KR100906460B1

KR100906460B1 - 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치

Info

Publication number: KR100906460B1
Application number: KR1020070081083A
Authority: KR
Inventors: 안병남; 김동언; 김진곤; 손재식; 김동수
Original assignee: 주식회사 브이엠티; 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2009-07-08
Also published as: KR20090016820A

Abstract

본 발명은, 레이져 발생수단; 상기 레이져 발생수단에서 조사된 레이져광의 광로상에 설치되고, 상기 레이져광의 편광상태를 변화시키는 위상지연판; 상기 위상지연판을 통과한 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 1 광분할수단; 상기 제 1 광분할수단에서 반사된 일부 레이져광을 지연시키는 제 1 지연시간 부가수단; 상기 제 1 지연시간 부가수단을 경유한 일부 레이져광 및 상기 제 1 광분할수단을 투과한 일부 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 2 광분할수단; 상기 제 1 광분할수단과 제 2 광분할수단 사이에 위치하여 상기 제 1 광분할수단을 투과한 일부 레이져광의 에너지를 조절할 수 있도록 2개의 위상지연판 및 상기 2개의 위상지연판 사이에 설치된 편광기를 포함하는 제 2 펄스에너지 조절수단; 및 상기 제 1 지연시간 부가수단에 장착되어 상기 제 1 광분할수단에서 반사된 일부 레이져광의 에너지를 조절할 수 있도록 2개의 위상지연판 및 상기 2개의 위상지연판 사이에 설치된 편광기를 포함하는 제 3 펄스에너지 조절수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치를 제공한다.

다중펄스 광학계, 레이져, X선

Description

펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치{Pulse energy controllable multiple-pulse optical device}

본 발명은 상온에서 액체이거나, 상온에서 기체이지만 액화된 물질, 상기 액체 및 액화기체에 나노입자를 포함시킨 물질, 녹는점이 낮은 금속에 열을 가해 녹인 금속 액체를 제트 타겟으로 제공함으로써 X선(1~10nm)및 극자외선(EUV,10~20nm) 영역의 파장의 빛을 발생시키는 다중 펄스 광학장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 레이져 펄스를 나누어 다중 펄스로 분할하고 다중 펄스들의 에너지와 다중 펄스들간의 지연시간에 대한 조정이 가능하여 최적의 X선(1~10nm)및 극자외선(EUV,10~20nm)로의 변환효율을 갖게 하는 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치에 관한 것이다.

일반적으로, 1 내지 10 나노미터의 파장을 가지는 빛을 연 X선이라 하는데, 상기 연 X선은 살아있는 세포들의 미세구조를 관측하기 위한 현미경에 10 내지 20 나노미터의 파장을 가지는 극자외(EUV)선은 차세대 리소그래피(Lithography)에 사 용된다. 특히, 2 내지 4 나노미터의 파장을 가지는 연 X선은 현미경에 사용되기 매우 적합하다. 이는 2 내지 4 나노미터의 파장영역(이하 "물의 창" 영역)에서는 연 X선이 단백질과 물에 대해 큰 투과율 차이를 보이기 때문이다. 즉, 물의 창 영역의 연 X선은 물에 대해서는 양호한 투과율을 가지고 있으나, 단백질에 대해서는 투과율이 좋지 않기 때문에 세포 내부 구조를 조사하기에 매우 적당한 광원이다.

연 X선의 대부분은 방사광 가속기를 통해 발생되고 있으나, 방사광 가속기는 매우 거대한 실험 장치로 건설에 많은 시간과 비용이 소비되기 때문에 매우 적은 숫자만이 건설될 수 있다. 따라서, 소규모 실험실에서 사용되기에는 부적합하다.

소규모 실험실에서는 광원 발생장치로 레이저 플라즈마 광원 발생장치가 사용된다.

레이저 플라즈마 광원 발생장치는 진공 용기 내에 배치되는 타겟(target)에 고출력 레이저 레이져 광을 조사하여 빛을 발생시키는 장치이다. 타겟에 고출력 레이저 레이져 광을 집광시키면 고밀도의 플라즈마가 생성되고, 생성된 플라즈마는 진공 용기 내에서 자유 팽창하게 되며, 빛은 상기 팽창한 플라즈마로부터 발생된다.

이와 같은 레이저 플라즈마 광원 발생장치를 이용하여 X선 및 EUV 영역의 향상된 플라즈마 광원의 세기와 변환효율을 얻기 위한 다양한 시도가 최근에 이루어 지고 있다.

