KR102031795B1 - A carrier envelope phase measuring device of laser pulses and a method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법을 공개한다. 이 절대위상 측정 장치는 레이저 펄스의 절대위상을 조절하는 절대위상 변화부; 상기 레이저 펄스를 이용하여 이차조화파를 생성하는 이차조화파 생성부; 상기 레이저 펄스 및 상기 생성된 이차조화파를 인가받아 시간 지연을 조절하는 빔 시간 지연 조절부; 조절된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파를 인가받아 이온화 물질로 집속하는 집속부; 및 집속된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파에 의해 생성된 전자 및 이온으로부터 이온화량을 측정하는 이온화량 측정부;를 포함하고, 상기 시간 지연에 따라 변화하는 이온화량 변화 진폭을 절대위상 변화에 따라 산출하여 상기 레이저 펄스의 절대위상을 측정하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 레이저 펄스의 절대위상 값을 측정하기 위하여 별도의 복잡한 측정 장치들을 구비할 필요가 없어 원가를 절감할 수 있어 제품의 생산성이 향상된다. 또한, 레이저 펄스의 절대위상의 상대적인 변화가 아닌 절대위상의 정확한 값을 알 수 있어 측정 장치의 정확도를 높여 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.The present invention discloses an apparatus and method for measuring the absolute phase of a laser pulse. The absolute phase measuring device includes an absolute phase change unit for adjusting the absolute phase of the laser pulse; A second harmonic wave generation unit generating a second harmonic wave using the laser pulse; A beam time delay adjusting unit configured to adjust a time delay by receiving the laser pulse and the generated second harmonic wave; A focusing unit configured to receive the adjusted laser pulse and the secondary harmonic wave and focus the ionizing material; And an ionization amount measuring unit configured to measure an ionization amount from electrons and ions generated by the focused laser pulses and the second harmonic wave, wherein the amplitude of the ionization amount changes according to the time delay according to an absolute phase change. It calculates and measures the absolute phase of the laser pulse. According to the present invention, it is not necessary to provide a separate complicated measuring device to measure the absolute phase value of the laser pulse can reduce the cost and improve the productivity of the product. In addition, it is possible to know the exact value of the absolute phase, not the relative change of the absolute phase of the laser pulse, thereby increasing the accuracy of the measuring device to improve the reliability of the product.
Description
본 발명은 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 레이저 펄스의 절대 위상의 값을 별도의 복잡한 측정 장치들을 구비하지 않고 레이저 펄스와 이차조화파의 시간 지연에 따른 이온화량 변화 진폭을 레이저 펄스의 절대 위상 변화에 따라 산출하여 레이저 펄스의 절대위상을 산출할 수 있는 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for measuring the absolute phase of a laser pulse, in particular, the amplitude of the ionization variation according to the time delay of the laser pulse and the second harmonic wave without having to measure the absolute phase value of the laser pulse separately An apparatus and method for measuring absolute phase of a laser pulse capable of calculating the absolute phase of the laser pulse by calculating the absolute phase of the laser pulse.
최근 레이저 기술의 발전으로 극초단 레이저 펄스의 펄스 폭이 점차 짧아지고 있다. Recently, with the development of laser technology, the pulse width of ultrashort laser pulses is gradually getting shorter.
특히, 할로우 코어 파이버(Hollow core fiber) 등의 스펙트럼 확장 기술을 이용하면, 레이저 펄스 내에 수 주기의 전기장 진동만 존재하는 극초단 레이저 펄스를 발생시킬 수 있다. In particular, by using a spectrum extension technology such as hollow core fiber, it is possible to generate an ultra-short laser pulse in which only a few cycles of electric field vibration exist in the laser pulse.
펄스 폭이 수주기에 불과한 극초단 레이저 펄스는 펄스의 절대위상(CEP, Carrier Envelope Phase)에 따라 파형의 모양이 크게 달라진다. Ultra-short laser pulses with a pulse width of only a few cycles vary in the shape of the waveform depending on the absolute envelope phase (CEP).
특히, 극초단 레이저 펄스를 이용한 고차조화파발생(High order harmonic generation)과 같은 응용 분야에서는 절대위상에 따라 얻어지는 고차조화파의 스펙트럼 모양이 달라진다.In particular, in application fields such as high order harmonic generation using ultrashort laser pulses, the spectral shape of the high order harmonic wave obtained according to the absolute phase is changed.
따라서, 절대위상의 측정이 관련 분야의 중요한 문제로 대두되었다. Therefore, the measurement of absolute phase has emerged as an important problem in the relevant field.
레이저 펄스의 상대적인 절대위상을 측정하는 방법은 많이 알려져 있다.Many methods are known for measuring the relative absolute phase of a laser pulse.
예를 들어, f-2f 간섭계 등을 이용하는 광학적 방법을 이용해 상대적인 절대위상을 측정할 수 있다.For example, the relative absolute phase can be measured using an optical method using an f-2f interferometer.
이와 달리, 절대위상의 값을 측정하기 위한 방법으로는, 고차 조화파 펄스를 이용해 레이저 펄스의 모양을 직접 측정하는 방법, 레이저 펄스를 이용해 서로 반대 방향으로 생성되는 광전자 스펙트럼을 측정하는 방법, 레이저 펄스의 편광방향에 따라 생성되는 광전자 스펙트럼을 측정하는 방법, 금속에서 생성되는 광전자의 양을 측정하는 방법 또는 나노팁 등에서 생성되는 광전자 스펙트럼을 측정하는 방법 등이 있다.On the other hand, methods for measuring absolute phase values include a method of directly measuring the shape of a laser pulse using a higher harmonic pulse, a method of measuring optoelectronic spectra generated in opposite directions using a laser pulse, and a laser pulse. And a method for measuring the photoelectron spectrum generated according to the polarization direction of the method, a method for measuring the amount of photoelectrons generated in the metal, or a method for measuring the photoelectron spectrum generated in the nanotip.
그런데, 앞서 기술한 방법들은 모두 연 엑스선 측정장치 또는 광전자 측정장치 등의 복잡한 기기들을 필요로 한다는 한계가 있고, 특히 f-2f 간섭계 등을 이용해 광학적으로 측정하는 방법은 절대위상의 상대적인 변화를 알 수 있을 뿐, 절대위상의 값을 알 수는 없는 한계가 있다.However, the above-described methods all have limitations in that they require complex devices such as soft X-ray measuring devices or optoelectronic measuring devices. In particular, the method of optically measuring using an f-2f interferometer shows a relative change in absolute phase. There is a limit that the absolute phase value cannot be known.
따라서, 종래의 극초단 레이저 펄스의 절대위상의 상대값을 측정하는 방법의 한계를 보완하여 연 엑스선 측정장치 또는 광전자 측정장치 등의 복잡한 기기들을 구비하지 않고, 이온화에 의해 생성되는 전류를 직접 측정하는 간단한 장치를 이용해 절대위상의 값을 측정할 수 있는 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법의 필요성이 절실하였다.
Therefore, by supplementing the limitation of the conventional method of measuring the relative value of the absolute phase of the ultrashort laser pulse, it is possible to directly measure the current generated by ionization without having complicated devices such as a soft X-ray measuring device or an optoelectronic measuring device. There is an urgent need for an apparatus and method for measuring the absolute phase of a laser pulse capable of measuring the absolute phase using a simple device.
