KAERI/RR-1143/92 : 광대역 파장 가변 레이저 개발

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1 KAERI

2 중도혐의재시병병춘정입석총북익선환석훈헌영-효숙Z 케 1 를롤 --.:::::2 흐 - 고 }- 률 }71 슐틀혹 ~ 릇 ;r 흔훈 구 } 줄 } 롤보고셔를 광대역파장가변레어저개발 에 관한연구과제의 최종보고셔로제훌합니다 년 12 훨 26 일 연구기환명 : 한국원자력연구소 연 구 : 이원연구책입자검고차정한노이정유경기창민표철낌입송이차민호성창규종병도금감수위원 : 칙 급 : 책입 연구원 성 명 : -1-

3 몇뿔 액펼

4 요약문 1. 체목 팡대역파장가변레이저개발 I I. 연구의목척및중요성 본연구의북표는훨스혐팡대역따장가변레이저의개발및 상품화이다. 자외선부터곤처외선까지임의의파장율발생시키고 주사시킬수있는 레이저시스템올개발하고상폼화하여고품질처가의 상품올국내시장에공급함으로써최곤에각광받기시착하는반도체물성연구, 신소재개발, 광화학공업의반용해석과광촉매, 원차력산업의레이처분광기술연구, 피부암치료, 미량원소겸훌풍첨단팡산업분야에셔기솔개발의혹진올가하고차한다. 또한본기솔과관련하여선진국에셔는기술이전율기피하고상품에대해셔는고가률요구하고있기때문에국산화개밭이시급하며충장기파체에셔도본 71 슐이가훌가훨것이다. III. 연구의내용및 범위 본과제에서는상품화에서요구되는레이저시스템의출력최적화, -3-

5 착동의고안정화, 정렬의간편화, 부품외국산화, 안전성고려및가격의처렴화툴펴하고부분벌로 module 화를실시하였다. 레이저발생의핵섬부이며레이저의특성을결정지어주는공진기는사용자의 요구에따라서선택활수있도록선폭이넓은 GIM(Grazing Incidence Mirror) 햄과선폭이좁은 SLM (Single Longitudinal Mode) 형올 개발하였다. 이률셔스템의훌력특성을측정하고륙히색소에따른파장가변범위툴륙정하고이툴다시제 2 조화파발생올시도함으로써얻율수있는파장의범위불확인하여본제폼의파창가변범위인자외선영혁에셔근책외선명역까지레이처툴연속책으로변화시킬수있률올확인하였다. 저반북율에의한펌핑일지라도책소률순환시켜최책의레아처동작율일요킬수있도룩하기위하여책소순환창치툴개발하였다. 또한파장율변화시켜추기위하여자체개발한프로그램과 Interface card 률이용하여소혐노트봅 PC 룰통하여스테핑모터툴쳐1 어하였다. 훌력의종창율위하여증폭기시스템올부확하였고사용자의현의률위하여여러가지정렬보조장치를개발하였다. IV. 연구결과및활용에대한건의 본연구에셔눈광대역따장가변레이저를자체셜계제착하여상용제품화에성공하였다. 두가지종류의공진기를개발하므로써발진 선폭을 5GHz (GIM 형 ) 과 1GHz (SLM 형 ) 중에서사용자로하여금선택할수 있게하였다. 출력특성의최적화에의한최대 25% 의변환효율, 작동의고안정화를통한 +0.05GHz 주파수안정도, 약 :30 개의부분별 module 화, -4-

6 90% 이상 부폼의 국산화, 정렬의 간편화를 위한 보조장치 개발, 초보자에 대한안전성 향상 및 외국산에 비하여 가격의 저렴화를 이룩하였다. 개발된 랴여처는 자외선에서 근적획선에 걸쳐 따장을 변화서킬 수 있어 반도체 분야의 불성조사, 신소재 개발, 화공산업의 반용해석과 반옹과정 조사, 레이처 분광연구, 피부암치료, 공해물질 검출과대기오업의 원격감시 -등의 용도에 효과척으로 사용할수 있올 것으로기대훤다. -5-

7 .m 껴u 써싸 r 웠-l 加4 l Pνv1 U 때n Summary h a I. Project title 빼매1 빠aνAu,n u II. Objective and importance of the project The purpose of the project is to develope and commercialize the dye laser whose wavelength is tunable in broad ranges from ultra-violet to near infrared. This dye laser system which is high quality and relatively low price might stimulate researches and development of technologies in industrial fields such as semiconductor processing, material manufacturing, photo chemistry, laser spectroscopy, trace element analysis, dermatological cancer remedy, etc in our country. The cost of imported instrument is, however, so hi맑 that not many companies or people in our country can afford to purchase it. Foreign countries make a secret of hi링l techniques. This work is the middle output to go to LONG-TERM PROJECT. Therefore, home production of the tunable dye laser has been one of the tasks which has to be solved by ourself. -6-

8 r 빼r3 ιl 빼n n 없% 매r III.Scope and Contents of the project The project is to develope a commercial type. tunable dye laser based on the prototype. The key point of the project is to construct a very reliable system which even one. who has little experience with a laser, can use without any trouble. Output optimizations, hi빙1 stabilities in both laser power and oscillating wavelength, simple alignments, uses of home products for components, hi~l safety, and making exchangable modules in each component have been pursued. Users can select one of two oscillators. One type is GIN (Grazing Incidence Mirror) whose linewidth is relatively broad of 5GHz. The other one is SLM (Single Longitudinal 애ode) whose linewidth is very narrow of about 500MHz. Tunable ranges of these two oscillators have been tested in several dyes. Oscillating wavelength is controlled by the stepping motor interfaced to a notebook computer which has a home made software. By using a second harmonic generator, tunning ranges can be covered to UV. Even though a low repetition rate system, dye circulating system is needed to get maximum output power. In order to increase a conversion efficiency, two amplifiers are added. m N n F --n U i A m 떼 1 --A 聊r -7-