최근 연구결과에 따르면 단일 레이져 펄스를 예비 펄스(prepulse)와 주 펄스(mainpulse)로 분할하여 펄스간 지연시간(Delay time)을 적절히 변화시킨 경우, 단일 레이져 펄스를 입사시킨 경우보다 큰 변환효율을 얻을 수 있다고 한다.

예를들어, 리튬(Lithium)을 타겟으로 하여 예비 펄스와 주 펄스로 분할하여 두 펄스간 지연시간을 20~50ns로 한 경우, 단일 펄스일때보다 변환효율이 1.8배큰 2.4%의 변환효율을 얻을 수 있다.

때문에 단일 레이져 펄스를 분할하기 위한 다양한 방식의 광학장치가 구성되고 있다.

그러나, 기존의 광학장치로는 분할된 예비 펄스와 주 펄스의 에너지를 원하는 수치로 자유롭게 조절하거나 두 펄스간의 지연시간을 원활이 변경할 수 없는 문제점이 있다.

이에 여러가지 타겟에 대한 X선의 변환효율을 높이기 위한 실험을 진행하는데에 많은 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하나의 레이져 펄스를 나누어 다중 펄스로 분할하고 다중 펄스들의 에너지와 다중 펄스들간의 지연시간에 대한 조정이 가능하여 최적의 X선(1~10nm)및 극자외선(EUV,10~20nm)로의 변환효율을 갖게 하는 다중 펄스 광학장치를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 레이져 발생수단; 상기 레이져 발생수단에서 조사된 레이져광의 광로상에 설치되고, 상기 레이져광의 편광상태를 변화시키는 위상지연판; 상기 위상지연판을 통과한 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 1 광분할수단; 상기 제 1 광분할수단에서 반사된 일부 레이져광을 지연시키는 제 1 지연시간 부가수단; 상기 제 1 지연시간 부가수단을 경유한 일부 레이져광 및 상기 제 1 광분할수단을 투과한 일부 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 2 광분할수단; 상기 제 1 광분할수단과 제 2 광분할수단 사이에 위치하여 상기 제 1 광분할수단을 투과한 일부 레이져광의 에너지를 조절할 수 있도록 2개의 위상지연판 및 상기 2개의 위상지연판 사이에 설치된 편광기를 포함하는 제 2 펄스에너지 조절수단; 및 상기 제 1 지연시간 부가수단에 장착되어 상기 제 1 광분할수단에서 반사된 일부 레이져광의 에너지를 조절할 수 있도록 2개의 위상지연판 및 상기 2개의 위상지연판 사이에 설치된 편광기를 포함하는 제 3 펄스에너지 조절수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치를 제공한다.
바람직하게 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치는, 상기 상기 제 2 광분할수단에서 반사 및 투과된 일부 레이져광을 지연시키도록 형성된 제 2 지연시간 부가수단; 상기 제 2 지연시간 부가수단을 경유한 레이져광 및 상기 제 2 광분할수단에서 반사 및 투과된 일부 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 3 광분할수단; 상기 제 2 광분할수단과 제 3광 분할수단사이에 위치하여 상기 제 2 광분할수단에서 반사 및 투과된 일부 레이져광의 편광상태를 변화시키는 위상지연판; 및 상기 제 2 지연시간 부가수단에 장착되어 상기 제 2 지연시간 부가수단을 경유하는 레이져광의 편광상태를 변화시키는 위상지연판;을 더 포함한다.

삭제

본 발명에 따른 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치는 단일 펄스를 입사시키는 것보다 X선 및 극자외선 영역의 빛의 세기를 향상 시킬 수 있다. 또 한, 분할되는 각각의 펄스에너지와 각 펄스간의 지연시간을 조절하여 X선 및 극자외선 영역의 빛으로의 변환효율이 최대가 되는 조건을 보다 용이하게 찾을 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명에 따른 펄스에너지 조절이 가능한 2-펄스 광학장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1은, 도 1에서 도시한 펄스에너지 조절이 가능한 2-펄스 광학장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 구성도이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 2-펄스 광학장치의 일 실시예의 경우, 레이져 발생수단(P)과 상기 레이져 발생수단에서 조사된 레이져광의 광로상에 설치되고, 상기 레이져광의 편광상태를 변화시켜 에너지를 조절하도록 형성된 제 1 펄스에너지 조절수단(10A)과 상기 제 1 펄스에너지 조절수단(10A)을 통과한 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 1 광분할수단(20)과 상기 제 1광분할수단(20)에서 반사된 일부 레이져광을 지연시키도록 형성된 제 1 지연시간 부가수단(40) 및 상기 제 1 지연시간 부가수단(40)에서 지연된 일부 레이져광 및 상기 제 1 광분할수단(20)에서 투과된 일부 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 2 광분할수단(30)을 포함하여 구성된다.