(특허문헌 1) US 2014-0023099 A
(Patent Document 1) US 2014-0023099 A
본 발명의 목적은 레이저 펄스의 절대위상 측정을 위해 별도의 복잡한 측정 장치들을 구비해야만 하는 종래 기술의 한계를 극복하여, 레이저 펄스와 이차조화파의 시간지연에 따라 측정한 이온화량 변화 진폭을 레이저 펄스의 절대위상 변화에 따라 산출하여 레이저 펄스의 절대위상을 산출할 수 있는 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치를 제공하는 것이다. The object of the present invention is to overcome the limitations of the prior art, which must be provided with separate complex measuring devices for the absolute phase measurement of the laser pulse, so that the amplitude of the ionization variation measured by the time delay of the laser pulse and the second harmonic wave It is to provide an absolute phase measurement apparatus of a laser pulse that can calculate the absolute phase of the laser pulse by calculating in accordance with the change of the absolute phase of.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for measuring the absolute phase of the laser pulse to achieve the above object.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 레이저 펄스의 절대위상 조절 장치를 제공하는데 있다. Still another object of the present invention is to provide an absolute phase control apparatus of a laser pulse for achieving the above object.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 레이저 펄스의 절대위상 조절 방법을 제공하는데 있다.
Another object of the present invention to provide an absolute phase control method of the laser pulse to achieve the above object.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem (s) mentioned above, and other object (s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치는 레이저 펄스의 절대위상을 조절하는 절대위상 변화부; 상기 레이저 펄스를 이용하여 이차조화파를 생성하는 이차조화파 생성부; 상기 레이저 펄스 및 상기 생성된 이차조화파를 인가받아 시간 지연을 조절하는 빔 시간 지연 조절부; 조절된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파를 인가받아 이온화 물질로 집속하는 집속부; 및 집속된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파에 의해 생성된 전자 및 이온으로부터 이온화량을 측정하는 이온화량 측정부;를 포함하고, 상기 시간 지연에 따라 변화하는 이온화량 변화 진폭을 절대위상 변화에 따라 산출하여 상기 레이저 펄스의 절대위상을 측정하는 것을 특징으로 한다.Absolute phase measuring device of the laser pulse of the present invention for achieving the above object is an absolute phase change unit for adjusting the absolute phase of the laser pulse; A second harmonic wave generation unit generating a second harmonic wave using the laser pulse; A beam time delay adjusting unit configured to adjust a time delay by receiving the laser pulse and the generated second harmonic wave; A focusing unit configured to receive the adjusted laser pulse and the secondary harmonic wave and focus the ionizing material; And an ionization amount measuring unit configured to measure an ionization amount from electrons and ions generated by the focused laser pulses and the second harmonic wave, wherein the amplitude of the ionization amount changes according to the time delay according to an absolute phase change. It calculates and measures the absolute phase of the laser pulse.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치의 상기 절대위상 변화부는 유리쐐기를 이용하여 상기 레이저 펄스의 절대위상을 조절하는 것을 특징으로 한다.The absolute phase change unit of the absolute phase measurement apparatus of the laser pulse of the present invention for achieving the above object is characterized in that for controlling the absolute phase of the laser pulse using a glass wedge.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치의 상기 이차조화파 생성부는 이차조화파 생성 결정을 이용하여 전기장 세기가 상기 레이저 펄스의 전기장 세기의 0.1 % 초과, 20 % 미만인 이차조화파를 생성하는 것을 특징으로 한다.The secondary harmonic wave generation unit of the absolute phase measurement apparatus of the laser pulse of the present invention for achieving the above object is a secondary harmonic intensity of more than 0.1%, less than 20% of the electric field intensity of the laser pulse using the second harmonic wave generation crystal To generate a wave.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치의 상기 빔 시간 지연 조절부는 평행 이동 스테이지에 빔 경로 조절 거울을 설치하고, 상기 빔 경로 조절 거울의 위치를 조절하여 광 경로의 길이를 바꾸어 상기 시간 지연을 조절하는 것을 특징으로 한다.The beam time delay adjusting unit of the absolute phase measurement apparatus of the laser pulse of the present invention for achieving the above object is provided by installing a beam path adjusting mirror in a parallel moving stage, and adjust the position of the beam path adjusting mirror to adjust the length of the optical path Change the time delay.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치의 상기 이온화량 측정부는 소정량의 전압이 인가되어 생성된 상기 전자 및 이온이 수집되는 전극; 집속된 상기 전자 및 이온을 인가받아 전기 신호의 형태로 상기 이온화량을 측정하는 이온화량 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The ionization amount measuring unit of the absolute phase measurement apparatus of the laser pulse of the present invention for achieving the above object is an electrode for collecting the electrons and ions generated by applying a predetermined amount of voltage; And an ionization amount calculation unit configured to receive the focused electrons and ions and measure the ionization amount in the form of an electrical signal.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법은 (a) 레이저 펄스를 인가받아 이차조화파를 생성하는 단계; (b) 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파를 이온화 물질에 집속하는 단계; (c) 이온화 물질로 집속하여 생성된 전자 및 이온으로부터 측정된 이온화량을 시간 지연의 변화에 따라 측정하여 이온화량 변화 진폭을 산출하는 단계; (d) 레이저 펄스의 절대 위상의 변화에 따라 상기 이온화량 변화 진폭을 측정하는 단계; 및 (e) 상기 절대 위상 변화에 따른 상기 이온화량 변화 진폭으로부터 레이저 펄스의 절대위상을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Absolute phase measurement method of the laser pulse of the present invention for achieving the above another object comprises the steps of (a) generating a second harmonic wave by applying a laser pulse; (b) focusing the laser pulse and the secondary harmonic wave on an ionizing material; (c) calculating an ionization amount change amplitude by measuring an ionization amount measured from electrons and ions generated by focusing with an ionization material according to a change in time delay; (d) measuring the ionization amount change amplitude according to a change in an absolute phase of a laser pulse; And (e) calculating an absolute phase of a laser pulse from the ionization amount change amplitude according to the absolute phase change.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법은 상기 (c)단계의 상기 시간 지연의 변화에 따른 상기 이온화량 변화 진폭은 상기 시간 지연에 따른 이온화량 변화의 최대값과 최소값의 차이로 산출되는 것을 특징으로 한다.Absolute phase measurement method of the laser pulse of the present invention for achieving the above another object is the ionization amount change amplitude according to the change of the time delay in step (c) is the maximum value and the minimum value of the ionization amount change according to the time delay It is characterized by being calculated by the difference of.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법의 상기 (e) 단계는 상기 레이저 펄스의 절대위상이 0인 경우 상기 이온화량 변화 진폭이 최대가 됨을 이용해 상기 레이저 펄스의 절대위상을 산출하는 것을 특징으로 한다.In the step (e) of the absolute phase measurement method of the laser pulse of the present invention for achieving the above another object, the absolute phase of the laser pulse using the maximum amplitude of the ionization amount change when the absolute phase of the laser pulse is 0 It is characterized by calculating.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 조절 장치는 레이저 펄스의 절대위상을 조절하는 절대위상 변화부; 상기 레이저 펄스를 이용하여 이차조화파를 생성하는 이차조화파 생성부; 생성된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파를 인가받아 시간 지연을 조절하는 빔 시간 지연 조절부; 조절된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파를 인가받아 이온화 물질로 집속하는 집속부; 및 집속된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파에 의해 생성된 전자 및 이온으로부터 이온화량을 측정하는 이온화량 측정부;를 포함하고, 상기 시간 지연의 변화에 따른 이온화량 변화 진폭을 절대위상 변화에 따라 산출하여 상기 레이저 펄스의 절대위상을 측정한 후에, 요구되는 절대위상으로 조절하는 것을 특징으로 한다.Absolute phase control device of the laser pulse of the present invention for achieving the another object of the absolute phase change unit for adjusting the absolute phase of the laser pulse; A second harmonic wave generation unit generating a second harmonic wave using the laser pulse; A beam time delay adjusting unit configured to adjust a time delay by receiving the generated laser pulse and the second harmonic wave; A focusing unit configured to receive the adjusted laser pulse and the secondary harmonic wave and focus the ionizing material; And an ionization amount measuring unit configured to measure an ionization amount from electrons and ions generated by the focused laser pulse and the second harmonic wave, wherein the amplitude of the ionization amount changes according to the change of the time delay according to the absolute phase change. After calculating and measuring the absolute phase of the laser pulse, it is characterized by adjusting to the required absolute phase.
