KR20220133979A - 레이저 펌핑 플라즈마 광원 및 플라즈마 점화 방법 - Google Patents

Abstract

광원은 CW 레이저의 집속된 빔에 의해 유지되는 방사 플라즈마 영역을 갖는 가스 충진 챔버를 포함한다. 플라즈마 점화 수단은 챔버 내에 집속된 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 생성하는 펄스 레이저 시스템이다. 제1 레이저 빔은 광학 브레이크다운을 제공하고, 그 후에 제2 레이저 빔이 플라즈마를 점화하며, 이의 부피 및 밀도는 제2 레이저 펄스가 종료된 후의 CW 레이저에 의한 고정 플라즈마 유지를 위해 충분하다. 바람직하게, 제1 레이저 빔은 Q-스위칭 모드로 생성되고 제2 레이저 빔은 자유 실행 모드에서 생성된다. 기술적 결과는 플라즈마 점화의 높은 신뢰성을 보장하고, 이를 기반으로 높은 공간 및 전력 안정성을 갖는 무전극 고휘도 광대역 광원을 생성하고, 9 sr보다 큰 공간 각도의 고대역 플라즈마 방사를 수집하는 능력을 제공하는 데 있다.

Description

레이저 펌핑 플라즈마 광원 및 플라즈마 점화 방법

본 발명은 자외선(UV), 가시광선 및 근적외선(NIR) 스펙트럼 대역에서 고휘도 광을 생성하는 무전극 레이저 펌핑 플라즈마 광원 및 플라즈마 점화를 시작하는 방법에 관한 것이다.

연속 광 방전(COD; continuous optical discharge)은 미리 생성된 상대적으로 조밀한 플라즈마에서 레이저 방사선에 의해 지속되는 고정 가스 방전이다. 연속파(CW) 레이저의 집속 빔에 의해 유지되는 COD는 다양한 가스, 특히 10-200 기압(atm)의 높은 가스 압력에서의 Xe에서 실현된다(Carlhoff et al., "Continuous Optical Discharges at Very High Pressure," Physica 103C, 1981, pp. 439-447). 약 20,000 K의 높은 플라즈마 온도로 인해(Raizer, "Optical Discharges," Sov. Phys. Usp. 23 (11), Nov. 1980, pp. 789-806) COD 기반 광원은 약 0.1 μm에서 1 μm 사이의 넓은 스펙트럼 범위의 가장 높은 휘도의 연속 광원들 중 하나이다. 이러한 레이저 펌핑 플라즈마 광원은 아크 램프에 비해 높은 휘도를 가질뿐만 아니라 수명이 길어 다양한 응용 분야에 적합하다.

고휘도 레이저 펌핑 플라즈마 광원 설계와 관련된 문제 중 하나는 COD의 안정적인 점화를 제공하는 초기 플라즈마 생성과 관련이 있다.

예를 들어, 2016년 6월 14일에 발행된 특허 US 9368337로부터 알려진 바와 같이, 레이저 펌핑 플라즈마 광원에서, 짧은 시간 동안 아크 방전이 그 사이에 생성되는 투명 챔버의 축에 위치한 두 개의 핀 전극이 플라즈마 점화를 시작하는 데 사용된다. CW 레이저 빔은 챔버 중앙, 두 전극 사이의 갭 내에 집속된다. 소스는 높은 휘도와 사용 편의성이 특징이다. 후자는 주로 가스, 특히 고압 Xe(10 기압 이상)을 포함하는 두 개의 전극이 있는 석영 챔버 또는 전구가 상업적으로 이용 가능한 제품이라는 사실에 기인한다.

그러나, 고온 플라즈마 영역 근처에 위치한 상대적으로 차가운 전극은 챔버에서 대류 가스 흐름의 교란을 생성하고 결과적으로 레이저 펌핑 플라즈마 광원의 공간 및 에너지 안정성을 손상시킨다. 더욱이, 방사 플라즈마 영역 근처에서의 전극의 존재는 플라즈마 방사의 출구를 제한하는 "데드(dead)" 공간 각도에 의해 특정된다. 또한, 전극 재료 스퍼터링은 전구 벽의 투명도를 감소시키고 이에 따라 시간이 지남에 따라 광원을 저하시킬 수 있다.

이러한 단점은 2016년 5월 31일에 발행된 특허 US 9357627에서 알려진 고휘도 광대역 광원에서 크게 극복되었다. 그 실시예에서, COD 점화 후 레이저 빔 초점 영역 및 이에 따른 방사 플라즈마 영역은 점화 전극들 사이의 갭으로부터 챔버 벽을 향해 이동된다. 레이저 빔, 챔버 축 및 방사 플라즈마 영역의 상대적 위치를 선택함으로써 광대역 레이저 펌핑 플라즈마 광원의 높은 공간 및 전력 안정성이 제공된다.

그러나 방사 플라즈마 영역을 이동해야 하는 필요성은 광원 설계 및 작동을 복잡하게 만든다. 더욱이, 그것은 레이저 빔의 샤프한(sharp) 초점을 사용하는 것을 더 어렵게 만들어 광원의 고휘도 달성을 제한할 수 있다. 전극 함유 챔버의 단점은 또한 금속/유리 접합부를 밀봉하기 위한 복잡한 기술과 높은 가스 압력에서 작동할 때 챔버의 강도를 낮추는 응력 집중을 생성하는 복잡한 챔버 모양을 포함한다.

1986년 8월 27일에 발행된 특허 출원 JPS 61193358에 공지된 무전극 레이저 펌핑 플라즈마 광원에는 전술한 단점이 없으며, 여기서 레이저는 플라즈마 점화 시작 및 COD 유지 모두에 사용된다.

