma propagation using optical fiber - Google Patents

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한재민
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for measuring plasma diffusion speed using an optical fiber, wherein the apparatus comprises a plasma generation part for generating a plasma flume whose diffusion speed is to be measured; an illumination light source for illuminating the plasma flume generated by the plasma generation part; an optical fiber arrangement for capturing light penetrating through the plasma flume among the light emitted by the illumination light source; and a measurement part connected to the other end of the optical fiber arrangement for measuring an optical signal transmitted via the optical fiber arrangement. Additionally, the present invention comprises a plasma generation step of generating the plasma flume whose diffusion speed is to be measured; a plasma irradiation step of irradiating the generated plasma flume with the light; an optical signal capturing step of capturing the light penetrating through the plasma flume among the light with which the plasma flume is irradiated in the optical fiber arrangement; and a measuring step of measuring the optical signal transmitted via the optical fiber arrangement.

Description

광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring the speed of plasma propagation using optical fiber}[0001] Apparatus and method for measuring plasma diffusion rate using optical fiber [

본 발명은 플라즈마의 확산 속도를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광섬유를 이용하여 플라즈마 플룸(plume)의 움직임을 미세하게 분석하여 확산 속도를 측정하도록 한 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a diffusion velocity of a plasma, and more particularly, to an apparatus and a method for measuring a diffusion velocity of a plasma using an optical fiber in which a diffusion rate is measured by finely analyzing a motion of a plasma plume using an optical fiber. Measuring apparatus and method.

오늘날 레이저는 다양한 분야에서 응용되어지고 있는데, 대표적으로 레이저를 조사하여 연료 표면을 기화시키고 연료가 관성으로 정지해있는 동안 핵융합 반응을 일으키는 레이저 핵융합, 레이저 출력을 이용한 고 에너지밀도 용접인 레이저 용접, 레이저를 이용한 미세 가공 공정 등이 있다. Today, lasers have been applied in various fields, such as laser fusion, which vaporizes the surface of the fuel by irradiating the laser and causes the fusion reaction while the fuel is inertially stopped, laser welding which is high energy density welding using laser output, And the like.

레이저는 출력형태에 따라 연속형, 펄스폭이 짧은 펄스형이 있으며, 출력면에서도 수 나노와트(nW)에서 페타와트(PW)에 이르는 대출력 레이저에 대한 기술까지 활발하게 개발되고 있다. 고출력 레이저를 한 점에 집중하면 고에너지 밀도로 인하여 분자는 플라즈마로 상전이하게 된다. 이 때 발생되는 플라즈마는 많은 정보를 가지고 있기 때문에 플라즈마의 성질을 파악하는 것이 매우 중요하다. 그 중에서, 레이저와 물질의 상태에 따라 발생되는 플라즈마는 확산 속도가 다른데, 이 확산 속도를 측정함으로써 레이저와 물질 간의 반응 효과를 알 수도 있다. The laser has a continuous type and a pulse type with a short pulse width depending on the output type, and a technology for a large output laser ranging from a few nanowatts (nW) to a peta watt (PW) on the output side is actively developed. When a high power laser is focused on one point, the molecules are phase-transformed into plasma due to high energy density. Since the plasma generated at this time has a lot of information, it is very important to grasp the properties of the plasma. Among them, the plasma generated according to the state of the laser and the substance has a different diffusion rate. By measuring the diffusion rate, the reaction effect between the laser and the substance can be known.

종래의 플라즈마의 확산 속도를 측정하는 방법은 여러 가지 형태가 있으며 스트릭카메라를 사용하여 일차원적인 플라즈마의 이동을 시간에 따라 연속적으로 영상을 저장하여 분석하거나, 동일한 광축에 배치한 조명용 광원과 고속광다이오드를 플라즈마 확산 축 방향으로 이동하며 여러 번 나눠서 측정을 하고 누적된 데이터를 분석하는 방법이 있다. Conventional methods for measuring the diffusion velocity of a plasma have various forms, and a one-dimensional plasma movement can be continuously stored by using a streak camera to continuously analyze images, or a light source for illumination and a high-speed photodiode Is moved in the direction of the plasma diffusion axis, is divided into several times, and the accumulated data is analyzed.