상기 또 다른 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 조절 방법은 (a) 레이저 펄스를 인가받아 이차조화파를 생성하는 단계; (b) 상기 이차조화파 및 상기 레이저 펄스를 이온화 물질에 집속하는 단계; (c) 이온화 물질로 집속하여 생성된 전자 및 이온으로부터 측정된 이온화량을 시간 지연의 변화에 따라 측정하여 이온화량 변화 진폭을 산출하는 단계; (d) 상기 레이저 펄스의 절대 위상의 변화에 따라 상기 이온화량 변화 진폭을 측정하는 단계; 및 (e) 상기 절대 위상의 변화에 따른 상기 이온화량 변화 진폭으로부터 상기 레이저 펄스의 절대위상을 산출하는 단계;를 포함하고, 상기 산출된 레이저 펄스의 절대위상으로부터 요구되는 절대위상으로 조절하는 것을 특징으로 한다.
Absolute phase control method of a laser pulse of the present invention for achieving another object of the present invention comprises the steps of (a) generating a second harmonic wave by receiving a laser pulse; (b) focusing the second harmonic wave and the laser pulse on an ionizing material; (c) calculating an ionization amount change amplitude by measuring an ionization amount measured from electrons and ions generated by focusing with an ionization material according to a change in time delay; (d) measuring the ionization amount change amplitude according to the change in the absolute phase of the laser pulse; And (e) calculating an absolute phase of the laser pulse from the ionization amount change amplitude according to the change of the absolute phase, and adjusting the calculated absolute phase from the calculated absolute phase of the laser pulse. It is done.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the "details for carrying out the invention" and the accompanying "drawings".
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and / or features of the present invention and methods for achieving them will become apparent with reference to the various embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, each embodiment disclosed herein is only to complete the disclosure of the present invention, It should be understood that the present invention is provided to fully inform those skilled in the art to which the invention pertains, and the present invention is defined only by the scope of each claim of the claims.
본 발명에 의할 경우, 레이저 펄스의 절대위상 값을 측정하기 위하여 별도의 복잡한 측정 장치들을 구비할 필요가 없어 원가를 절감할 수 있어 제품의 생산성이 향상된다.According to the present invention, it is not necessary to provide a separate complicated measuring device to measure the absolute phase value of the laser pulse can reduce the cost and improve the productivity of the product.
또한, 레이저 펄스의 절대위상의 상대적인 변화가 아닌 절대위상의 정확한 값을 알 수 있어 측정 장치의 정확도를 높여 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
In addition, it is possible to know the exact value of the absolute phase, not the relative change of the absolute phase of the laser pulse, thereby increasing the accuracy of the measuring device to improve the reliability of the product.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 절대위상 측정 장치의 일 실시예의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시된 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법의 동작 중 단계(S150)에서 생성된 이온의 양을 측정하는 부분 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에서 사용되는 절대위상을 정의하기 위한 레이저 펄스 엔벨로프(a) 및 진동하는 전기장(b)의 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에서 사용되는 레이저 펄스와 이차조화파 사이의 시간 지연에 따라 이론적으로 계산한 이온화량 변화의 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에서 절대위상의 변화에 따른 이온화량 변화 진폭의 이론적인 계산 결과를 표시한 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에서 사용되는 레이저 펄스와 이차조화파 사이의 시간 지연에 따라 실험에서 획득한 이온화량 변화 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에서 사용되는 레이저 펄스와 이차조화파 사이의 시간 지연에 따라 실험값(a) 및 이론값(b)에서 획득한 이온화량 변화 진폭을 절대위상 변화에 따라 표시한 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 도 3에 도시된 레이저 펄스의 절대위상 측정방법의 동작 중 단계(S150)에서 전자 및 이온을 생성하는 다양한 실시예들의 구성도이다.1 is a block diagram of an absolute phase measurement apparatus of a laser pulse according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an embodiment of the absolute phase measurement apparatus shown in FIG.
3 is a flowchart illustrating the operation of the absolute phase measurement method of the laser pulse according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a partial operation of measuring the amount of ions generated in step S150 during the operation of the absolute phase measurement method of the laser pulse shown in FIG.
5 is a graph of a laser pulse envelope (a) and a vibrating electric field (b) for defining the absolute phase used in the apparatus and method for measuring the absolute phase of a laser pulse according to the invention.
6 is a graph of the theoretically calculated ionization change according to the time delay between the laser pulse and the second harmonic wave used in the absolute phase measurement apparatus and method of the laser pulse according to the present invention.
7 is a graph showing the theoretical calculation results of the amplitude of the ionization change according to the change of the absolute phase in the apparatus and method for measuring the absolute phase of the laser pulse according to the present invention.
8 is a graph of ionization variation obtained in an experiment according to the time delay between the laser pulse and the second harmonic wave used in the absolute phase measurement apparatus and method of the laser pulse according to the present invention.
9 is an absolute value of the ionization variation amplitude obtained from the experimental value (a) and the theoretical value (b) according to the time delay between the laser pulse and the second harmonic wave used in the absolute phase measurement apparatus and method of the laser pulse according to the present invention. This graph is displayed according to the phase change.