위와 같은 구성을 갖는 2-펄스 광학장치에서 발생한 2-펄스 타켓(T)에 조사 되어 X선(1~10nm)및 극자외선(EUV,10~20nm)을 생성시킨다.

그리고 제 1 광분할수단(20)과 제 2광 분할수단(30)사이에는 상기 제 1 광분할수단(20)에서 투과된 일부 레이져광의 편광상태를 변화시켜 에너지를 조절하도록 형성된 제 2 펄스에너지 조절수단(10B)이 설치된다.

상기 제 1 펄스에너지 조절수단(10A)은 위상지연판인 반파장판(Half waveplate)(10A)을 레이져광의 광로상에 설치하여 구성한다.

그리고 상기 제 2 펄스에너지 조절수단(10B)은 소정의 간격을 두고 2개의 위상지연판(11B,13B)이 상기 제 1광분할수단(20)과 제 2광 분할수단(30)사이에 설치되고 상기 2개의 위상지연판(11B,13B)사이에는 레이져광의 수평성분만을 투과시키는 편광기(12B)가 설치되어 구성된다.

상기 지연시간 부가수단(40)은 상기 1광분할수단(20)에서 반사된 일부 레이져광을 반사하는 2개의 미러(41,42)다. 첫번째 미러는(41)는 상기 1광분할수단(20)에서 반사된 일부 레이져광을 두번째 미러(42)로 반사시키고 두번째 미러(12)는 상기 제 2광 분할수단(30)로 반사시킨다.

한편, 상기 지연시간 부가수단(40)에도 상기 1광분할수단(20)에서 반사된 일부 레이져광의 편광상태를 변화시켜 에너지를 조절하도록 형성된 제 3 펄스에너지 조절수단(10C)이 설치된다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 제 3 펄스에너지 조절수단(10C)은 소정의 간격을 두고 2개의 위상지연판(11C,13C)이 상기 지연시간 부가수단(40)의 두번째 미러(42)와 제2광 분할수단(30)사이에 설치되고 상기 2개의 위상지연판(11C,13C)사 이에는 레이져광의 수평성분만을 투과시키는 편광기(12C)가 설치되어 구성된다.

상기 제 1,2광 분할수단(20,30)는 일정한 수직수평성분을 갖는 레이져광을 일정한 수직수평성분비로 반사 및 투과시켜 레이져광을 분할하는 장치이다.

필요에 따라 레이져광의 일정한 수직수평성분비의 반사 및 투과율을 갖는 광 분할수단을 취사 선택하여 사용한다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 제 1,2광 분할수단(20,30)는 입사하는 레이져광에 45°받음각을 갖도록 설치된다.

이하, 빛의 특성과 위상지연판에 의한 편광상태변화에 따른 펄스에너지가 변화는 원리를 구체적으로 살펴본다.

도 3은, 빛의 전자기파가 진행하는 모습을 나타낸 그림이다.

도 4는, 빛의 위상지연에 따른 편광현상을 나타낸 그림이다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 빛은 서로 수직으로 진동하고 있는 전자기장으로 구성된 전자기파로 표현할 수 있다. 도 3의 (a)는 XY-평면에서 전기장이, XZ-평면에서 자기장이 X-방향으로 진행하는 것을 보여준다. 전기장은 X 방향으로 진동하고 있고 이 방향은 조절할 수 있다. 자기장은 항상 전기장, 진행방향과 수직하면서 전기장-자기장-진행 방향이 오른손 좌표계를 이루게 된다. 더구나 자기장의 크기도 전기장의 크기와 비례하므로 빛의 전기장의 상태가 결정되면 자기장은 하나로 결정된다. 이에따라 빛의 편광상태를 묘사할때 때에 자기장의 상태는 나타내지 않아도 무관하다.

도3의 (b)는 전기장 벡터파가 진행하고 있는 것을 보여준다.