일본공개특허 제2001-124697호에는 플라즈마의 광스펙트럼을 스트릭 카메라를 이용하여 측정하는 내용이 개시되어 있다. 그러나 스트릭 카메라는 장비의 매우 가격이 비싸고 광음극판이 망가지기가 쉬워 사용에 어려움이 따른다. 또한 고속광다이오드를 쓰는 방법은 발생하는 레이저 유도 플라즈마의 특성 상 플라즈마의 형태가 측정 때마다 매번 달라지므로 여러 번 반복된 실험을 행해서 누적된 데이터가 필요하므로 많은 시간과 노력이 필요하다. 여러 개의 고속광다이오드를 동시에 사용할 경우 고속광다이오드의 특성 상 크기가 공간적 제약을 가지므로 배치가 현실적으로 불가능하다. 따라서 저렴하면서 일회의 측정으로 원하는 데이터를 얻을 수 있는 편리하고 신뢰할 수 있는 플라즈마의 확산 속도 측정 방법에 관한 연구가 필요한 실정이다.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-124697 discloses a technique of measuring a light spectrum of a plasma using a striking camera. However, the strik camera is very expensive and the photocathode is easy to break, making it difficult to use. In addition, the method of using a high-speed photodiode requires a lot of time and effort because the shape of the plasma is different every time the plasma is formed due to the characteristics of the laser induced plasma generated. If multiple high-speed photodiodes are used at the same time, the size of the high-speed photodiode has a spatial limitation, which makes placement impossible. Therefore, it is necessary to study the diffusion rate measurement method of plasma which is convenient and reliable to obtain desired data with low cost and one time measurement.

일본특허공개 제2001-124697호("시간 경과 플라즈마 광스펙트럼 해석을 이용한 레이저 충격 피닝의 감시 및 제어 방법", 2001.05.11)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-124697 ("Monitoring and controlling laser shock peening using time-lapse plasma optical spectrum analysis ", 2001.05.11)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 좁은 공간 분포를 가진 플라즈마 플룸이 빠르게 확산함에 따라 상기 플라즈마 플룸을 조명하고 있는 빛이 더 이상 플라즈마 플룸을 투과하지 못하고 차단되는 시점이 있는데 이를 매우 작은 지름의 광섬유 배열을 이용하여 분석함으로써 플라즈마의 확산 속도를 측정하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a plasma display apparatus and a plasma display apparatus in which a plasma plume having a narrow spatial distribution rapidly diffuses, And an apparatus and method for measuring the diffusion velocity of the plasma by analyzing it using an optical fiber array having a very small diameter.

상기와 같은 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치는 확산 속도를 측정하고자 하는 플라즈마 플룸을 발생시키는 플라즈마 발생부; 상기 플라즈마 발생부에서 발생된 플라즈마 플룸을 조명하는 조명광원; 상기 조명광원에서 조사된 빛 중 플라즈마 플룸을 투과한 빛을 포집하는 광섬유 배열; 및 상기 광섬유 배열의 타단과 연결되며, 광섬유 배열을 통해 전달받은 광신호를 측정하는 측정부;로 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring a plasma diffusion rate using an optical fiber, including: a plasma generator for generating a plasma plume for measuring a diffusion rate; An illumination light source for illuminating a plasma plume generated by the plasma generating unit; An optical fiber arrangement for collecting light transmitted through the plasma plume among the lights emitted from the illumination light source; And a measuring unit connected to the other end of the optical fiber array and measuring an optical signal transmitted through the optical fiber array.

또한, 본 발명의 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 방법은 확산 속도를 측정하고자 하는 플라즈마 플룸을 발생시키는 플라즈마 발생 단계; 상기 발생된 플라즈마 플룸에 빛을 조사하는 플라즈마 조사 단계; 상시 플라즈마 플룸에 조사된 빛 중 플라즈마 플룸을 투과한 빛을 광섬유 배열로 포집하는 광신호 포집 단계; 및 상기 광섬유를 통해 전달받은 광신호를 측정하는 측정 단계;로 구성될 수 있다.
Also, the plasma diffusion rate measurement method using the optical fiber of the present invention includes: a plasma generation step of generating a plasma plume to be measured for diffusion rate; A plasma irradiating step of irradiating the generated plasma plume with light; An optical signal collecting step of collecting light transmitted through a plasma plume in an optical fiber array among lights irradiated to the plasma plasm at an ordinary time; And a measuring step of measuring an optical signal transmitted through the optical fiber.