10 to 13 are configuration diagrams of various embodiments for generating electrons and ions at step S150 during the operation of the absolute phase measurement method of the laser pulse shown in FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, the terms or words used in the present specification should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and in order for the inventor of the present invention to explain his invention in the best way. Concepts of various terms may be properly defined and used, and furthermore, it is to be understood that these terms or words should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical spirit of the present invention.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.In other words, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting the teachings of the invention. It should be understood that the term is defined in consideration.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, in the present specification, the singular expressions may include the plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and similarly, the plural expressions may include the singular meanings. do.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.Throughout this specification, when a component is described as "comprising" another component, the component may further include any other component rather than excluding any other component unless otherwise stated. It can mean that you can.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, if a component is described as being "inside, or in connection with," another component, the component may be directly connected or installed in contact with another component, The components may be spaced apart from each other, and in the case of spaced apart from each other, there may be a third component or means for fixing or connecting the components to other components. It should be understood that the description of the components or means of 3 may be omitted.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, if a component is described as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no third component or means exists.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Similarly, other expressions describing the relationship between each component, such as "between" and "immediately between", or "neighboring to" and "directly neighboring to", have the same purpose. Should be interpreted as
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, in this specification, terms such as “one side”, “other side”, “one side”, “other side”, “first”, “second”, and the like, if used, refer to this one component for one component. Is used to clearly distinguish from other components, and it should be understood that such terms do not limit the meaning of the components.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, terms related to positions such as “up”, “down”, “left”, “right”, etc., when used herein, should be understood to indicate relative positions in the corresponding drawings with respect to the corresponding components, if used. Unless an absolute position is specified with respect to these positions, these position related terms should not be understood as referring to an absolute position.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.Moreover, in the specification of the present invention, the terms "… unit", "… unit", "module", "device" and the like, if used, means a unit capable of processing one or more functions or operations, which is hardware Or software, or a combination of hardware and software.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in the present specification, in designating the reference numerals for each component of each drawing, the same reference numerals refer to the same components so as to have the same reference numerals even though they are shown in different drawings, that is, the same reference numerals throughout the specification. The symbols indicate the same components.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the accompanying drawings, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention may be partially exaggerated or reduced or omitted in order to sufficiently convey the spirit of the present invention or for convenience of description. It may be described, so the proportion or scale may not be exact.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
In addition, in the following, in the following description of the present invention, detailed descriptions of configurations known to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, for example, known technologies including the prior art, may be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치(100) 및 절대위상 분석부(200)의 블록도이다. 절대위상 측정 장치(100)는 절대위상 변화부(110), 이차조화파 생성부(120), 빔 시간 지연 조절부(130), 집속부(140), 이온화량 측정부(150)를 구비한다.1 is a block diagram of an absolute
도 2는 도 1에 도시된 절대위상 측정 장치(100) 및 절대위상 분석부(200)의 일 실시예의 구성도이다. 절대위상 측정 장치(100)는 절대위상 변화부(110), 이차조화파 생성부(120), 빔 시간 지연 조절부(130), 집속부(140) 및 이온화량 측정부(150)를 구비한다.2 is a configuration diagram of an embodiment of the absolute
이때, 다른 실시예로서, 도 1에 도시된 절대위상 측정 장치를 통해 레이저 펄스의 절대위상을 측정한 후에, 요구되는 절대위상으로 조절하는 레이저 펄스의 절대위상 조절 장치로 구현할 수 있다.
At this time, as another embodiment, after measuring the absolute phase of the laser pulse through the absolute phase measurement device shown in Figure 1, it can be implemented by the absolute phase control device of the laser pulse to adjust to the required absolute phase.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating the operation of the absolute phase measurement method of the laser pulse according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3에 도시된 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법의 동작 중 단계(S150)에서 생성된 이온의 양을 측정하는 부분 동작을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a partial operation of measuring the amount of ions generated in step S150 during the operation of the absolute phase measurement method of the laser pulse shown in FIG.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법의 각 구성요소의 구조 및 기능을 설명하면 다음과 같다. Referring to Figures 1 to 4 will be described the structure and function of each component of the apparatus and method for measuring the absolute phase of the laser pulse according to an embodiment of the present invention.
절대위상 변화부(110)는 레이저 펄스의 절대위상을 
이차조화파 생성부(120)는 레이저 펄스를 인가받아 이차조화파를 생성한다(S120).The second harmonic
빔 시간 지연 조절부(130)는 레이저 펄스와 이차조화파 사이의 시간 지연을 조절한다(S130).The beam time
여기서, 빔 시간 지연 조절부(130)는 레이저 펄스와 이차조화파 사이의 상대적인 시간 지연을 조절하는 구성요소로서, 레이저 펄스의 시간 지연 또는 이차조화파의 시간 지연을 조절한다.Here, the beam time
집속부(140)는 시간 지연이 조절된 레이저 펄스 및 이차조화파를 인가받아 이온화 물질로 집속하여 이온화시켜 전자 및 이온을 생성한다(S140).The focusing
이온화량 측정부(150)는 생성된 전자 및 이온의 양을 측정하여 시간 지연 및 절대위상 변화에 따른 이온화량을 측정한다(S150).The ionization
즉, 전극(151)에 소정량의 전압이 인가되어 생성된 전자 및 이온이 수집된다(S151).That is, electrons and ions generated by applying a predetermined amount of voltage to the
이온화량 산출부(152)는 전극(151)으로부터 수집된 전자 및 이온을 인가받아 측정된 전기 신호로부터 이온화량을 산출한다(S152).The ionization
단계(S150)에서 측정된 이온화량 변화 진폭이 절대위상 변화 Π 이상으로 측정되었는지 여부가 판단되어(S160), 절대위상 변화 Π 이상으로 측정된 경우, 절대위상 분석부(200)는 이온화량 변화 진폭을 레이저 펄스의 절대위상 변화에 따라 산출하여 레이저 펄스의 절대위상을 계산한다(S200).It is determined whether the ionization amount change amplitude measured in step S150 is measured by the absolute phase change π or more (S160), and when it is measured by the absolute phase change π or more, the absolute
만일, 단계(S150)에서 측정된 이온화량 변화 진폭이 절대위상 변화 Π 미만으로 측정된 것으로 판단된 경우, 절대위상 변화부(110)가 레이저 펄스의 절대위상을 미소량 
이때, 다른 실시예로서, 도 3에 도시된 절대위상 측정 방법을 통해 레이저 펄스의 절대위상을 측정한 후에 요구되는 절대위상으로 조절하는 레이저 펄스의 절대위상 조절 방법으로 구현할 수 있다.
At this time, as another embodiment, the absolute phase measurement method shown in Figure 3 may be implemented by the absolute phase adjustment method of the laser pulse to adjust to the required absolute phase after measuring the absolute phase of the laser pulse.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에서 사용되는 절대위상을 정의하기 위한 레이저 펄스의 엔벨로프(a) 및 진동하는 전기장(b)의 그래프로서, X 축은 시간의 변화이고, Y 축은 전기장의 변화이다.5 is a graph of the envelope (a) and oscillating electric field (b) of a laser pulse for defining an absolute phase used in the apparatus and method for measuring the absolute phase of a laser pulse according to the present invention, wherein the X axis is a change in time, Y axis is the change of electric field.