일반적으로 백색광은 모든 가능한 각으로 진동하는 파들로 구성된다. 만일 빛이 특정한 한 평면 내에서 진동한다면 빛이 선형편광 되었다고 말한다.

도 4의 (a)에서 도시한 바와 같이, 하나는 XZ평면에 또 하나는 XY평면에 편광된 빛이 있을 때, 만일 두 파의 위상이 같다면 이 두 벡터의 합은 45°기울어진 선형편광된 빛이 될 것이다.

한편, 도 4의 (b)에서 도시한 바와 같이, 만일 두 파가 180°만큼 위상차이가 난다면 합성파는 반대방향으로 45°기울어진 파가 될 것이다.

도 4의 (C)에서 도시한 바와 같이, 만일 두 파가 90°위상차가 있다면 즉 하나의 파가 최대일 때 수직한 파는 최소가 된다면, 합성파는 원형편광이 될 것이다. 합성파의 전기장 벡터가 파가 진행할 때 원점을 주위로 회전을 한다.

위상차가 위의 경우를 제외한 대부분의 일반적인 경우에는 전기장 벡터의 자취가 타원형이기 때문에 타원편광이 된다.

위와 같은 원리를 이용하여 상기 위상지연판(10A)은 레이져의 전기장 성분의 위상지연을 통해 전기장 성분을 바꾸어 펄스의 에너지를 조절할 수 있다.

위와 같은 구성을 갖는 펄스에너지 조절이 가능한 2-펄스 광학장치의 일 실시예의 동작상태를 구체적으로 살펴보면, 우선 상기 레이져 발생수단(P)에서 발생한 레이져광은 조리개(A1,A2)를 거쳐 제 1펄스에너지 조절수단인 위상지연판(10A)에서 전기장 성분이 변경된다.

그리고 상기 위상지연판(10A)에서 전기장 성분이 변경된 레이져광은 상기 제 1 광분할수단(20)에 의하여 2분할된다. 분할된 레이져광의 에너지는 상기 제 1광분할수단(20)의 일정한 수직성분, 수평성분의 투과율과 반사율 특성에 의해 결정된다.

상기 제 1광분할수단(20)를 투과한 분할된 레이져광은 제 2 펄스에너지 조절수단인 2개의 위상지연판(11B,13B)과 편광기(12B)에서 에너지를 조절할 수 있다.

상기 제 2펄스에너지 조절수단에서 에너지가 변경된 레이져광은 상기 제 2광분할수단(30)에 입사한다.

상기 제 1 광분할수단(20)에서 반사된 레이져광은 상기 제 1 지연시간 부가수단(40)의 두개의 미러(41,42)들에 의해 상기 제 1 광분할수단(20)를 투과한 분할된 레이져광보다 지연되도록 광로를 달리하게 된다.

그리고 상기 제 1 광분할수단(20)를 반사한 분할된 레이져광은 제 3 펄스에너지 조절수단인 2개의 위상지연판(11C,13C)과 편광기(12C)에서 에너지가 조절되어 역시 상기 제 2 광분할수단(30)에 입사한다.

결국 상기 제 2 광분할수단(20)를 지난 후 조리개 A3방향과 빔블록(B) 방향으로 각각 2 개씩 총 4개의 분할된 레이져광이 지나가게 됨으로 양 방향 중 한 쪽 방향을 선택함으로써 원하는 에너지를 갖는 2-펄스 레이져광을 사용할 수 있다.

이하, 상기 광 분할 수단(200)에 의해 분할되는 레이져광중 첫 번째 펄스를 프리펄스(prepulse)라하고, 두 번째 펄스를 메인펄스(mainpulse)라 한다.

한편, 특정한 에너지를 갖는 2-펄스를 구성하기를 원한다면 이에 적절한 상기 제 1 광분할수단(20)와 제 2 광분할수단(30)를 선택하고 제 1 펄스에너지 조절수단인 판파장판(10A)을 제외한 제2,3펄스에너지 조절수단(10B,10C)을 생략하여 간단한 2-펄스를 발생시키는 다중 펄스 광학장치를 구성할 수 있다.

예를 들어, 레이져광의 수직성분 반사율이 100%인 특성을 갖는 제 1 광분할수단(20)와 제 2 광분할수단(30)를 설치했다면 제 1 광분할수단(20)로부터 반사되는 레이져광은 수직성분만 가지게 된다. 반면에 상기 제 1 광분할수단(30)를 투과한 레이져광은 수평성분만을 가지게 된다.