본 발명의 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치 및 방법은 작은 지름의 광섬유 배열을 이용하여 좁은 공간에서 조밀하게 발생된 플라즈마 플룸을 투과한 광신호를 한번에 측정할 수 있다는 장점이 있다.The apparatus and method for measuring the plasma diffusion rate using the optical fiber of the present invention have an advantage that the optical signal transmitted through the plasma plume densely generated in a narrow space can be measured at a time using a small diameter optical fiber arrangement.

또한, 본 발명에 의하면 종래의 스트릭 카메라를 이용하는 방법에 비해 광섬유를 이용하기 때문에 비용이 훨씬 절감되는 효과가 있다.Further, according to the present invention, since the optical fiber is used in comparison with the conventional method using a striking camera, the cost is significantly reduced.

뿐만 아니라, 종래의 고속광다이오드를 이용하여 플라즈마의 확산 속도를 측정하는 방법은 발생된 플라즈마의 크기가 작은 경우 광다이오드를 배치하는데 광다이오드의 크기에 의한 공간적 제약이 있어 측정에 어려움이 있었으나, 본 발명에 의하면 광섬유의 지름이 매우 작아 상기와 같은 공간적 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.In addition, the method of measuring the diffusion speed of plasma using a conventional high-speed photodiode has difficulties in the measurement due to the space limitation due to the size of the photodiode when the size of the generated plasma is small. According to the invention, the diameter of the optical fiber is very small, which is advantageous in solving the above-mentioned spatial problem.

또한, 본 발명에 따르면 장치의 구성이 간단하여 제작이 용이하면서도 조밀한 공간 분포를 가지는 플라즈마의 확산 속도를 손쉽게 측정할 수 있다는 장점이 있다.
In addition, according to the present invention, it is possible to easily measure the diffusion rate of a plasma having a compact spatial distribution with a simple structure of the apparatus and easy fabrication.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 방법에 대한 블록도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram illustrating an apparatus for measuring a plasma diffusion rate using an optical fiber according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a block diagram of a method for measuring a plasma diffusion rate using an optical fiber according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치 및 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, an apparatus and method for measuring a plasma diffusion rate using an optical fiber according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms. In addition, like reference numerals designate like elements throughout the specification.

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
In this case, unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In the following description and the accompanying drawings, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the description of the present invention will be omitted.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치를 나타낸 구성도이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명은 크게 플라즈마 발생부(100), 조명광원(200), 광섬유 배열(500) 및 측정부(600)로 이루어진다.FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an apparatus for measuring a plasma diffusion rate using an optical fiber according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. Referring to FIG. 1, the present invention mainly includes a plasma generator 100, an illumination light source 200, an optical fiber array 500, and a measurement unit 600.

상기 플라즈마 발생부(100)는 확산 속도를 측정하고자 하는 플라즈마 플룸(10)을 발생시키는 것으로 레이저를 발생시키는 레이저 발생부(110), 상기 레이저 발생부(110)에서 발생된 레이저를 집속시키는 집속 광학부(120) 및 상기 집속 광학부(120)에 의해 집속된 레이저가 조사되는 표적(130)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 레이저 발생부(110)는 레이저는 플라즈마 발생을 용이하게 하기 위해 연속적인 형태보다는 펄스 형태인 펄스 레이저를 이용하는 것이 보다 유리하다. 또한 펄스 레이저의 에너지 밀도나 펄스 폭은 보유하고 있는 레이저 장치나 플라즈마를 발생시키는 표적(130) 등에 따라 다양하게 선택되어질 수 있다. 상기 레이저 발생부(110)에서 발생시킨 펄스 레이저는 집속 광학부(120)를 거쳐 플라즈마를 발생시키고자 하는 표적(130) 표면의 한 점으로 집속된다. 상기 집속 광학부(120)는 펄스 레이저를 한 점으로 집속시키기 위한 것으로 다수의 렌즈 등으로 이루어질 수 있는 등 특정 형태로 제한되지 않는다.The plasma generating unit 100 includes a laser generating unit 110 generating a plasma plume 10 for measuring a diffusion rate and generating a laser beam, a condensing optical system 110 for focusing the laser generated from the laser generating unit 110, And a target 130 to which the laser beam focused by the focusing optical unit 120 is irradiated. It is more advantageous for the laser generating unit 110 to use a pulsed laser in pulse form rather than a continuous form in order to facilitate plasma generation. Also, the energy density and the pulse width of the pulse laser can be variously selected depending on the laser device or the target 130 generating the plasma. The pulsed laser generated by the laser generation unit 110 is converged to a point on the surface of the target 130 through which the plasma is to be generated via the focusing optical unit 120. The focusing optical unit 120 is not limited to a specific type such as a plurality of lenses for focusing a pulsed laser to one point.