이때, 전기장의 최대값과 엔벨로프의 최대값의 시간 차이를 레이저 펄스의 주기로 나누어 위상값의 형태로 절대 위상을 정의한다.At this time, the absolute phase in the form of a phase value is defined by dividing the time difference between the maximum value of the electric field and the maximum value of the envelope by the period of the laser pulse.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에서 사용되는 레이저 펄스와 이차조화파 사이의 시간 지연에 따른 이온화량 변화의 그래프로서, X 축은 시간 지연의 변화이고, Y 축은 정규화된 이온화량 변화 
도 7은 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에서 절대위상의 변화에 따른 이온화량 변화 진폭에 대한 그래프로서, X 축은 절대위상의 변화이고, Y 축은 도 2에서 정규화된 이온화량 변화 
도 8은 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법을 실험적으로 구현한 결과로서, 레이저펄스의 세기가 
X 축은 시간 지연이며, Y축은 정규화된 이온화량 변화 
도 9는 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법에서 절대위상의 변화에 따른 이온화량 변화 진폭을 측정한 실험결과 (a)이다. 9 is an experimental result (a) of measuring the amplitude of the ionization change according to the change of the absolute phase in the apparatus and method for measuring the absolute phase of the laser pulse according to the present invention.
X 축은 절대위상의 변화이고, Y 축은 도 8에서의 정규화된 이온화량 변화 진폭이며, (a) 곡선에서 점의 개수는 도 3에서 이온화량 변화 진폭 측정 동작이 반복된 회수이다.The X axis is the absolute phase change, the Y axis is the normalized ionization change amplitude in FIG. 8, and (a) the number of points in the curve is the number of times the ionization amount change amplitude measurement operation is repeated in FIG. 3.
실험적 측정결과를 이론값(b)와 마찬가지로, 절대위상이 0인 경우 진폭의 최대값이 나타나도록, 임의의 절대위상값 
도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법의 실시예들의 동작을 설명하면 다음과 같다. Referring to Figures 1 to 9 will be described the operation of the embodiments of the apparatus and method for measuring the absolute phase of the laser pulse according to the present invention.
일반적으로, 극초단 레이저 펄스 내에서 전기장은 불과 몇 주기만 진동하게 되는데, 레이저 펄스의 펄스 폭이 극히 짧기 때문에 매 반주기 마다 전기장의 세기가 크게 변화한다. In general, the electric field in the ultra-short laser pulse only vibrates a few cycles, because the pulse width of the laser pulse is extremely short, the electric field intensity changes significantly every half cycle.
도 5와 같이 레이저 펄스 엔벨로프(Envelope)의 최대값과 진동하는 전기장의 최대값과의 차이를 위상으로 표현한 값을 절대위상(CEP, Carrier Envelope Phase)이라 정의한다.As shown in FIG. 5, the value representing the difference between the maximum value of the laser pulse envelope and the maximum value of the oscillating electric field in phase is defined as an absolute phase (CEP, Carrier Envelope Phase).
일반적으로 강력한 레이저 장이 물질에 입사되면 이온화 현상이 일어나는데, 이온화량은 레이저 전기장의 세기에 따라 달라진다. In general, when a strong laser field enters a material, ionization occurs. The amount of ionization depends on the intensity of the laser electric field.
이온화를 일으키는 레이저 전기장에 아주 약한 이차조화파를 더하게 되면 생성되는 이온화량이 변화하게 된다.Adding a very weak secondary harmonic wave to an ionizing laser field changes the amount of ionization produced.
이 이온화량의 변화로부터 레이저 펄스의 절대위상을 측정할 수 있다. The absolute phase of the laser pulse can be measured from this change in ionization amount.
따라서, 절대위상을 측정하기 위해 절대위상을 측정하고자 하는 레이저 펄스를 이용해 생성한 이차조화파를 이용한다. Therefore, in order to measure the absolute phase, the second harmonic wave generated using the laser pulse to measure the absolute phase is used.
이를 위하여 도 1에서 보는 바와 같이, 절대위상 변화부(110)를 이용해 레이저 펄스의 절대위상을 임의값 
이때, 절대위상 변화부(110)는 절대위상 조절을 위해 두께조절이 가능한 유리쐐기(Glass Wedge) 등의 장치를 이용한다.At this time, the absolute
여기에서, 유리쐐기의 두께를 조절하면 레이저 펄스의 군 속도(Group velocity)와 위상속도(Phase velocity)의 차이 때문에 절대위상을 조절할 수 있다. Here, by adjusting the thickness of the glass wedge, it is possible to adjust the absolute phase because of the difference between the group velocity and the phase velocity of the laser pulse.
본 실시예에서는 편의상 유리쐐기를 이용하였으나, 절대위상을 바꿀 수 있는 어떤 장치라도 절대위상 변화부(110)로 사용될 수 있다.In this embodiment, a glass wedge is used for convenience, but any device capable of changing the absolute phase may be used as the absolute
이차조화파 생성부(120)는 레이저 펄스를 인가받아 레이저 펄스의 파장에 맞도록 준비된 2차 조화파 펄스 생성 결정을 이용하여 이차조화파를 생성한다. The secondary harmonic
이때, 이차조화파 생성 결정은 BBO(Barium boron oxide), KDP(potassium dihydrogen phosphate) 등의 비선형 결정을 이용하며, 이온화 매질에서 이차조화파의 편광 방향이 레이저 펄스와 같게 되도록 한다.At this time, the second harmonic wave generation crystal uses non-linear crystals such as barium boron oxide (BBO), potassium dihydrogen phosphate (KDP), and the polarization direction of the second harmonic wave in the ionization medium becomes the same as the laser pulse.
이차조화파는 이온화 현상에 약한 섭동을 주는 역할로서 이차조화파의 전기장 세기는 이온화량 변화를 충분히 관측할 수 있을 정도인 레이저 펄스의 전기장 세기 대비 0.1% 초과의 세기로 선택하되, 이온화량 변화 계산의 1차 근사가 유효하도록 대략 20% 미만이 되도록 생성한다.The second harmonic wave has a weak perturbation to the ionization phenomenon. The electric field strength of the second harmonic wave is selected to be greater than 0.1% of the electric field strength of the laser pulse, which is sufficient to observe the change in ionization amount. The first approximation is generated to be less than approximately 20% to be valid.
빔 시간 지연 조절부(130)는 이차조화파 생성부(120)로부터 레이저 펄스를 인가받아 이차조화파와의 상대적인 시간 지연을 조절한다. The beam time
이때, 시간 지연 조절은 평행 이동 스테이지(Translational Stage) 등에 빔 경로 조절 거울을 설치하여 빔 경로 조절 거울의 위치를 조절하여 광 경로의 상대적인 길이를 바꾸어 레이저 펄스와 이차조화파 사이의 시간 지연을 조절한다.In this case, the time delay adjustment is provided by installing a beam path adjusting mirror in a parallel stage, thereby adjusting the position of the beam path adjusting mirror to change the relative length of the optical path to adjust the time delay between the laser pulse and the second harmonic wave. .
집속부(140)는 이온화를 일으킬 수 있는 매질에 레이저 펄스 및 이차조화파를 동시에 집속시키는 장치로서, 거울 또는 렌즈 등의 빔 집속 장치를 이용한다. The focusing
집속부(140)에서 집속된 두 펄스는 이온화를 일으키는 물질로 집속되고, 이온화 물질이 집속된 광파와 반응하면 이온화되어 전자 및 이온을 생성한다.The two pulses focused at the focusing
이온화량 측정부(150)가 이온화 물질에서 생성된 이온화량을 시간 지연 및 절대위상 변화에 따라 측정한다.The ionization
즉, 물질의 이온화율(단위 시간당 이온화 될 확률)을 w(t)라 하면, 레이저 펄스 E1(t)와 시간지연된 이차조화파 E2(t-τ)에 위해 생성된 이온화량은 다음 수학식과 같이 표현할 수 있다.