그러나, 플라즈마 점화에 필요한 레이저 방사선의 임계 파워는 일반적으로 약 10에서 수백 킬로와트 이상인 반면 COD 유지에 충분한 레이저 방사선 강도는 일반적으로 수십 와트에 불과하다. 따라서 플라즈마 점화와 COD 유지 모두에 대해 고출력의 동일한 레이저를 사용하면 광원의 수명이 단축(전체 레이저 출력이 COD 유지에 사용되는 경우) 또는 전체 레이저 파워의 일부만이 COD 유지에 사용되는 경우에는 중복되고 비용이 많이 들고 비실용적이다.

2018년 8월 21일에 발행된 특허 US 10057973은 250 와트 미만의 파워와 1.1μm 미만의 파장을 갖는 단일 CW 레이저를 사용하여 이 문제를 극복할 것을 제안한다. COD 점화 및 유지는 초점 영역 교차 크기가 1-15 미크론 미만이고 초점 영역 길이가 6 미크론 이하인 CW 레이저 빔의 샤프한 초점을 통해 제공되는 것이 좋다.

그러나 이러한 솔루션은 레이저 집속에 대한 요구 조건이 매우 높고 제안된 광원의 높은 기능적 신뢰성을 보장하지 않기 때문에 다용도가 아니다. 더욱이, 광원에 공급되는 약 250 W의 레이저 파워는 다양한 응용 분야에서 너무 높은 것일 수 있다.

이러한 단점은 1985년 5월 3일에 발행된 특허 FR 2554302에서 알려진 광원에서 극복되며, 여기서 초기 플라즈마 점화 또는 광학 브레이크다운(breakdown)을 위한 집속 펄스 레이저 빔이 플라즈마 점화 수단으로 사용되고 CW 레이저가 COD 유지에 사용된다. 위에서 언급한 접근 방식은 레이저 펌핑 플라즈마 광원 수명 문제를 제거한다.

그러나 플라즈마 점화와 레이저 펌핑 플라즈마 광원의 고휘도 확보를 위해서는 레이저 빔의 샤프한 집속이 필요하다. 따라서 펄스 및 CW 레이저 집속 영역을 매우 정밀하게 조정해야 한다. 이는 레이저 점화의 복잡성과 낮은 신뢰성을 초래하여 고휘도 광원에서 안정적인 COD 점화를 어렵게 만든다.

이러한 단점은 2017년 5월 25일에 발행된 특허 US 10244613에서 알려진 광원에서 부분적으로 극복된다. 본 발명의 일 실시예에서, COD 유지를 위한 하나 또는 여러 개의 점화 레이저의 빔 및 하나 또는 여러 개의 CW 레이저의 빔은 집광 또는 집속 광학 시스템에 상기 레이저의 방사선을 전달하는 데 사용되는 광섬유에 도입된다. 상기 장치에서, 펄스 레이저와 CW 레이저의 집속 영역의 중첩은 상기 레이저의 파장이 유사하면 달성된다.

그러나 펄스 및 CW 레이저 파장이 다른 경우 색수차로 인해 집속 영역이 발산한다. 또한, 안정적인 COD 점화(수백 kW)에 사용되는 고출력의 레이저 펄스를 광섬유를 통해 전송하면 광섬유가 파손될 수 있어 이 솔루션의 단점이 결정된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고신뢰성 연속 광방전 레이저 점화 방법 및 장치의 생성 및 이를 기반으로 하는 고휘도, 고안정성 레이저 펌핑 플라즈마 광원의 개발에 관한 것이다.

본 발명의 기술적 결과는 CW 레이저에 의해 유지되는 플라즈마 점화의 높은 신뢰성을 보장하고, 이를 기반으로 높은 공간 및 전력 안정성을 갖는 무전극 고휘도 광대역 광원을 생성하는 데 있다.

목적의 달성은 제안된 레이저 펌핑 플라즈마 광원에 의해 가능하며, 레이저 펌핑 플라즈마 광원은, 적어도 일부가 광학적으로 투명한 고압 가스 충진 챔버; 연속파(CW) 레이저의 집속된 빔에 의해 챔버 내에서 유지되는 방사 플라즈마 영역; 챔버를 빠져나가는 플라즈마 방사선의 적어도 하나의 출력 빔(유용 빔으로 언급될 수도 있음) 및 플라즈마 점화를 위한 수단을 포함한다.

광원은 플라즈마 점화를 위한 수단이 챔버에 집속된 제1 및 제2 레이저 빔을 생성하는 펄스 레이저 시스템인 것을 특징으로 하며, 제1 레이저 빔은 가스 광학 브레이크다운를 위해 배열되고, 제2 레이저 빔은 광학 브레이크다운 후 플라즈마 점화를 위해 배열된다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 레이저 빔은 10⁴ 와트 초과의 피크 방사 파워 및 0.1 마이크로초 미만의 펄스 길이를 갖는다.

본 발명의 실시예에서, 제2 레이저 빔은 제1 레이저 빔과 비교하여 적어도 3배 더 많은 레이저 펄스 에너지 및 적어도 10배 더 낮은 레이저 피크 파워를 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제2 레이저 빔에 의해 여러 번 점화된 플라즈마의 부피는 제1 레이저에 의한 광학 브레이크다운 동안 생성된 플라즈마의 부피를 10배 이상만큼 초과한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제2 레이저 빔에 의해 점화된 플라즈마의 부피 및 밀도는 CW 레이저의 집속된 빔에 의한 플라즈마의 고정 유지에 충분하다. 본 발명의 일 실시예에서, 제2 레이저 빔은 최대 약 1 mm의 플라즈마 크기(자유 전자 밀도의 FWHM 또는 발광 플라즈마 영역의 휘도 프로파일의 FWHM로 측정됨) 및 최대 10¹⁸ cm^-3 이상의 플라즈마 밀도(부피 당 자유 전자로 측정됨)를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, CW 레이저의 출력 파워는 300 와트를 초과하지 않는다.