이에 상기 제 1광분할수단(20)로부터 반사되어 수직성분만 가지는 레이져광은 상기 제 2광분할수단(30)에서도 100% 반사되기 때문에 에너지 손실 없이 조리개 A3방향으로 지나간다.

그리고 상기 제 1광분할수단(20)로부터 투과되어 수평성분만 가지는 레이져광도 상기 제 2광분할수단(30)를 100%투과하므로 마찬가지로 에너지 손실 없이 조리개A3방향으로 지나간다.

따라서, 상기 제 1광분할수단(20)를 지나가기 전 단일 펄스의 에너지가 a인 레이져광은 반파장판(10A)을 통해 수직성분과 수편성분의 성분 크기를 바꿀 수 있으므로 전체 에너지 중에 수직성분을 x%, 수평성분을 y% 만들었다고 가정하면 메인펄스(mainpulse)에너지는 a×x/100, 프리펄스(prepulse)에너지는 a×y/100이 된다. 가령 a=100mJ이고 프리펄스(prepulse)에너지가 10mJ이고 메인펄스(mainpulse)에너지가 90mJ인 2-펄스를 구성하고 싶다면 상기 반파장판(110a)을 이용하여 x=90%, y=10%인 레이져광을 만들어주면 된다.

만약 추가적으로 상기 제2,3 펄스에너지 조절수단(10B,10C)를 추가설치 한다면 프리펄스(prepulse) 에너지는 0mJ에서10mJ까지, 메인펄스(mainpulse)에너지는 0mJ에서90mJ까지 에너지를 조절할 수 있다.

한편 위와 같은 구성을 갖는 펄스에너지 조절이 가능한 2-펄스 광학장치이외에 다른 실시예로서 4-펄스 광학장치를 구성할 수 있다.

도 5는, 본 발명에 따른 펄스에너지 조절이 가능한 4-펄스 광학장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 6은, 도 5에서 도시한 펄스에너지 조절이 가능한 4-펄스 광학장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 구성도이다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 펄스에너지 조절이 가능한 4-펄스 광학장치는

레이져 발생수단(P)과 상기 레이져 발생수단에서 조사된 레이져광의 광로상에 설치되고, 상기 레이져광의 편광상태를 변화시켜 에너지를 조절하도록 형성된 제 1 펄스에너지 조절수단(100A)과 상기 제 1 펄스에너지 조절수단(100A)을 통과한 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 1 광분할수단(200)과 상기 제 1 광분할수단(200)에서 반사된 일부 레이져광을 지연시키도록 형성된 제 1지연시간 부가수단(500)과 상기 제 1 지연시간 부가수단(500)에서 지연된 일부 레이져광 및 상기 제 1 광분할수단(200)에서 투과된 일부 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 2 광분할수단(300)과 상기 제 2 광분할수단(300)에서 반사된 일부 레이져광을 지연시키도록 형성된 제 2 지연시간 부가수단(600) 및 상기 제 2 지연시간 부가수단(600)에서 지연된 일부 레이져광 및 상기 제 2 광분할수단(300)에서 투과된 일부 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 또는 투과시키는 제 3 광분할수단(400)을 포함하여 구성된다.

도 6에서 도시한 바와 같이, 4-펄스 광학장치는 앞서 언급한 2펄스 광학장치에 제 3 광분할수단(400)및 제 2 지연시간 부가수단(600)이 추가로 설치된다.

상기 제 1,2,3 펄스에너지 조절수단(100A,100B,100C)은 도 2에서 도시한 2-펄스 광학장치의 제 1,2,3 펄스에너지 조절수단(10A,10B,10C)와 동일하다.

상기 제 4 펄스에너지 조절수단(100D)은 상기 제 2 광분할수단(300)과 제 3광 분할수단(400)사이에 설치된 위상지연판으로 구성된다.

상기 제 1지연시간 부가수단(500)은 도 2에서 도시한2-펄스 광학장치의 지연시간 부가수단(40)과 동일한 역할을 하고 4-펄스 광학장치에 추가되는 상기 제 2지연시간 부가수단(600)은 상기 2광분할수단(300)에서 반사된 일부 레이져광을 반사하는 3개의 미러(610,620,630)다. 첫번째,두번째 미러(610,620)는 상기 2광분할수단(300)에서 반사된 일부 레이져광을 세번째 미러(630)로 반사시키고 세번째 미러(630)는 상기 제 3광 분할수단(400)로 반사시킨다.