That is, if the ionization rate of the material (the probability of ionization per unit time) is w (t), the ionization amount generated for the laser pulse E 1 (t) and the time-delayed secondary harmonic wave E 2 (t-τ) is It can be expressed as an expression.
여기에서, E1(t)는 측정하고자 하는 레이저 펄스의 전기장 세기이고, E2(t-τ)는 시간(τ)만큼 지연된 이차조화파의 전기장 세기이다.Here, E 1 (t) is the electric field strength of the laser pulse to be measured, E 2 (t-τ) is the electric field strength of the secondary harmonic wave delayed by time (τ).
이때, 생성된 총 이온화량은 두 펄스 사이의 지연 시간(τ)에 따라 도 6과 같이 변화한다. At this time, the generated total ionization amount is changed as shown in FIG. 6 according to the delay time τ between two pulses.
여기에서, 레이저 펄스와 이차조화파가 함께 입사되어 생성된 이온화량 N(τ)는 레이저 펄스만으로 생성된 이온화량 N0과 이온화량 변화 
즉, N(τ) = N0 + 
That is, N (τ) = N 0 +
이온화율 w(t)는 빛의 세기와 원자의 종류에 따라 결정되는데, 이온화율의 이론적 모델로서 ADK(Ammosov, Delone, Krainov) 이온화 모델 등을 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 이해의 편의를 위해 이온화율이 다음 수학식과 같이 빛의 세기의 n 제곱에 비례하는 것으로 가정하였다.
The ionization rate w (t) is determined according to the intensity of light and the type of the atom. As the theoretical model of the ionization rate, an ADK (Ammosov, Delone, Krainov) ionization model or the like can be used. It is assumed that the rate is proportional to n squared of the light intensity as shown in the following equation.
여기에서, I(t)는 레이저 펄스와 이차조화파 펄스를 합친 빛의 세기이고, n은 이온화 현상의 비선형성을 나타내는 계수이다.
Here, I (t) is the intensity of light in which the laser pulse and the second harmonic wave pulse are combined, and n is a coefficient representing the nonlinearity of the ionization phenomenon.
계수 n은 원자의 종류 및 빛의 세기에 따라 달라질 수 있다. The coefficient n may vary depending on the type of atom and the light intensity.
본 실시예에서는 n=6을 이용하여 계산한 결과, 도 6에서 보는 바와 같이, 계산된 정규화된 이온화량 변화 
도 6에서 보는 바와 같이, 정규화된 이온화량 변화 진폭은 이온화량 변화의 최대값과 최소값의 차이로 구하거나, 이온화량 변화를 삼각함수 형태의 함수로 피팅하여 구하거나, 이온화량 변화의 푸리에 변환을 적용해 구할 수 있다. As shown in FIG. 6, the normalized ionization change amplitude is obtained as the difference between the maximum value and the minimum value of the ionization change, the ionization change is obtained by fitting a trigonometric function, or the Fourier transform of the ionization change. You can get it by applying.
이온화량 변화 진폭을 절대위상의 변화에 따라 계산하면, 도 7과 같이 절대위상이 0인 경우 최대 진폭이 나타나므로, 절대위상을 임의의 값 
여기에서, 미소량 
Here, micro amount
도 8 및 도 9는 본 발명을 실험으로 구현한 결과로서, 티타늅 사파이어 레이저를 이용해 중심파장이 730 nm, 펄스폭이 5 fs인 레이저 펄스를 사용하였고, 이온화 매질로는 도 10과 같이 5 mbar 압력의 아르곤 가스를 이용하였다. 8 and 9 show the results of the experimental implementation of the present invention, using a laser pulse having a center wavelength of 730 nm and a pulse width of 5 fs using a titanium sapphire laser. The ionization medium is 5 mbar as shown in FIG. 10. Pressure argon gas was used.
도 8에서 보는 바와 같이, 절대위상 변화에 따라 정규화된 이온화량 변화 
도 8에서는 처음 다섯 개의 절대 위상 변화에 대한 정규화된 이온화량 변화를 표시하였으나, 실제로는 도 9와 같이 충분히 긴 절대위상 변화에 따른 변화 진폭을 측정한다. In FIG. 8, normalized ionization changes for the first five absolute phase changes are shown, but in practice, change amplitudes according to sufficiently long absolute phase changes are measured as shown in FIG. 9.
도 9에서는 실험에서 얻어진 진폭을 절대위상 변화에 따라 표시함으로써, 실험에서 얻어진 변화 진폭을 이론적으로 얻어진 값과 비교하여 레이저 펄스의 절대위상을 알 수 있음을 보였다.In Fig. 9, the amplitude obtained in the experiment is displayed according to the absolute phase change, and it is shown that the absolute phase of the laser pulse can be known by comparing the change amplitude obtained in the experiment with the theoretically obtained value.
한편, 이온화량 측정부(150)가 이온화량을 측정하는 수단으로는 도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이 여러 가지 장치가 사용될 수 있다. Meanwhile, various devices may be used as the means for measuring the ionization amount by the ionization
도 10 내지 도 13은 도 3에 도시된 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법의 동작 중 단계(S150)에서 전자 및 이온을 생성하는 다양한 실시예들의 구성도로서, 전극(151), 이온화량 산출부(152), 가스 (181), 가스젯 장치(182), 날카로운 금속 물질(183) 및 나노 구조물(184)을 포함한다. 10 to 13 are configuration diagrams of various embodiments for generating electrons and ions in operation S150 of the absolute phase measurement method of the laser pulse shown in FIG. 3, wherein the
즉, 도 10에서와 같이 가스(181) 등을 빔 결합부(152)에서 결합된 레이저 펄스와 이차조화파를 집속부(140)를 이용해 반응시키면 가스가 이온화되어 전자 및 이온을 생성한다.That is, as shown in FIG. 10, when the
전극(151)은 금속재질의 물질로서 소정량의 전압을 가하면 상기 생성된 전자 및 이온이 수집되고, 이온화량 산출부(152)는 전극(151)으로부터 수집된 전자 및 이온을 인가받아 전기 신호의 형태로 이온화량을 측정한다.The
또한, 도 11에서와 같이 가스젯 장치(182)가 가스를 분출하면 분출된 가스를 빔 결합부(152)에서 결합된 레이저 펄스와 이차조화파를 집속부(140)를 이용해 반응시키면 가스가 이온화되어 전자 및 이온을 생성한다.In addition, as shown in FIG. 11, when the
그 후에 전극(151) 및 이온화량 산출부(152)에서의 동작은 도 10과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.After that, the operation of the
또한, 도 12에서와 같이 날카로운 금속 물질(183)을 빔 결합부(152)에서 결합된 레이저 펄스와 이차조화파를 집속부(140)를 이용해 반응시키면 이온화되어 전자 및 이온을 생성한다.In addition, as shown in FIG. 12, when the
그 후에 전극(151) 및 이온화량 산출부(152)에서의 동작은 도 10과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.After that, the operation of the
특히, 금속물질(183)을 이온화 물질로 이용하는 경우에는 따로 전극(151)을 구비할 필요 없이 금속물질(183)에서 생성되는 전류를 직접 측정할 수도 있다. In particular, when the
또한, 도 13에서와 같이 나노 구조물(184)을 빔 결합부(152)에서 결합된 레이저 펄스와 이차조화파를 집속부(140)를 이용해 반응시키면 이온화되어 전자 및 이온을 생성한다.In addition, as shown in FIG. 13, when the
그 후에 전극(151) 및 이온화량 산출부(152)에서의 동작은 도 10과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.After that, the operation of the
특히, 나노 구조물(184)의 경우에는 전극(151)을 나노 구조물(184)의 형태로 제작할 수도 있다. In particular, in the case of the
이외에도 이온화 현상은 아주 보편적으로 일어나는 현상이므로 이외에도 다른 많은 형태의 이온화 물질의 사용이 가능하다. In addition, since ionization is a very common phenomenon, many other types of ionization materials may be used.