본 발명의 일 실시예에서, 제2 레이저 빔의 방사 펄스는 제1 레이저 빔의 방사 펄스의 종료 후 50 μs보다 빠르지 않게 종료된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 레이저 빔의 집속 영역들은 적어도 부분적으로 중첩된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 펄스 레이저 시스템은 공통 캐비티 미러를 갖는 2개의 레이저를 포함하고, 제1 및 제2 레이저 빔은 평행하고 하나의 공통 집속 광학 시스템을 통해 챔버 내로 도입된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 펄스 레이저 시스템은 고체 레이저 시스템이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 펄스 레이저 시스템은 Q-스위칭 모드 또는 거대-펄스 생성 모드에서 제1 레이저 빔을 생성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 펄스 레이저 시스템은 자유 실행 모드에서 제2 레이저 빔을 생성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, CW 레이저만이 광섬유 출력을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서, CW 레이저의 파장은 제1 및 제2 레이저 빔의 방사선 파장과 상이하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, CW 레이저의 집속된 빔은 수직 상향 또는 수직에 가깝게 지향된다.

본 발명의 일 실시예에서, 챔버의 투명 부분의 외부 표면 및 내부 표면은 동심 구 또는 그 일부로 형성되고, 플라즈마를 방사하는 영역은 상기 동심 구의 중심에 위치된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 플라즈마 방사선의 출력 빔은 모든 방위각으로 챔버를 빠져나간다.

본 발명의 일 실시예에서, 플라즈마 방사선의 출력 빔은 9 sr 이상의 입체각으로 챔버를 빠져나간다.

본 발명의 일 실시예에서, 레이저 펌핑 플라즈마 광원은 플라즈마 방사선의 3개 이상의 출력 빔을 갖는다.

다른 관점에서, 본 발명은 고압 가스가 있는 챔버로 CW 레이저의 집속된 빔의 지향, 플라즈마 점화 및 CW 레이저의 집속된 빔에 의한 방사 플라즈마 고정 유지를 시작하는 단계를 포함하는 레이저 펌핑된 플라즈마 광원에서 플라즈마를 점화하는 방법을 제공한다.

이 방법은 플라즈마 점화가 챔버에 집속된 제1 및 제2 레이저 빔을 생성하는 펄스 레이저 시스템에 의해 제공되며, 제1 레이저 빔은 광학 브레이크다운를 제공하는 데 사용되며, 그 후에 제2 레이저 빔이 플라즈마를 점화하는 데 사용되며, 이의 부피와 밀도가 CW 레이저의 집속된 빔에 의해 고정된 플라즈마를 유지하기에 충분한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 펄스 레이저 시스템은 Q-스위칭 모드에서 제1 레이저 빔을 생성하고 자유 실행 모드에서 제2 레이저 빔을 생성하는 고체 레이저 시스템이다.

제안된 방식으로 광원을 설계하면 다음 요인으로 인해 제1 및 제2 레이저 빔의 적절한 에너지, 지속 시간 및 펄스 파워를 선택함으로써 COD의 안정적인 점화를 달성할 수 있다. 제1 레이저 빔에 의해 안정적인 광학 브레이크다운가 제공된다. 그러나, 단 하나의 레이저 빔을 이용한 COD 점화는 불안정하고 문제가 있다. 그 이유들 중 하나는 CW 레이저 집속 영역을 광학 브레이크다운 영역과 중첩하는 것이 어렵고, 이 영역의 크기가 일반적으로 매우 작고 약 50 μm의 값을 초과하지 않기 때문이다. 펄스 및 CW 레이저 빔의 집속 영역이 중첩되더라도 하나의 레이저 빔만 사용하는 COD 점화는 여전히 어려운 문제이다. 이것은 레이저 방사선에 의해 생성된 광학 브레이크다운이 폭발적인 특성을 가지고 있기 때문이다. 폭발 과정, 특히 충격파는 일반적으로 300 와트 이하인 저출력 CW 레이저에 의해 지속되는 광 방전을 억제할 수 있다. 본 발명에 따르면, 이 문제는 광학 브레이크다운 후에 플라즈마 점화를 제공하기 위해 제2 펄스 레이저 빔을 사용함으로써 해결된다. 이 경우 제2 레이저 빔에 의해 지속되는 펄스형 광 방전 자체는 폭발 현상이 없으며 제2 레이저 빔에 의해 점화된 플라즈마는 광학 브레이크다운으로 인한 교란에 저항한다. 동시에, 제2 레이저 빔은 상대적으로 작은 출력을 가진 CW 레이저의 집속 빔에 의해 안정적인 고정 플라즈마 유지에 충분한 플라즈마 부피와 밀도를 보장한다. 이러한 방식으로 안정적인 COD 점화가 이루어진다.

본 발명의 이점 및 특징은 첨부 도면을 참조하여 예로서 제공되는 예시적인 실시예의 하기의 비제한적인 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

본 발명의 본질은 다음과 같은 도면에 의해 설명된다.
도 1 - 본 발명에 따른 플라즈마 점화용 펄스 레이저 시스템을 갖는 레이저 펌핑 플라즈마 광원의 개략도,
도 2 - 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔의 방사 파워 다이어그램,
도 3 - 플라즈마 점화용 고체 레이저 시스템을 갖춘 레이저 펌핑 플라즈마 광원의 개략도,
도 4 - 유용한 플라즈마 방사선의 3채널 출력이 갖는 광원의 개략도,
도 5 - 본 발명의 실시예 중 하나에 따른 레이저 빔의 방사 파워 다이어그램.
도면에서 장치의 일치하는 요소들은 동일한 참조 번호를 갖는다.
이러한 도면들은 이 기술 솔루션을 구현하기 위한 옵션의 전체 범위를 다루지 않고 제한하지 않으며 구현의 특정 경우에 대한 예시일 뿐이다.

이 설명은 본 발명이 어떻게 구현될 수 있는지를 설명하기 위해 제공되며 본 발명의 범위를 설명하기 위한 것이 아니다.