상기 조명광원(200)은 플라즈마 발생부(100)에서 발생된 플라즈마 플룸(10)을 조명하며, 이 중에서 플라즈마 플룸(10)을 투과한 빛은 광섬유 배열(500)로 포집되며, 광섬유 배열(500)의 타단에는 광섬유 배열(500)을 통해 전달받은 광신호를 측정하는 측정부(600)가 구비된다.The illumination light source 200 illuminates the plasma plume 10 generated by the plasma generation unit 100. The light transmitted through the plasma plume 10 is collected by the optical fiber array 500 and is reflected by the optical fiber array 500 And a measuring unit 600 for measuring an optical signal transmitted through the optical fiber array 500 is provided at the other end.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명을 조금 더 상세히 설명하면, 플라즈마 발생부(100)에서 발생된 펄스 레이저를 집속 광학부(120)를 통해 표적(130) 표면에 집속시키면 고 에너지 밀도의 레이저가 한 점에 집중 조사된다. 레이저와 표적(130)과 반응하면 도 1에 도시된 바와 같이 표적(130) 표면에서 수직방향으로 플라즈마 플룸(10)이 형성되며 이 플라즈마 플룸(10)은 약 1만km/초의 빠른 속도로 확산된다. 플라즈마 플룸(10)은 밀도가 매우 높아 어느 순간 빛의 투과를 허용하는 임계치에 도달하게 되고, 플라즈마 플룸(10)을 조명하는 빛은 더 이상 상기 플라즈마 플룸(10)을 투과하지 못하게 된다. 따라서 플라즈마 플룸(10)의 확산에 의해 투과되는 빛이 차단되는 시점을 광섬유 배열(500)과 측정부(600)를 통해 측정할 수 있다. 이처럼 본 발명은 종래의 광다이오드의 크기에 의한 공간적 제약으로 측정에 어려움이 있었던 문제를 작은 지름의 광섬유 배열(500)을 이용함으로써 해결하였고 좁은 공간에서 조밀하게 발생된 플라즈마 플룸(10)도 한번에 측정이 가능하다는 장점이 있다. When the pulse laser generated in the plasma generating part 100 is focused on the surface of the target 130 through the focusing optical part 120, Focused on points. 1, a plasma plume 10 is formed in a vertical direction on the surface of the target 130. The plasma plume 10 is diffused at a high speed of about 10,000 km / do. The plasma plume 10 is very dense and reaches a threshold permitting the transmission of light at any moment and the light illuminating the plasma plume 10 is no longer able to pass through the plasma plume 10. Therefore, the time when the light transmitted by the diffusion of the plasma plume 10 is blocked can be measured through the optical fiber array 500 and the measurement unit 600. As described above, the present invention solves the problem of difficulty in measurement due to the spatial limitation due to the size of the conventional photodiode by using the optical fiber array 500 of small diameter, and the plasma plume 10 generated densely in a narrow space is also measured Is possible.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이 조명광원(200)과 플라즈마 플룸(10) 사이에는 평행 광학부(300)가 더 구비될 수도 있다. 광원에서 발생된 빛은 모든 방향으로 발산하게 되는데 이는 플라즈마 플룸(10)을 투과한 빛을 측정하는데 어려움을 야기한다. 따라서 본 발명에서는 평행 광학부(300)를 더 구비하여 조명광원(200)에서 발생된 빛을 평행광으로 만들어 플라즈마 플룸(10)을 조명하므로 플라즈마 플룸(10)을 투과한 빛을 측정하기 용이하도록 하였다. 즉, 본 발명은 도 1과 같이 조명 광원, 평행 광학부(300), 플라즈마 플룸(10), 광섬유 배열(500)이 차례로 평행하게 위치한다. 집속 광학부(120)와 마찬가지로 평행 광학부(300) 또한 평행광을 만들기 위한 목적으로 다수의 렌즈 등으로 이루어질 수 있는 등 특정 형태로 제한되지 않는다. 1, a parallel optical unit 300 may be further provided between the illumination light source 200 and the plasma plume 10. In addition, The light emitted from the light source diverges in all directions, which causes difficulty in measuring the light transmitted through the plasma plume 10. Therefore, in the present invention, the parallel optical unit 300 is further provided to make the light emitted from the illumination light source 200 parallel light to illuminate the plasma plume 10, so that the light transmitted through the plasma plume 10 can be easily measured Respectively. That is, the illumination light source, the parallel optical unit 300, the plasma plume 10, and the optical fiber array 500 are arranged in parallel in this order, as shown in FIG. The collimating optical unit 300 may be formed of a plurality of lenses or the like for the purpose of producing parallel light, as in the focusing optical unit 120, and the like.