이와 같이, 본 발명의 레이저 펄스의 절대위상 측정 장치 및 방법은 극초단 레이저 펄스의 절대위상의 상대값 만을 측정할 수 있는 종래 기술의 한계를 극복하여 별도의 복잡한 측정 장치들을 구비하지 않고, 레이저 펄스와 이차조화파를 이용해 측정한 이온화량 변화 진폭을 산출하여 레이저 펄스의 절대위상의 값을 산출할 수 있다.As described above, the apparatus and method for measuring the absolute phase of the laser pulse of the present invention overcomes the limitations of the prior art capable of measuring only the relative value of the absolute phase of the ultrashort laser pulse, and does not include separate complicated measurement devices, and the laser pulse. The absolute phase of the laser pulse can be calculated by calculating the amplitude of the ionization variation measured using the second harmonic wave.
이를 통하여, 레이저 펄스의 절대위상 값을 측정하기 위하여 별도의 복잡한 측정 장치들을 구비할 필요가 없어 원가를 절감할 수 있어 제품의 생산성이 향상된다.In this way, it is not necessary to have a separate complex measuring device to measure the absolute phase value of the laser pulse can reduce the cost and improve the productivity of the product.
또한, 레이저 펄스의 절대위상의 상대적인 변화가 아닌 절대위상의 정확한 값을 알 수 있어 측정 장치의 정확도를 높여 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
In addition, it is possible to know the exact value of the absolute phase, not the relative change of the absolute phase of the laser pulse, thereby increasing the accuracy of the measuring device to improve the reliability of the product.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.While various embodiments of the present invention have been described with reference to some examples, the descriptions of the various embodiments described in the "Specific Embodiments of the Invention" section are merely illustrative, and the present invention has been described. Those skilled in the art will understand from the above description that the present invention can be variously modified or implemented in accordance with the present invention.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
In addition, the present invention is not limited by the above description because it can be implemented in a variety of other forms, the above description is intended to complete the disclosure of the present invention is usually in the technical field to which the present invention belongs It should be understood that the present invention is provided only to fully convey the scope of the present invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the claims of the claims.
100: 절대위상 측정 장치
110: 절대위상 변화부
120: 이차조화파 생성부
130: 빔 시간 지연 조절부
140: 집속부
150: 이온화량 측정부
200: 절대위상 분석부 100: absolute phase measurement device
110: absolute phase change part
120: secondary harmonic wave generation unit
130: beam time delay adjusting unit
140: focusing unit
150: ionization amount measuring unit
200: absolute phase analysis unit
Claims (10)
상기 레이저 펄스를 이용하여 이차조화파를 생성하는 이차조화파 생성부;
상기 레이저 펄스 및 상기 생성된 이차조화파를 인가받아 시간 지연을 조절하는 빔 시간 지연 조절부;
조절된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파를 인가받아 이온화 물질로 집속하는 집속부; 및
집속된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파에 의해 생성된 전자 및 이온으로부터 이온화량을 측정하는 이온화량 측정부;
를 포함하고,
상기 시간 지연에 따라 변화하는 이온화량 변화 진폭을 절대위상 변화에 따라 산출하여 상기 레이저 펄스의 절대위상을 측정하고,
상기 시간 지연의 변화에 따른 상기 이온화량 변화 진폭은
상기 시간 지연에 따른 이온화량 변화의 최대값과 최소값의 차이로 산출되거나, 상기 이온화량 변화가 삼각함수 형태의 함수로 피팅되어 구하거나, 상기 이온화량 변화의 푸리에 변환이 적용되어 산출되는 것을 특징으로 하는,
레이저 펄스의 절대위상 측정 장치.
Absolute phase change unit for adjusting the absolute phase of the laser pulse;
A second harmonic wave generation unit generating a second harmonic wave using the laser pulse;
A beam time delay adjusting unit configured to adjust a time delay by receiving the laser pulse and the generated second harmonic wave;
A focusing unit configured to receive the adjusted laser pulse and the secondary harmonic wave and focus the ionizing material; And
An ionization amount measuring unit configured to measure an ionization amount from electrons and ions generated by the focused laser pulse and the second harmonic wave;
Including,
The absolute phase of the laser pulse is measured by calculating the amplitude of the ionization amount change according to the time delay according to the absolute phase change,
The amplitude of change in ionization amount according to the change in time delay is
It is calculated as the difference between the maximum value and the minimum value of the ionization amount change according to the time delay, the ionization amount change is obtained by fitting as a function of trigonometric form, or the Fourier transform of the ionization amount change is calculated doing,
Absolute phase measurement device for laser pulses.
상기 절대위상 변화부는
유리쐐기를 이용하여 상기 레이저 펄스의 절대위상을 조절하는 것을 특징으로 하는,
레이저 펄스의 절대위상 측정 장치.
The method of claim 1,
The absolute phase change unit
Characterized in that for controlling the absolute phase of the laser pulse using a glass wedge,
Absolute phase measurement device for laser pulses.
상기 이차조화파 생성부는
이차조화파 생성 결정을 이용하여 전기장 세기가 상기 레이저 펄스의 전기장 세기의 0.1 % 초과, 20 % 미만인 이차조화파를 생성하는 것을 특징으로 하는,
레이저 펄스의 절대위상 측정 장치.
The method of claim 1,
The second harmonic wave generation unit
Characterized in that for generating the second harmonic wave using the second harmonic wave generation crystal, the electric field intensity is greater than 0.1% and less than 20% of the electric field intensity of the laser pulse.
Absolute phase measurement device for laser pulses.
상기 빔 시간 지연 조절부는
평행 이동 스테이지에 빔 경로 조절 거울을 설치하고, 상기 빔 경로 조절 거울의 위치를 조절하여 광 경로의 길이를 바꾸어 상기 시간 지연을 조절하는 것을 특징으로 하는,
레이저 펄스의 절대위상 측정 장치.
The method of claim 1,
The beam time delay adjusting unit
The beam path adjusting mirror is installed in the parallel moving stage, and the length of the optical path is changed by adjusting the position of the beam path adjusting mirror to adjust the time delay.
Absolute phase measurement device for laser pulses.