도 1에 도시된 본 발명의 실시예의 예에 따르면, 레이저 펌핑 플라즈마 광원은 일반적으로 10 압력(atm) 이상의 고압 가스 충진 챔버(1)를 포함한다. 챔버(1)의 적어도 일부는 광학적으로 투명하다. 도 1은 광학적으로 투명한 재료, 예를 들어 용융 석영으로 제조된 완전히 투명한 챔버를 갖는 실시예를 도시한다. 챔버(1)는 CW 레이저(4)의 집속된 빔(3)에 의해 챔버 내에서 유지되는 방사 플라즈마 영역(2)을 포함한다. 집광기(6)로 향하고 후속 사용을 위해 의도된 플라즈마 방사선의 적어도 하나의 출력 빔(또는 유용 빔)은 챔버(1)를 빠져나간다. 집광기(6)는 예를 들어 광섬유 및/또는 미러 시스템을 통해 플라즈마에 의해 방출되는 광대역 방사선을 사용하는 하나 이상의 광 소비자 시스템(8)으로 전송되는 방사선 빔(7)을 형성한다.

집광기는 예를 들어 2016년 5월 31일에 공개된 특허 US 9357627에 더 자세히 설명되어 있으며, 이 특허는 전체가 여기에 참조로 포함된다.

광원은 또한 플라즈마 점화 수단을 포함한다. 광원은 플라즈마 점화 수단이 챔버(1) 내에, 즉 방사 플라즈마를 유지하도록 의도된 영역(2)에 집속된 제1 레이저 빔(10) 및 제2 레이저 빔(11)을 생성하는 펄스 레이저 시스템(9)인 것을 특징으로 한다. 제1 레이저 빔(10)은 플라즈마 점화를 시작하거나 챔버(1)에서 광학 브레이크다운(breakdown)를 위해 의도된다. 제2 레이저 빔(11)은 제1 레이저 빔(10)에 의해 제공되는 광학 브레이크다운 후 플라즈마 점화를 위한 것이다.

제안된 방식으로 광원을 설계하면 두 레이저 빔들의 적절한 에너지, 지속 시간 및 펄스 파워를 선택함으로써 연속 광 방전을 안정적으로 점화할 수 있다. 이를 통해 가능한 최고의 공간 및 에너지 안정성을 특징으로 하는 무전극 고휘도 광대역 레이저 펌핑 플라즈마 광원을 생성할 수 있다.

전극의 부재는 고압 챔버 설계를 단순화하고, 챔버 강도 및 신뢰성을 개선하며, 본 발명의 바람직한 실시예에서 플라즈마 방사선의 출력 빔(5)이 360°의 평면 각도 또는 모든 방위각으로 챔버를 빠져나가는 것을 보장한다(도 1). 이것은 CW 레이저의 빔(3)의 축에 수직이고 방사 플라즈마 영역(2)을 통과하는 방위각 평면에서, 플라즈마 방사선의 출력 빔이 0°에서 360°까지의 모든 방위각으로 챔버를 빠져나간다는 것을 의미한다. 더욱이, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 플라즈마 방사선의 출력 빔(5)의 개방 각도(도 1의 도면의 평면에 대한 평면 각도)는 90° 이상이고 이에 따라 플라즈마 방사선은 9 sr 이상의 입체각에서 집광기(6)에 의해 수집된다. 바람직하게는, 광섬유 출력을 갖는 비용면에서 효율적인 근적외선 다이오드 레이저가 CW 레이저(4)로 사용된다. 이 경우, 광섬유(12)의 출구에서, 확장 레이저 빔은 예를 들어 집광 렌즈의 형태로 시준기(13)로 지향된다. 시준기(13) 이후에, CW 레이저의 확장된 평행 빔(14)은 예를 들어 비구면 집광 렌즈의 형태로 집속 광학 요소(15)로 지향된다. 집속 광학 요소(15)는 광원의 고휘도를 달성하기 위해 필요한 CW 레이저(4)의 빔(3)의 샤프한 집속을 보장한다.

본 발명의 실시예에서, CW 레이저(4)의 파워는 300 와트를 초과하지 않으며, 이는 광범위한 응용 분야에 상당히 충분하지만 플라즈마 점화를 위한 특별한 수단 없이 연속 광 방전을 점화시키기에는 충분하지 않다.

본 발명의 실시예에서, 펄스 레이저 시스템(9)은 제1 레이저 빔(10)을 생성하기 위한 제1 레이저(16) 및 제2 레이저 빔(11)을 생성하기 위한 제2 레이저(17)를 포함한다(도 1). 예를 들어, 집광 렌즈 형태의 광학 요소는 이러한 옵션에만 제한되지 않고 제1 및 제2 레이저 빔을 집속하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 레이저 빔의 집속 영역들이 적어도 부분적으로 중첩(superposed or overlap)된다.

제1 및 제2 레이저 빔(10, 11) 및 CW 레이저(4) 빔에서의 방사선 파워의 특성 시간 의존성은 도 2의 대수 스케일로 개략적으로 도시된다.

바람직하게는, 신뢰할 수 있는 시작 플라즈마 점화 또는 광학 브레이크다운를 보장하기 위해, 제1 레이저 빔(10)은 높은(적어도 10⁴　와트(W)) 펄스 방사 파워를 특징으로 한다. 이 경우 레이저 펄스 반치전폭(FWHM)이 0.1 μs를 초과하지 않는 것으로 충분하다.

본 발명에 따르면, 제2 레이저 빔은 제1 레이저 빔과 비교하여 몇 배 더 낮은 펄스 파워, 예를 들어 10³ 와트, 및 몇 배 더 높은 레이저 펄스 길이 및 에너지를 갖는다. 이것은 제1 레이저 빔에 노출된 후, 제2 레이저 빔을 사용하여 제1 레이저 빔에 의해 생성된 플라즈마의 부피보다 10배 이상만큼 더 큰 플라즈마의 부피를 생성하는 것을 허용한다. 동시에, 제2 레이저 빔의 방사 파워는 CW 레이저 파워보다 10배 이상 높다(도 2).