한편, 상기 제 2지연시간 부가수단(600)에도 상기 2광분할수단(300)에서 반사된 일부 레이져광의 편광상태를 변화시켜 에너지를 조절하도록 형성된 제 5 펄스에너지 조절수단(100E)이 설치된다.

상기 제 5 펄스에너지 조절수단(100E)은 상기 제 5 펄스에너지 조절수단(100E)의 세번째 미러(630)와 상기 제 3광 분할수단(400)사이에 설치된다.

상기와 같은 구성을 갖는 펄스에너지 조절이 가능한 4-펄스 광학장치는 도 2의 빔블록(beam block)(B) 방향으로 지나는 2개의 레이져광과 조리개 A3방향으로 지나가는 2 개의 레이져광을 이용하여 4개의 레이져광을 한 방향으로 지나가게 한다.

도 6에서 도시한 바와 같이, 4-펄스 광학장치는 상기 제 2광 분할수단(300)를 수직성분 반사율이 50±5%인 특성을 갖는 것으로 선택하여 설치한다. 이로써 상기 편광기 (120B,120C)에 의해 수평성분만 갖는 레이져광이 상기 제 2광 분할수단(300)를 투과하거나 반사되고 각각의 레이져광들은 에너지가 상기 제 2광 분할수단(300)를 지나기 전의 에너지의 반으로 갈라지게 되며 전기장 방향에도 변함이 없다. 즉, 도 6의 A방향으로 향하는 두 레이져광은 같은 방향의 전기장 방향을 가지거나 혹은 180도 위상차이를 갖게 만들 수 있다. 따라서 위상지연판(100D)를 이용하여 위상 지연을 시켜도 항상 같은 전기장 방향으로(혹은 180도 위상차로)변하게 된다.

마찬가지로 도 6의 B방향으로 향하는 두 레이져광도 같은 전기장 방향을 갖게 되므로 위상지연판(100E)를 통해서 두 레이져 광의 전기장 방향을 같거나 혹은 180도 위상차이가 나도록 만들 수 있다.

이에 상기 위상지연판(100D)을 통해 도 6의 A방향의 두 레이져광은 수직성분으로 변화시키고, 상기 위상지연판(100E)을 통해서는 도 6의 B방향으로 지나가는 두 레이져광을 수평성분으로 만든다. 그리고 상기 제 3광 분할수단(400)를 수직성분 반사율이95±5%인 특성을 갖는것으로 설치하면 각각의 4개의 레이져 광들이 상기 제 3광 분할수단(400)를 지나가기 전의 에너지와 비교하여 거의 에너지손실 없이 4개의 레이져 광을 만들 수 있다.

만약 상기 제 3광 분할수단(400)가 수평성분 반사율이95±5%인 특성을 갖는 것이라면 마찬가지로 상기 위상지연판(100D)을 통해 수평성분으로, 상기 위상지연판(100E)을 통해서는 수직성분으로 만들어주면 같은 효과를 나타낸다.

예를 들어 상기 제 1 광 분할수단(200)를 수직성분 반사율 100%인 광 분할수단으로 설치했다고 가정하면, 마찬가지로 상기 제 1 광 분할수단(200)로부터 반사된 레이져광은 수직성분만을 가지고, 반면에 투과된 레이져광은 수평성분만을 가지게 된다.

상기 제 1 광 분할수단(200)를 지나가기 전 단일 펄스의 에너지가 a인 레이져 광은 위상지연판(100A)를 통해 수평성분과 수직성분의 성분 크기를 바꿀 수 있으므로 전체 에너지 중에 수직성분을 x%, 수평성분을 y% 만들었다고 가정하면 상기 제 1 광 분할수단(200)로부터 반사되는 레이져 광의 에너지는 a×x/100이고, 상기 제 1 광 분할수단(200)로부터 투과되는 레이져 광의 에너지는a×y/100이 된다. 가령 a=100mJ이고 프리펄스(prepulse)에너지가 25mJ인 4-펄스를 만들고 싶다면 x=y=50%로 만들면 반사된 레이져 광의 에너지는 50mJ이고 투과된 레이져 광의 에너지는 50mJ이 된다. 도 6에서 도시한 C이 없다면 위의 언급했던 과정을 통해 각 펄스 에너지가 25mJ인 네 개의 펄스가 형성된다. 물론 상기 제 2,3펄스에너지 조절수단(100B,100C)을 설치한다면 각 펄스의 에너지를 25mJ이하로 조절할 수 있다. 여기서 첫 번째 프리펄스(prepulse), 두 번째 프리펄스(prepulse)의 에너지는 같은 크기로 조절되고, 첫 번째 메인펄스(mainpulse), 두 번째 메인펄스(mainpulse)에너지도 마찬가지로 같은 크기로 조절된다.