상기 이온화량 측정부는
소정량의 전압이 인가되어 생성된 상기 전자 및 이온이 수집되는 전극;
집속된 상기 전자 및 이온을 인가받아 전기 신호의 형태로 상기 이온화량을 측정하는 이온화량 산출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
레이저 펄스의 절대위상 측정 장치.
The method of claim 1,
The ionization amount measuring unit
An electrode for collecting the electrons and ions generated by applying a predetermined amount of voltage;
An ionization amount calculator configured to receive the focused electrons and ions and measure the ionization amount in the form of an electrical signal;
Characterized in that it comprises a,
Absolute phase measurement device for laser pulses.
(b) 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파를 이온화 물질에 집속하는 단계;
(c) 이온화 물질로 집속하여 생성된 전자 및 이온으로부터 측정된 이온화량을 시간 지연의 변화에 따라 측정하여 이온화량 변화 진폭을 산출하는 단계;
(d) 상기 레이저 펄스의 절대 위상의 변화에 따라 상기 이온화량 변화 진폭을 측정하는 단계; 및
(e) 상기 절대 위상의 변화에 따른 상기 이온화량 변화 진폭으로부터 레이저 펄스의 절대위상을 산출하는 단계;
를 포함하고,
상기 시간 지연의 변화에 따른 상기 이온화량 변화 진폭은
상기 시간 지연에 따른 이온화량 변화의 최대값과 최소값의 차이로 산출되거나, 상기 이온화량 변화가 삼각함수 형태의 함수로 피팅되어 구하거나, 상기 이온화량 변화의 푸리에 변환이 적용되어 산출되는 것을 특징으로 하는 레이저 펄스의 절대위상 측정 방법.
(a) receiving a laser pulse to generate a second harmonic wave;
(b) focusing the laser pulse and the secondary harmonic wave on an ionizing material;
(c) calculating an ionization amount change amplitude by measuring an ionization amount measured from electrons and ions generated by focusing with an ionization material according to a change in time delay;
(d) measuring the ionization amount change amplitude according to the change in the absolute phase of the laser pulse; And
(e) calculating an absolute phase of a laser pulse from the ionization amount change amplitude according to the change of the absolute phase;
Including,
The amplitude of change in ionization amount according to the change in time delay is
It is calculated as the difference between the maximum value and the minimum value of the ionization amount change according to the time delay, the ionization amount change is obtained by fitting as a function of a trigonometric form, or the Fourier transform of the ionization amount change is calculated Absolute phase measurement method of the laser pulse.
상기 (e) 단계는
상기 레이저 펄스의 절대위상이 0인 경우 상기 이온화량 변화 진폭이 최대가 됨을 이용해 상기 레이저 펄스의 절대위상을 산출하는 것을 특징으로 하는,
레이저 펄스의 절대위상 측정 방법.
The method of claim 6,
Step (e) is
When the absolute phase of the laser pulse is 0, characterized in that for calculating the absolute phase of the laser pulse by using the maximum change amplitude of the ionization amount,
Absolute phase measurement of laser pulses.
상기 레이저 펄스를 이용하여 이차조화파를 생성하는 이차조화파 생성부;
생성된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파를 인가받아 시간 지연을 조절하는 빔 시간 지연 조절부;
조절된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파를 인가받아 이온화 물질로 집속하는 집속부; 및
집속된 상기 레이저 펄스 및 상기 이차조화파에 의해 생성된 전자 및 이온으로부터 이온화량을 측정하는 이온화량 측정부;
를 포함하고,
상기 시간 지연에 따라 변화하는 이온화량 변화 진폭을 절대위상 변화에 따라 산출하여 상기 레이저 펄스의 절대위상을 측정한 후에, 요구되는 절대위상으로 조절하고,
상기 시간 지연의 변화에 따른 상기 이온화량 변화 진폭은
상기 시간 지연에 따른 이온화량 변화의 최대값과 최소값의 차이로 산출되거나, 상기 이온화량 변화가 삼각함수 형태의 함수로 피팅되어 구하거나, 상기 이온화량 변화의 푸리에 변환이 적용되어 산출되는 것을 특징으로 하는,
레이저 펄스의 절대위상 조절 장치.
Absolute phase change unit for adjusting the absolute phase of the laser pulse;
A second harmonic wave generation unit generating a second harmonic wave using the laser pulse;
A beam time delay adjusting unit configured to adjust a time delay by receiving the generated laser pulse and the second harmonic wave;
A focusing unit configured to receive the adjusted laser pulse and the secondary harmonic wave and focus the ionizing material; And
An ionization amount measuring unit configured to measure an ionization amount from electrons and ions generated by the focused laser pulse and the second harmonic wave;
Including,
After calculating the amplitude of the ionization amount change according to the time delay according to the absolute phase change, the absolute phase of the laser pulse is measured, and then adjusted to the required absolute phase,
The amplitude of change in ionization amount according to the change in time delay is
It is calculated as the difference between the maximum value and the minimum value of the ionization amount change according to the time delay, the ionization amount change is obtained by fitting as a function of trigonometric form, or the Fourier transform of the ionization amount change is calculated doing,
Absolute phase control device for laser pulses.
(b) 상기 이차조화파 및 상기 레이저 펄스를 이온화 물질에 집속하는 단계;
(c) 이온화 물질로 집속하여 생성된 전자 및 이온으로부터 측정된 이온화량을 시간 지연의 변화에 따라 측정하여 이온화량 변화 진폭을 산출하는 단계;
(d) 상기 레이저 펄스의 절대 위상의 변화에 따라 상기 이온화량 변화 진폭을 측정하는 단계; 및
(e) 상기 절대 위상의 변화에 따른 상기 이온화량 변화 진폭으로부터 상기 레이저 펄스의 절대위상을 산출하는 단계;
를 포함하고,
상기 시간 지연의 변화에 따른 상기 이온화량 변화 진폭은
상기 시간 지연에 따른 이온화량 변화의 최대값과 최소값의 차이로 산출되거나, 상기 이온화량 변화가 삼각함수 형태의 함수로 피팅되어 구하거나, 상기 이온화량 변화의 푸리에 변환이 적용되어 산출되며,
상기 산출된 레이저 펄스의 절대위상으로부터 요구되는 절대위상으로 조절하는 것을 특징으로 하는,
레이저 펄스의 절대위상 조절 방법.
(a) receiving a laser pulse to generate a second harmonic wave;
(b) focusing the second harmonic wave and the laser pulse on an ionizing material;
(c) calculating an ionization amount change amplitude by measuring an ionization amount measured from electrons and ions generated by focusing with an ionization material according to a change in time delay;
(d) measuring the ionization amount change amplitude according to the change in the absolute phase of the laser pulse; And
(e) calculating an absolute phase of the laser pulse from the ionization amount change amplitude according to the change of the absolute phase;
Including,
The amplitude of change in ionization amount according to the change in time delay is
Calculated as the difference between the maximum value and the minimum value of the ionization amount change according to the time delay, the ionization amount change is obtained by fitting a function of a trigonometric form, or the Fourier transform of the ionization amount change is calculated,
Characterized in that the absolute phase of the calculated laser pulse is adjusted to the required absolute phase,
Absolute phase control method of laser pulses.
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