제2 레이저 빔은 플라즈마를 생성하기 위한 것이며, 그 부피와 밀도는 CW 레이저의 집속된 빔에 의해 고정된 플라즈마를 유지하기에 충분하다.

본 발명의 실시예에서, 제2 레이저 빔의 생성은 제1 레이저 빔의 생성 전에 시작되고 제1 레이저 펄스의 종료 후 50 μs보다 빠르지 않게 종료된다(도 2). 한편으로는, 제1 및 제2 레이저 빔의 동기화를 용이하게 하는 반면, 제2 레이저 빔의 영향으로 플라즈마 진화를 위한 충분한 시간을 제공한다. 결과적으로, 최대 약 1 mm의 큰 플라즈마 부피와 최대 10¹⁸ cm^-3의 플라즈마 밀도가 제공되며, 이는 집속된 CW 레이저 빔에 의한 안정적인 고정 플라즈마 유지에 충분하다. 10¹⁸ cm^-3 의 플라즈마 밀도는 약 16 압력의 챔버 내 초기 가스 압력에서 플라즈마를 방사하는 영역에서 18,000 K의 온도와 10% 이온화를 갖는 가스에 해당한다.

그 실시예들 중 하나에서, 레이저 펌핑 플라즈마 광원은 다음과 같이 작동한다. CW 레이저(4)의 집속된 빔(3)은 적어도 부분적으로 투명한 고압 가스 챔버(1)로 지향된다(도 1). 크세논(Xenon), 예를 들어 수은과 같은 금속 증기 및/또는 가스 할로겐화물을 포함하는 다양한 가스 혼합물을 포함하는 기타 불활성 가스들 및 이들의 혼합물은 고효율 플라즈마 연료로서 챔버에 포함될 수 있다. 제2 레이저(17)의 집속된 제2 레이저 빔(11)은 방사 플라즈마를 유지하도록 의도된 영역(2)으로 지향된다. 본 발명 실시예의 예에서, 제2 레이저 빔(11)의 최대 방사 파워는 약 10³ 와트의 값을 가질 수 있는 반면, 레이저 펄스 길이는 약 10^-4　s일 수 있다. 제2 레이저 빔(11)의 방사 펄스 동안, 제1 레이저 빔(10)이 생성되고, 그 집속 영역이 제2 레이저 빔의 집속 영역에 적어도 부분적으로 중첩된다. 에너지가 수 mJ 정도인 제1 레이저(16)의 짧은 0.1 μs 미만의 강력한 10⁴ 와트 이상의 방사 펄스는 50 내지 100 μm의 특성 크기를 갖는 작은 부피 내에서 초기 국부 가스 이온화와 함께 광학 브레이크다운를 제공하는 데 사용된다. 에너지와 레이저 펄스 길이가 제1 레이저 빔(10)보다 몇 배나 더 큰 제2 레이저 빔(11)은 CW 레이저 빔(3)의 방사 파워보다 몇 배 높은 레이저 방사의 파워(10³ W 이상)으로 광 방전을 유지하는 데 사용된다. 펄스 길이가 약 100 μs 이상인 제2 레이저 빔(11)에 의한 광 방전을 유지하는 동안, 플라즈마 부피는 가성 물질을 따라 제2 레이저 빔(11)을 향해 이동하고 반경 방향 확장으로 인해 증가된다. 따라서 최대 1 mm의 플라즈마 크기를 달성할 수 있다. 제2 레이저 빔(11)의 충분히 높은(0.1 J/펄스 또는 그 이상) 방사 펄스 에너지로 인해, 증가된 플라즈마 부피에서 300 와트를 초과하지 않는 비교적 작은 파워를 갖는 CW 레이저(4)의 집속된 빔(3)에 의해 방사 플라즈마를 안정적으로 유지하기에 충분한 전자 밀도 수준이 제공된다. 따라서, 제2 레이저 빔은 10¹⁸ 전자/cm³ 이상의 값을 갖는 연속 광 방전의 임계 플라즈마 밀도보다 높은 플라즈마 밀도를 제공한다. 고정 모드에서, 광대역 방사선은 챔버(1)의 광학적으로 투명한 부분을 통해 나가는 플라즈마 방사선의 적어도 하나의 출력 빔(5)에 의해 방사 플라즈마 영역(2)으로부터 출력되고 후속 사용을 위해 의도된다.

위에서 제안한 대로 광원을 설계하면 점화 전극을 사용하지 않고 연속 광 방전의 안정적인 점화를 달성할 수 있다. 이것은 챔버의 형태를 단순화하고 금속이 챔버에 밀폐되어 도입되는 지점에서 기계적 응력을 제거하여 광원 신뢰성과 수명을 증가시킴으로써 챔버의 설계를 크게 개선할 수 있게 한다. 설계 단순화를 통해 챔버를 빠져나가는 플라즈마 방사선의 출력 빔에 도입된 수차를 줄여 광원 휘도를 증가시키는 챔버 형태를 사용할 수 있다. 또한, UV 스펙트럼 범위에서 더 높은 투명도를 가진 챔버 재료를 사용할 가능성을 제공한다. 광원을 시작할 때 전자기 노이즈가 감소된다. 광학적으로 투명한 부분의 금속화가 제거되어 챔버 수명이 증가된다. 게다가, 전극의 부재는 방사선 출력의 공간 각도를 상당히 증가시키고 플라즈마 방사선의 출력 빔의 파워를 증가시키는 것을 허용한다. 동시에, 점화 전극의 제거는 챔버 내부의 대류 흐름의 난류를 크게 감소시키고, 따라서 레이저 펌핑 플라즈마 광원의 공간 및 파워 안정성을 크게 증가시킨다. 무전극 챔버의 치수를 최적화할 수 있는 가능성 때문에 안정성이 더욱 향상된다. 일반적으로, 광원 휘도 및 안정성의 향상, UV 범위에서의 광 출력 상승 가능성 실현, 신뢰성 및 수명 증가, 작동 편의성 향상 및 작동 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.