또한, 플라즈마 플룸(10) 발생 위치를 중심으로 조명광원(200) 및 광섬유 배열(500)을 플라즈마 플룸(10)과 가급적 가깝게 위치시키는 것이 분석 감도는 높아지지만 플라즈마 발생 시 휘발성 물질이 생성되거나 이탈된 미세 입자가 튀는 등의 충격이 있을 수 있으므로 적당한 거리를 두는 것이 좋다. 그리고 광섬유 배열(500)은 광신호 입사 효율을 높일 수 있도록 광섬유 배열(500)의 일단면이 플라즈마 플룸(10)을 투과한 평행광과 수직이 되도록 광섬유 배열(500)을 배치하는 것이 바람직하다. 또, 플라즈마 플룸(10)의 확산 방향과 나란하게 일정 간격으로 배치되도록 한다. 플라즈마의 확산 속도는 상기와 같이 배치된 광섬유들의 간격과 플라즈마 플룸(10)에 접촉한 평행광이 차단되는 시점을 분석하여 확산 속도를 분석할 수 있다.The analysis sensitivity is increased by positioning the illumination light source 200 and the optical fiber array 500 as close as possible to the plasma plume 10 about the generation position of the plasma plume 10. However, when plasma is generated, It is advisable to keep a proper distance because fine particles may be impacted such as splashing. The optical fiber array 500 is preferably arranged such that one end face of the optical fiber array 500 is perpendicular to the parallel light transmitted through the plasma plume 10 in order to increase the optical signal incident efficiency. Further, it is arranged at regular intervals in parallel with the diffusion direction of the plasma plume 10. The diffusion rate of the plasma can be analyzed by analyzing the interval of the optical fibers arranged as described above and the point of time when the parallel light in contact with the plasma plume 10 is blocked.

한편, 본 발명을 구성하는 광섬유 배열(500)은 플라스틱이나 유리 등의 재질로 이루어진다. 광섬유는 코어(core)층과 이를 감싸는 클래드(clad)층으로 구성되는데, 여기서 코어층은 빛의 전달 통로로서 사용되고 클래드층은 코어층을 통해서 전달되는 빛이 외부로 누출되는 것을 차단하는 기능을 수행한다. 광섬유의 중앙과 양측면으로 입사되는 광원의 빛은 클래드층에 의해 전반사되면서 코어층을 통해 전달되어 장거리로 전송하게 된다.Meanwhile, the optical fiber array 500 constituting the present invention is made of a material such as plastic or glass. The optical fiber is composed of a core layer and a clad layer surrounding the core layer. The core layer serves as a light transmission path, and the clad layer functions to prevent light transmitted through the core layer from leaking to the outside do. Light from a light source incident on the center and both sides of the optical fiber is totally reflected by the clad layer and is transmitted through the core layer to be transmitted over a long distance.

본 발명에서는 형성되는 플라즈마 플룸(10)은 크기는 표적(130)에 따라 달라질 수 있으나 대부분의 플라즈마 플룸(10)은 수백um ~ 수mm 정도로 매우 작게 형성된다. 따라서 플라즈마 플룸(10)의 확산 속도를 측정하기 위해서는 작은 지름의 광섬유를 사용하는 것이 공간 분해능을 높이는데 유용하다.In the present invention, the size of the plasma plume 10 to be formed may vary depending on the target 130, but most of the plasma plumes 10 are formed to be very small, such as several hundreds um to several millimeters. Therefore, in order to measure the diffusion velocity of the plasma plume 10, it is useful to increase the spatial resolution by using a small-diameter optical fiber.