예를 들어 상기 제 1 광 분할수단(200)로부터 투과된 레이져 광을 상기 제 2펄스에너지 조절수단(100B)을 통해서 에너지를 60%로 줄여 30mJ로 만들고,

상기 제 1 광 분할수단(200)로부터 반사된 레이져 광을 상기 상기 제 3펄스에너지 조절수단(100C)를 통해서80%를 줄여 40mJ로 만들었다면 15mJ, 20mJ, 15mJ, 20mJ인 네 개의 레이져 광을 만들 수 있다.

이하, 위와 같은 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치에 의한 프리펄스(prepulse)와 메인펄스(mainpulse)간의 지연시간(delay time)의 조절에 대해서 살펴본다.

2-펄스 광학장치의 경우, 도2 및 도 6에서 도시한 제 1광 분할수단(20,200)와 지연시간 부가수단(40,500)의 첫번째 미러(41,510)간의 거리(a)를 조정하여 지연시간(delay time)을 조절 할 수 있다.

4-펄스 광학장치의 경우, 도 4에서 도시한 제 2지연시간 부가수단(600)의 첫 번째 미러(610)와 두번째 미러(620)사이간의 거리(b)도 추가하여 조정함으로써 지연시간(delay time)을 조절 할 수 있다.

도 7은, 도 1에서 도시한 일 실시예를 통해 2-펄스가 진행되는 모습을 나타낸 그림이다.

도 8은, 도 5에서 도시한 일 실시예를 통해 4-펄스가 진행되는 모습을 나타낸 그림이다.

도 7에서 도시한 바와 같이, 프리펄스(prepulse)와 메인펄스(mainpulse) 사 이의 상대적인 거리 차는 2a이다. 가령 a=45cm라면 빛의 속력을 고려하면3ns의 지연시간이 생긴다.

도 8에서 도시한 바와 같이, 4-펄스 광학장치는 각각의 펄스들의 거리차이가 a와 b에 의해 결정된다. 첫 번째 프리펄스(prepulse)가 조리개A4까지 움직인 거리를 0으로 가정하면 각 펄스들이 상대적으로 움직인 거리는 다음과 같이 된다.

첫 번째 프리펄스(prepulse) : 0, 첫 번째 메인펄스(mainpulse) :2a

두 번째 프리펄스(prepulse) : 2b 두 번째 메인펄스(mainpulse): 2a+2b

위와 같이 각 펄스들간의 경로차는 2a, 2b-2a, 2a가 된다.

도 9는, 도 5에서 도시한 4-펄스 광학장치의 일 실시예를 적용하여 각 펄스들의 간격을 측정한 그림이다.

도 9의 (a)는 하나의 펄스 모양을 측정한 결과이고, 도 9의(b)는 a=45cm, b=90cm로 펄스간의 간격이 3ns, 3ns, 3ns인 그림이고, 도 9의(c)는 a=45cm, b=120cm인 경우로 펄스간의 간격이 3ns, 5ns, 3ns인 그림이다.

도10은, 메인펄스(mainpulse)에너지가 60mJ일 때, 프리펄스(prepulse)에너지와 지연시간(Delay time)에 따른 변환효율을 나타낸 그림이다.

도 10에서 도시한 바와 같이, 지연시간이 3ns미만에서는 지연시간이 짧아질수 록 프리펄스(prepulse)에 상관없이 변환효율이 떨어짐을 알 수 있다.

그리고 지연시간이 3ns에서 6ns까지는 프리펄스(prepulse)에너지에 상관없이 변환효율이 거의 같은 결과를 얻어짐을 알 수 있다.

도 11은, 지연시간이 6ns일 때, 단일 펄스 입사시와 프리펄스(prepluse) 존 재시의 포토다이오드 전류값을 비교한 그림이다.