위에서 언급한 가능성은 펄스 레이저 시스템(9)이 고체 상태인 광원에서 가장 쉽게 실현될 수 있다(도 3). 본 발명의 이러한 실시예에서, 펄스 레이저 시스템(9)은 2개의 광학적으로 펌핑된 고체 레이저(16, 17)를 포함한다. 예를 들어, 반사기가 있는 플래시 램프(18, 19)는 광학 펌핑의 소스로 사용될 수 있다. 램프는 서로에 대해 최적화된 지연으로 켜진다. 금속 이온, 예를 들어 네오디뮴(Nd)이 도핑된 YAG(yttrium-aluminum garnet)와 같은 투명한 베이스 재료로 만들어진 로드가 활성 요소(20, 21)로 사용될 수 있다. 제1 및 제2 레이저 빔(10, 11)은 바람직하게는 평행하고 예를 들어 비구면 집광 렌즈의 형태로 하나의 공통 집속 광학 시스템(22)을 통해 챔버(1) 내로 도입된다. 레이저 빔(10, 11)이 평행한 것을 보장하기 위해, 제1 및 제2 고체 상태 레이저(16, 17)는 바람직하게는 공통 캐비티 미러(23, 24)를 갖는다. 이것은 플라즈마 점화에 필요한 제1 및 제2 레이저 빔(10, 11)의 집속 영역의 중첩을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 펄스 레이저 시스템(9)은 Q-스위칭 모드 또는 거대-펄스 생성 모드에서 제1 레이저 빔(10)을 생성하고, 자유 실행 모드에서 제2 레이저 빔(11)을 생성한다. Q-스위칭 모드를 구현하기 위해 제1 레이저에는 Q-스위치(25), 예를 들어 포토트로픽 재료로 만들어진 패시브 레이저가 장착된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 능동 Q-스위칭이 사용될 수 있다.

거대 펄스 생성 동안 펄스 레이저 시스템(9)의 너무 높은 방사 파워는 광섬유를 손상시킬 수 있기 때문에 방사를 전송하기 위해 광섬유를 사용하는 것이 허용되지 않는다. 그 때문에, 본 발명의 실시예에서 CW 레이저만이 광섬유 출력을 갖추고 있다(도 1, 도 3).

바람직하게는, 제1 및 제2 레이저(10, 11)는 동일한 방사 파장, 예를 들어, λ₁=λ₂=1.064　μm이고, CW 레이저의 파장(λ_CW), 예를 들어, λ_CW=0.808 ㎛ 또는 0.976 ㎛과 상이하다: λ_CW≠λ₁=λ₂. 이것은 CW 레이저의 확장된 빔(14)을 챔버로 지향시키기 위해 다이크로익 미러(26)를 사용할 수 있게 한다(도 3).

광학적 정렬을 용이하게 하고 광원 구성을 개선하기 위해, 추가 편향 미러(27)가 도 3의 구성에 또는 그러한 여러 개의 거울에 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, CW 레이저 빔(14)의 경로에서, 또는 펄스 레이저 시스템(9)에서, 색수차를 상쇄하고 CW 및 펄스 레이저 빔의 집속 영역을 보다 정확하게 정렬하기 위해 추가 광학 요소(미도시)가 설치될 수 있다. 펄스 레이저 시스템에서, 특히 미러(23, 24)에 의해 형성된 캐비티 내부에는 제1 및 제2 레이저 빔의 파라미터를 제어하기 위해 추가 광학 요소, 예를 들어 편광자, 필터, 조리개가 설치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, CW 레이저 집속 빔(3)의 축은 수직 상향, 즉 중력(28, 도 3)에 대항하거나 수직에 가깝게 지향된다. 제안된 설계는 광원 방사 파워의 가장 높은 안정성을 달성한다. 이것은 일반적으로 방사 플라즈마 영역(2)이 초점으로부터 CW 레이저의 집속된 빔(3)을 향하여 CW 레이저의 집속된 빔(3)의 강도가 여전히 방사 플라즈마 영역(2)을 유지하기에 충분할 정도의 집속된 레이저 빔 단면까지 약간 이동하기 때문이다. CW 레이저의 집속된 빔(3)이 바닥에서 위쪽으로 향할 때, 가장 낮은 질량 밀도를 갖는 가장 뜨거운 플라즈마를 포함하는 방사 플라즈마 영역(2)은 부력의 영향으로 부유하는 경향이 있다. 방사 플라즈마의 상승 영역(2)은 CW 레이저의 집속 빔(3)의 단면이 더 작고 레이저 방사 강도가 더 높은 초점에 가장 가까운 위치에서 끝난다. 한편으로, 이것은 플라즈마 방사 휘도를 증가시키고 다른 한편으로는 방사 플라즈마 영역에 작용하는 힘을 균등화하여, 고휘도 레이저 펌핑 플라즈마 광원의 방사 파워의 높은 안정성을 보장한다.

이러한 긍정적인 효과를 실현하기 위해서는 바람직하게는 챔버(1)는 축대칭이어야 하고, CW 레이저의 집속된 빔(3)의 축은 챔버의 대칭축과 정렬되어야 한다.

매우 안정적인 출력 파라미터를 제공하는 것 외에도, 본 발명은 특히 무전극 챔버의 형상 및 치수를 최적화함으로써 레이저 펌핑 광대역 광원의 최고 휘도를 달성할 가능성을 실현한다. 이에 상응하여, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 챔버 또는 그 투명 부분의 외부 표면 및 내부 표면은 동심 구의 형태를 가지며, 플라즈를 방사 영역(2)은 상기 동심 구의 중심에 위치된다(도 3). 본 발명의 이러한 실시예에서, 챔버 벽에 의해 도입된 수차가 제거되어 CW 레이저의 빔(3)의 더 샤프한 집속을 달성하고 광원 휘도를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 또한 유용한 플라즈마 방사선 빔(5)의 광선 경로를 왜곡하는 수차가 제거되어 휘도가 증가한다.