본 발명에 있어서, 상기 조명광원(200)은 단색조명광원이며 도 1에 도시된 바와 같이 플라즈마 플룸(10)과 광섬유 배열(500) 사이에는 단색투과필터(400)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 단색조명광원으로부터 나온 빛은 평행 광학부(300)를 거쳐 평행광으로 만들어져 플라즈마 플룸(10)을 조명하고, 이 때 플라즈마 플룸(10)과 접촉한 평행광은 산란되어 부분적으로 불투명하게 된다. 플라즈마 플룸(10)과 접촉하지 않은 평행광은 플라즈마 플룸(10)을 투과하여 단색투과필터(400)를 거친 뒤 광섬유로 입사하게 된다. 여기서 단색조명광원과 단색투과필터(400)를 구비함으로써, 플라즈마 자체에서 발생하는 빛이나 주변에 존재하는 배경광을 제거하여 플라즈마 플룸(10)을 투과한 평행광만을 측정할 수 있도록 한다.In the present invention, the illumination light source 200 is a monochromatic illumination light source. As shown in FIG. 1, a monochromatic transmission filter 400 may be further disposed between the plasma plume 10 and the optical fiber array 500. The light emitted from the monochromatic illumination light source is made into parallel light through the parallel optical unit 300 to illuminate the plasma plume 10. At this time, the parallel light in contact with the plasma plume 10 is scattered and becomes partially opaque. Parallel light not in contact with the plasma plume 10 passes through the plasma plume 10, passes through the monochromatic transmission filter 400, and is incident on the optical fiber. Here, by providing the monochromatic illumination light source and the monochromatic transmission filter 400, only the parallel light transmitted through the plasma plume 10 can be measured by removing the light generated from the plasma itself or the background light existing in the surroundings.

본 발명에 의하면 상기 측정부(600)는 상기 광섬유 배열(500)의 타단에 구비되어 광섬유 배열(500)을 통해 전달받은 광신호를 전기신호로 변환하는 신호 변환부(610) 및 상기 전기신호를 측정하는 전기신호 측정부(620)로 구성된다. 상기 신호 변환부(610)는 광다이오드, 광저항기, 광도전체, 광트랜지스터 중 선택되는 어느 하나 이상이 사용되어질 수 있다. 또한 상기 전기신호 측정부(620)에는 다채널 오실로스코프나 신호 분석기 등을 사용하여 변환된 전기신호를 측정하고 저장할 수 있도록 한다.  According to the present invention, the measuring unit 600 includes a signal converting unit 610 provided at the other end of the optical fiber array 500 for converting an optical signal received through the optical fiber array 500 into an electrical signal, And an electric signal measuring unit 620 for measuring the electric signal. The signal converting unit 610 may use at least one selected from a photodiode, a photoresistor, a photoconductor, and a phototransistor. Also, the electric signal measuring unit 620 can measure and store the converted electric signal using a multi-channel oscilloscope or a signal analyzer.

이처럼 본 발명의 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치는 종래의 스트릭 카메라나 광다이오드를 이용하여 측정하는 방법과 비교하였을 때, 작은 지름의 광섬유 배열(500)을 사용함으로써, 장치의 구성은 간소화되어 제작이 용이하면서도 매우 조밀한 공간 분포를 가지는 플라즈마 플룸(10)의 확산 속도까지 한번에 측정이 가능하며 매우 간편하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.
As compared with the conventional method of measuring the diffusion rate of the optical fiber using the optical fiber of the present invention using a conventional striking camera or a photodiode, by using the optical fiber array 500 having a small diameter, And the diffusion rate of the plasma plume 10 having a very dense spatial distribution can be measured at one time and can be measured very easily.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 방법을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명은 플라즈마 발생 단계(S100), 플라즈마 조사 단계(S200), 광신호 포집 단계(S300) 및 측정 단계(S400)로 이루어질 수 있다.2 is a block diagram illustrating a method of measuring a plasma diffusion rate using an optical fiber according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the present invention may include a plasma generating step S100, a plasma irradiating step S200, an optical signal collecting step S300, and a measuring step S400.