또한, 도 11은 지연시간(delay time)이 6ns에서 에너지가 60mJ인 단일 펄스를 입사시켰을 때 포토다이오드 전류값과 프리펄스(prepulse)에너지가 8mJ인 2-펄스를 도입했을 때 XUV-100TiC에 Al800nm/Ti600nm 필터를 장착한 포토다이오드 전류값을 비교한 그림이다. 도 11에서 도시한 바와 같이, 프리펄스(prepulse)가 있는 경우가 프리펄스(prepulse)가 없는 경우보다 포토다이오드 전류값이 11배 가량 증가하였음을 알수 있다.

도 12는, 지연시간이 6ns일때, 단일 펄스 입사시와 프리펄스(prepluse) 존재시 변환효율을 비교한 그림이다.

도 12는 60mJ인 단일 펄스 에너지를 입사한 경우와 다양한 프리펄스(prepluse)에너지가 존재할 때의 펄스에너지에 따른 물의 창 영역의 X선 에너지로 바뀌는 변환효율을 비교한 것이다.

여기서 x-축은 메인펄스(mainpulse)에너지이고, y-축은 변환효율(CE)을 나타낸다. 각각의 프리펄스(prepulse )에너지는 색깔과 모양으로 구별한다.

도 12에서 도시한 바와 같이, 2-펄스 광학장치를 이용한 실험결과 단일 펄스에너지 60mJ를 입사시킨 경우보다 프리펄스(prepulse) 에너지를 8mJ 입사시켰을 경우가 변환 효율(CE)이 10배 가량 향상된 것으로 나타난다.

이상에서 본 발명에 따른 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치 의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 기술 분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해 된다.

도 2는, 도 1에서 도시한 펄스에너지 조절이 가능한 2-펄스 광학장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 구성도이다.

도 3은, 빛의 전자기파가 진행하는 모습을 나타낸 그림이다.

도 4는, 빛의 위상지연에 따른 편광현상을 나타낸 그림이다.

도10은, 메인펄스(mainpulse)에너지가 60mJ일 때, 프리펄스(prepulse)에너지와 지연시간(Delaytime)에 따른 변환효율을 나타낸 그림이다.

도 11은, 지연시간이 6ns일 때, 단일 펄스 입사시와 프리펄스(prepluse) 존재시의 포토다이오드 전류값을 비교한 그림이다.

Claims

레이져 발생수단;

상기 레이져 발생수단에서 조사된 레이져광의 광로상에 설치되고, 상기 레이져광의 편광상태를 변화시키는 위상지연판;

상기 위상지연판을 통과한 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 1 광분할수단;

상기 제 1 광분할수단에서 반사된 일부 레이져광을 지연시키는 제 1 지연시간 부가수단;

상기 제 1 지연시간 부가수단을 경유한 일부 레이져광 및 상기 제 1 광분할수단을 투과한 일부 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 2 광분할수단;

상기 제 1 광분할수단과 제 2 광분할수단 사이에 위치하여 상기 제 1 광분할수단을 투과한 일부 레이져광의 에너지를 조절할 수 있도록 2개의 위상지연판 및 상기 2개의 위상지연판 사이에 설치된 편광기를 포함하는 제 2 펄스에너지 조절수단; 및

상기 제 1 지연시간 부가수단에 장착되어 상기 제 1 광분할수단에서 반사된 일부 레이져광의 에너지를 조절할 수 있도록 2개의 위상지연판 및 상기 2개의 위상지연판 사이에 설치된 편광기를 포함하는 제 3 펄스에너지 조절수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치.
제1항에 있어서,

상기 제 2 광분할수단에서 반사 및 투과된 일부 레이져광을 지연시키도록 형성된 제 2 지연시간 부가수단;

상기 제 2 지연시간 부가수단을 경유한 레이져광 및 상기 제 2 광분할수단에서 반사 및 투과된 일부 레이져광을 지정된 수직수평성분비로 반사 및 투과시키는 제 3 광분할수단;

상기 제 2 광분할수단과 제 3광 분할수단사이에 위치하여 상기 제 2 광분할수단에서 반사 및 투과된 일부 레이져광의 편광상태를 변화시키는 위상지연판; 및

상기 제 2 지연시간 부가수단에 장착되어 상기 제 2 지연시간 부가수단을 경유하는 레이져광의 편광상태를 변화시키는 위상지연판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스에너지 조절이 가능한 다중 펄스 광학장치.
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