본 발명의 또 다른 긍정적인 결과는 챔버의 치수를 최소화할 수 있다는 것이다. 이것은 집속 광학 시스템(22)을 플라즈마 방사 영역(2)에 더 가깝게 이동시키기 때문에 CW 레이저 빔(3)의 집속 세밀성(sharpness)을 증가시킨다. 더욱이, 플라즈마를 방사하는 영역이 챔버(1)의 벽, 특히 상부 챔버 벽에 가까울수록, 플라즈마 방사 영역(2)에서 가열된 가스에 의해 부력의 작용 하에 획득되는 펄스가 더 작아진다. 결과적으로, 가스 대류 흐름의 속도와 난류가 더 작을수록 플라즈마에서 챔버 벽까지의 거리가 더 작아진다. 따라서, 본 발명에 따라 설계된 레이저 펌핑 플라즈마 광원의 밝기 및 안정성을 더욱 증가시킬 가능성이 제공된다.

자외선에서 근적외선에 이르는 넓은 스펙트럼 범위에서 플라즈마 복사 출력을 보장하기 위해, 챔버의 광학적으로 투명한 부분은 결정질 불화마그네슘(MgF₂), 결정질 불화칼슘(CaF₂), 결정질 사파이어 또는 류코사파이어(Al₂O₃), 융합 또는 결정질 석영으로 구성된 그룹에 속하는 재료로 만드는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서, 챔버는 플라즈마 방사선의 출력 빔(5)이 2π 라디안의 평면 각도로 챔버를 나가는 것을 보장하지만, 이 옵션은 도 1, 도 3에만 제한되지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에서, 광원은 도 4에 도시된 바와 같이 플라즈마 방사선의 적어도 3개의 발산 출력 빔(5a, 5b, 5c)을 가질 수 있으며, 이는 방사 플라즈마 영역(2)을 통과하는 수평면에서의 광원 단면을 나타낸다. COD 점화 및 유지에 사용되는 도 4의 레이저 빔은 도면의 평면 하부에 위치된다. 몇몇, 특히 단일 광원으로부터의 3개의 플라즈마 방사선 빔을 사용하는 것이 다양한 산업 응용 분야에 요구된다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 레이저 펌핑된 플라즈마 광원의 챔버(1)는 3개의 집광기(6a, 6b, 6c)가 장착된 하우징(29)에 설치된다. 집광기(6a, 6b, 6c)는, 예를 들어 광섬유를 통해 광대역 플라즈마 방사선을 사용하는 광 소비자 시스템(8a, 8b, 8c)으로 전송되는, 플라즈마 방사선 빔(7a, 7b, 7c)을 형성한다. 이것은 3개 이상의 광 소비자 시스템(optical consumer systems)에 대해 하나의 광원을 사용할 수 있게 하여 시스템의 소형 크기 및 모든 광 채널에서 광대역 복사의 동일한 파라미터를 야기한다.

본 발명에 따르면, 도 1 및 도 3에 도시된 레이저 펌핑 플라즈마 광원에서의 플라즈마 점화 방법은 다음과 같다. CW 레이저(4)의 집속된 빔(3)은 일반적으로 10 기압 이상의 고압 가스 충진 챔버(1)로 지향된다. 플라즈마 점화는 챔버에 집속된 제1 및 제2 레이저 빔(10, 11)을 생성하는 펄스 레이저 시스템(9)에 의해 제공된다. 제1 레이저 빔(10)은 광학 브레이크다운를 제공하도록 배열되고, 그 후 제2 레이저 빔(11)은 플라즈마를 점화하는 데 사용되며, 이의 부피와 밀도는 CW 레이저(4)의 집속된 빔(3)에 의해 고정된 플라즈마를 유지하기에 충분하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, Q-스위칭 모드에서 제1 레이저 빔(10)을 생성하고 자유 실행 모드에서 제2 레이저 빔(11)을 생성하는 고체 레이저 시스템이 사용된다(도 3). 펄스 레이저 시스템(9)은 바람직하게는 2개의 고체 상태 레이저(16, 17), 예를 들어 플래시 램프 형태의 광학 펌핑 소스(18, 19)를 갖는 Nd:YAG 레이저를 포함한다. 제1 및 제2 레이저 빔(10, 11)은 바람직하게는 평행하고 집속 광학 시스템(22)을 통해 챔버(1) 내로 도입된다. 제1 및 제2 레이저 빔(10, 11)의 초점 영역을 중첩하기 위해, 고체 레이저(16, 17)는 바람직하게는 캐비티의 공통 미러(23, 24)를 갖는다. 제1 레이저(16)에는 Q-스위치(25)가 장착되어 있다.

본 발명의 실시예에서 챔버 내의 Xe 가스 압력은 30 기압이다. Q-스위칭 모드에서 제1 레이저(16)에 의해 방출된 펄스 에너지는 3 mJ이며 펄스 지속 시간은 20 ns이고 레이저 λ₁=1.064　μm이다. 광학 브레이크다운 플라즈마는 50~100 μm의 특성 치수를 가지고 있다. 광 브레이크다운 모드는 CW 레이저(4)의 집속 빔(3)에 의해 지속되는 광 방전의 안정적인 점화를 제공하지 않는다. 따라서 광학 브레이크다운 후 제2 레이저 빔이 플라즈마를 점화하는 데 사용되며, 이의 부피(최대 1 mm³)와 밀도(10¹⁸ cm^-3 이상)는 CW 레이저(4)의 집속 빔(3)에 의한 고정된 플라즈마 유지에 충분하다. 본 발명의 실시예의 예에서, 제2 레이저 빔의 에너지는 150 mJ, 펄스 길이는 100 μs, 레이저 파장은 λ₂=1.064 μm이다.