상기 플라즈마 발생 단계(S100)는 확산 속도를 측정하고자 하는 플라즈마 플룸(10)을 발생시키는 단계로, 보다 자세히는 레이저를 집속 광학부(120)를 이용하여 집속하는 레이저 집속 단계(S110) 및 상기 집속된 레이저를 플라즈마 플룸(10)을 발생시키고자 하는 표적(130) 표면에 조사하는 레이저 조사 단계(S120)로 구성될 수 있다.The plasma generating step S100 is a step of generating a plasma plume 10 to be measured for the diffusion rate. More specifically, the plasma generating step S100 includes a laser focusing step S110 for focusing the laser using the focusing optical unit 120, And a laser irradiating step (S120) of irradiating the laser beam onto the surface of the target 130 to which the plasma plume 10 is to be generated.

또한, 상기 플라즈마 조사 단계(S200)는 플라즈마 발생 단계(S100)에서 발생된 플라즈마 플룸(10)에 빛을 조사하는 단계이며, 상기 광신호 포집 단계(S300)는 플라즈마 플룸(10)에 조사된 빛 중 플라즈마 플룸(10)을 투과한 빛만을 광섬유 배열(500)로 포집하는 단계이고, 측정 단계(S400)는 광섬유 배열(500)을 통해 전달받은 광신호를 측정하는 단계이다. The plasma irradiation step S200 is a step of irradiating light to the plasma plume 10 generated in the plasma generating step S100 and the optical signal collecting step S300 is a step of irradiating the plasma plume 10 with light Only the light transmitted through the plasma plume 10 is collected in the optical fiber array 500 and the measurement step S400 is a step of measuring the optical signal transmitted through the optical fiber array 500. [

앞서 설명한 바와 같이 상기와 같은 단계를 거쳐 배치된 광섬유들의 간격과 플라즈마 플룸(10)을 투과하는 빛이 차단되는 시점을 분석하여 플라즈마의 확산 속도를 측정할 수 있다.As described above, the diffusion rate of the plasma can be measured by analyzing the interval of the optical fibers disposed through the above-mentioned steps and the time when the light transmitted through the plasma plume 10 is shut off.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10 : 플라즈마 플룸
100 : 플라즈마 발생부 110 : 레이저 발생부
120 : 집속 광학부 130 : 표적
200 : 조명광원 300 : 평행 광학부
400 : 단색투과필터 500 : 광섬유 배열
600 : 측정부 610 : 신호 변환부
620 : 전기신호 측정부10: Plasma Plume
100: plasma generator 110: laser generator
120: focusing optical section 130: target
200: illumination light source 300: parallel optical part
400: monochromatic transmission filter 500: optical fiber arrangement
600: measuring unit 610: signal converting unit
620: electric signal measuring unit

Claims (10)