바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 레이저 빔의 방사 펄스는 제1 레이저 빔 방사 펄스의 종료 후 50 μs보다 빠르지 않게 종료된다. 적어도 50 μs의 시간은 광학 브레이크다운로 인한 교란의 감쇠를 허용하고 CW 레이저의 집속된 빔에 의해 고정된 플라즈마 유지에 충분한 값으로 진화하는 플라즈마 치수 및 밀도를 허용하는 데 필요하다.

제2 레이저 빔의 생성은 제1 레이저 펄스 이전에 시작할 수 있다(도 2). 동시에, 본 발명은 이러한 실시예들에만 제한되지 않는다. 연구에서 입증된 바와 같이, COD 점화는 도 5와 같이 제1 레이저 빔 생성 후 최대 10초 이상의 큰 지연으로 제2 레이저 빔이 생성될 때도 제공된다. 이러한 플라즈마 점화의 메커니즘은 아마도 이러한 영향의 결과로 수명이 긴 클러스터 또는 고체 미세 입자가 생성될 때 챔버 벽에 대한 거대 펄스의 영향과 관련이 있을 것이다.

일반적으로, 제안된 발명은 레이저 지속 플라즈마 점화하는 레이저의 높은 신뢰성을 보장하고 이를 기반으로 가장 높은 공간 및 파워 안정성을 갖는 고휘도 광대역 광원을 생성할 수 있다.

산업적 이용 가능성

본 발명에 따라 설계된 고휘도, 고안정성 레이저 펌핑 플라즈마 광원은 분광화학 분석, 생물학 및 의학에서 생물체의 분광 미세 분석, 마이크로캡슐 액체 크로마토그래피, 광학 리소그래피 과정 검사, 분광 광도계 및 다른 목적을 위한 다양한 투영 시스템에 사용될 수 있다.

Claims (22)

1. 적어도 일부가 광학적으로 투명한 가스 충진 챔버; 연속파(CW) 레이저의 집속된 빔에 의해 챔버 내에서 유지되는 플라즈마 방사 영역; 챔버를 빠져나가는 플라즈마 방사선의 적어도 하나의 출력 빔 및 플라즈마 점화 수단을 포함하는 레이저 펌핑 플라즈마 광원으로서,
   상기 플라즈마 점화 수단은 상기 챔버 내에 집속된 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 생성하는 펄스 레이저 시스템이고,
   상기 제1 레이저 빔은 가스 광학 브레이크다운(optical breakdown)를 위해 배열되며,
   상기 제2 레이저 빔은 상기 광학 브레이크다운 후에 플라즈마 점화를 위해 배열된, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔은 10⁴ 와트(Watts) 초과의 피크 방사 파워 및 0.1 μs 미만의 펄스 길이를 갖는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔과 비교하여 적어도 3배 더 많은 레이저 펄스 에너지 및 적어도 10배 더 낮은 레이저 피크 파워을 갖는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔에 의해 여러 번 점화된 플라즈마의 부피는 상기 제1 레이저에 의한 광학 브레이크다운 동안 생성된 플라즈마의 부피를 10배 이상만큼 초과하는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔에 의해 점화된 플라즈마의 부피 및 밀도는 상기 CW 레이저의 집속된 빔에 의한 플라즈마의 고정 유지에 충분한, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔은 최대 약 1 mm의 플라즈마 크기 및 최대 10¹⁸ cm^-3 이상의 플라즈마 밀도를 제공하는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CW 레이저의 출력 파워는 300 와트 이하인, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 레이저 빔의 방사 펄스는 상기 제1 레이저 빔의 방사 펄스의 종료 후 50 ㎲ 이전에 종료되는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 집속 영역들은 적어도 부분적으로 중첩되는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 레이저 시스템은 공통 캐비티 미러를 갖는 2개의 레이저를 포함하고, 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔은 평행하고 하나의 공통 집속 광학 시스템을 통해 상기 챔버 내로 도입되는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 레이저 시스템은 고체 레이저 시스템인, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 레이저 시스템은 Q-스위칭 모드 또는 거대-펄스 생성 모드에서 상기 제1 레이저 빔을 생성하는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 레이저 시스템은 자유 실행 모드에서 상기 제2 레이저 빔을 생성하는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CW 레이저만이 광섬유 출력을 갖는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CW 레이저의 파장은 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 방사 파장과 상이한, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 CW 레이저의 집속된 빔의 축은 수직 상향 또는 수직에 가깝게 지향되는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버의 투명 부분의 외부 표면 및 내부 표면은 동심 구 또는 그 일부로 형성되고, 상기 플라즈마 방사 영역은 상기 동심 구의 중앙에 위치하는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 방사선의 상기 출력 빔은 모든 방위각으로 챔버를 빠져나가는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 방사선의 상기 출력 빔은 9 sr 이상의 입체각으로 챔버를 빠져나가는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 방사선의 3개 이상의 출력 빔을 갖는, 레이저 펌핑 플라즈마 광원.
21. 고압 가스가 있는 챔버로 연속파(CW) 레이저의 집속된 빔의 지향, 플라즈마 점화 및 상기 CW 레이저의 상기 집속된 빔에 의한 방사 플라즈마의 고정 유지를 포함하는 레이저 펌핑된 플라즈마 광원에서의 플라즈마 점화 방법에 있어서,
    상기 플라즈마 점화는 상기 챔버 내에 집속된 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 생성하는 펄스 레이저 시스템에 의해 제공되며,
    상기 제1 레이저 빔은 광학 브레이크다운를 제공하는 데 사용되고, 그 후 제2 레이저 빔은 플라즈마를 점화하는 데 사용되며, 이의 부피와 밀도는 상기 CW 레이저의 상기 집속된 빔에 의해 고정된 플라즈마를 유지하기에 충분한, 플라즈마 점화 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 펄스 레이저 시스템은 Q-스위칭 모드에서 상기 제1 레이저 빔을 생성하고 자유 실행 모드에서 상기 제2 레이저 빔을 생성하는 고체 레이저 시스템인, 플라즈마 점화 방법.

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