확산 속도를 측정하고자 하는 플라즈마 플룸(10)을 발생시키는 플라즈마 발생부(100);
상기 플라즈마 발생부(100)에서 발생된 플라즈마 플룸(10)을 조명하는 조명광원(200);
상기 조명광원(200)에서 조사된 빛 중 플라즈마 플룸(10)을 투과한 빛을 포집하는 광섬유 배열(500); 및
상기 광섬유 배열(500)의 타단과 연결되며, 광섬유 배열(500)을 통해 전달받은 광신호를 측정하는 측정부(600);
를 포함하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치.
A plasma generator 100 for generating a plasma plume 10 for measuring a diffusion rate;
An illumination light source 200 for illuminating the plasma plume 10 generated in the plasma generating unit 100;
An optical fiber arrangement 500 for collecting light transmitted through the plasma plume 10 among the lights emitted from the illumination light source 200; And
A measuring unit 600 connected to the other end of the optical fiber array 500 for measuring an optical signal transmitted through the optical fiber array 500;
And an optical fiber.
제 1항에 있어서,
상기 플라즈마 발생부(100)는
레이저를 발생시키는 레이저 발생부(110), 상기 레이저 발생부(110)에서 발생된 레이저를 집속시키는 집속 광학부(120) 및 상기 집속 광학부(120)에 의해 집속된 레이저가 조사되는 표적(130)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The plasma generating unit 100 includes:
A focusing optical unit 120 focusing the laser generated by the laser generating unit 110 and a target 130 irradiated with the laser focused by the focusing optical unit 120. [ The apparatus for measuring a plasma diffusion rate using an optical fiber according to claim 1,
제 1항에 있어서,
상기 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치는
상기 조명광원(200)과 플라즈마 플룸(10) 사이에 구비되어 조명광원(200)에서 조사된 빛을 평행광으로 만들기 위한 평행 광학부(300)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The apparatus for measuring the plasma diffusion rate using the optical fiber
And a parallel optical unit (300) provided between the illumination light source (200) and the plasma plume (10) for converting the light emitted from the illumination light source (200) into parallel light. Speed measuring device.
제 3항에 있어서,
상기 광섬유 배열(500)은
일단면이 플라즈마 플룸(10)을 투과한 평행광과 수직이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치.
The method of claim 3,
The optical fiber array 500 includes
Wherein the one end face is disposed perpendicular to the parallel light transmitted through the plasma plume (10).
제 1항에 있어서,
상기 광섬유 배열(500)은
플라즈마 플룸(10)의 확산 방향과 나란하게 일정 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The optical fiber array 500 includes
(10) is arranged at regular intervals in parallel with the diffusion direction of the plasma plume (10).
제 1항에 있어서,
상기 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치는
상기 조명광원(200)이 단색조명광원이고, 플라즈마 플룸(10)과 광섬유 배열(500) 사이에는 플라즈마 플룸(10)을 투과한 빛을 제외한 주변광을 걸러내기 위한 단색투과필터(400)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The apparatus for measuring the plasma diffusion rate using the optical fiber
The monochromatic transmission filter 400 for filtering the ambient light except for the light transmitted through the plasma plume 10 is provided between the plasma plume 10 and the optical fiber arrangement 500 Wherein the optical fiber is used for measuring the diffusion velocity of the plasma.
제 1항에 있어서,
상기 측정부(600)는
상기 광섬유 배열(500)의 타단에 구비되어 광섬유 배열(500)을 통해 전달받은 광신호를 전기신호로 변환하는 신호 변환부(610) 및 상기 전기신호를 측정하는 전기신호 측정부(620)로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치.
The method according to claim 1,
The measuring unit 600 measures
A signal converting unit 610 provided at the other end of the optical fiber array 500 for converting an optical signal received through the optical fiber array 500 into an electric signal and an electric signal measuring unit 620 for measuring the electric signal Wherein the optical fiber is used for measuring the diffusion velocity of the plasma.
제 7항에 있어서,
상기 신호 변환부(610)는
광다이오드, 광저항기, 광도전체 및 광트랜지스터 중 선택되는 어느 하나 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 장치.
8. The method of claim 7,
The signal converting unit 610
Wherein at least one selected from a photodiode, a photoresistor, a photoconductor, and a phototransistor is used.
확산 속도를 측정하고자 하는 플라즈마 플룸(10)을 발생시키는 플라즈마 발생 단계(S100);
상기 발생된 플라즈마 플룸(10)에 빛을 조사하는 플라즈마 조사 단계(S200);
상기 플라즈마 플룸(10)에 조사된 빛 중 플라즈마 플룸(10)을 투과한 빛을 광섬유 배열(500)로 포집하는 광신호 포집 단계(S300); 및
상기 광섬유 배열(500)을 통해 전달받은 광신호를 측정하는 측정 단계(S400);
를 포함하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 방법.
A plasma generating step (S100) for generating a plasma plume (10) for measuring a diffusion rate;
A plasma irradiating step (S200) of irradiating the generated plasma plume (10) with light;
An optical signal collecting step (S300) of collecting the light transmitted through the plasma plume (10) among the light irradiated onto the plasma plume (10) by the optical fiber array (500); And
A measurement step (S400) of measuring an optical signal transmitted through the optical fiber array (500);
And measuring the plasma diffusion rate using the optical fiber.
제 9항에 있어서,
상기 플라즈마 발생 단계(S100)는
레이저를 집속 광학부(120)를 이용하여 집속하는 레이저 집속 단계(S110) 및
상기 집속된 레이저를 플라즈마 플룸(10)을 발생시키고자 하는 표적(130)의 표면에 조사하는 레이저 조사 단계(S120)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 플라즈마 확산 속도 측정 방법.
10. The method of claim 9,
The plasma generating step (SlOO)
A laser focusing step (S110) of converging the laser using the focusing optical unit 120 and
And a laser irradiating step (S120) of irradiating the focused laser to the surface of the target (130) to generate the plasma plume (10).
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