9 Atunable dye laser in broad ranges has been developed and commercialized in this project. High conversion efficiency more than 25%, hi양1 stability of 0.05GHz in long term, 30 number of modules, bi 힘 } safety for novices, and cost-down by using home products have been achieved. This laser tunable from UV to near IR can be utilized in many fields, such as semiconductor processing, material manufacturing, researches on chemical reaction dynamics, laser spectroscopy, remedy of dermatological cancer, environmental pollution detection, remote sensing of air pollution etc. -8-

10 목차 제 1 장서론 13 제 2 장레야저 제작 15 제 1 절 발진기 GIM 형 공진기 구성 " SLM 혐의 공진기 " ". " 쩌,1 2 철 색소첼과순환껴l 통 " "".. ". " 색소첼 ". ". " " 횡펌핑용씩소첼과펌핑계통... " 색소용액순환펌프 체 3 철추파수제어장치 " 제 4 컬층폭기 광분할기 광속확대기 셔터 44 제 5 절지지대및케이스 48 제 3 장결과 53 제 1 절 색소에 따륜발진파장영역 제 2 절 제 2 조화따발생에 의한따장영역 제 4 장결론 : " ".. ".. ".. " 59 부록

11 포표흩주풍 F 표 2-1. GIM 형공진기내부구성부품빛사양. \ \ 표 3-1. Rhodamine 6G 씩소의발진특성 표 3-2. 제 2 조화파발생에따른사용가능한결정. 표 3-3. 광대역파장가변레이저에의한따장가변염역. -10-

12 , 힘목화 그림 2-1. 광대역따장가변레이저의구성. 그럽 2-2. GIM 형 공진기 구조. 그림 2-3. GIM 형 공진기 구성 도면. 그림 2-4. SLM 혐 공진기 구조. 그힘 2-5. 종펌핑랜즈계의구성도. 그림 2-6. 충펌핑렌즈계의 도변. 그림 2-7. 색소첼구죠. 그림 2-8. 휩혐핑용벤죠계와씩소첼마훈트도면. 그힘 2-9. 책소순환장치 계학도. 그림 프로그램효촬도. 그림 카드의천송도표. 그림 레이져충폭기의세부구조개략도. 그림 광분할기도면. 그림 팡속확대기도변. 그림 셔터구성도면. 그림 3-1. 색소에따른발진효율. -11-

13 A l- 촌 1 특주흥 1- 사진 2-1. GIM 형레이져공진기. 사진 2-2. 종펌핑랜즈계마훈트. 사진 2-3. SLM 형레이처공진기. 사진 2-4. 색소첼 ( a) 총펌핑첼 (b) 횡펌핑켈. 사진 2 5. 펌핑 렌즈계와책소첼모률. 사진 2-6. 씩소용핵 냉각 5! 일. 사진 2-7. 책소순환장치. 사진 2-8. 개발된인터쩨이스카드. 사진 2-9. 프로그램이작동할때의 모숨. 사진 광분할기 (a) 팡분할기의모습. (b) 쳐지대위의 광활기. 사진 광속확대기모습. 사진 셔터모습. 사진 조럽훤례이쳐의천체모습. 사진 3-1. 광대역파장가변레이처의발진모습. -12-

14 저 1 1 장서론 자외선에서곤척외선까지넓은영역에걸쳐따장올가변시킬수있는레이져는반도체분야의물성조사, 신소재개발, 화공산업의반용해석과광혹매, 및원자력산업의원자분광기술개밭, 공해물철의검롤과오혐의원격감시등챔단광산업분야에셔의다양하거i 용용되어 오고었으며최근에는국내에서도이 분야에대한관섬과투자가커지고 있는실정이다. 이들용용분야에서는대상물질에따라서혹은대상시료의상태측기체, 반도체, 금숙등에따라셔파장변화에대한홉수도가판이하게달라지키때문에이에따른척철한파장선돼이요구되 E 로이률위하여넓올명역에걸쳐파장율변화시킬수있는광대역파장가변레이져가필요하게된다. 외국에셔이미상폼화된이툴레이처툴구입하려면고가의금액율지불하여야하며판련핵심기술률윤륙혀등율통하여이전하되기에어려푼형현이다. 본연구실에셔는지금까지목정과제률율수행함으로써파장가변레이처관련기슐들율확보하였다. 이들기술이종합척으로이용되는중장기과제로가는과정에셔수요가급증되고있는레이처시스템올상폼화함으로써국내시장에고품질저가의광대역따장가변레이저를제공하고자하여본과제를추진하게되었다. 본과제에서는광대역따장가변레이처룰개발하고이의 상품화툴목표로하였다. 상품화에서요구되는레이저시스템출혁의

15 최척화, 작동의고안정화, 정렬의 칸펀화, 부품의 국산화, 고안전화, 및 가격의저렴화등올꾀하였다. 사용자의 펀의와훌력 규모를조절할수 있도록하기 위하여 레이저 시스템올약 30 개의 부분으로나누어 이툴올 모률화하였다. 레이저 시스템운 레이저 발생부, 주파수 조절부, 증폭기, 광펌핑을 위한광학계 색소순환장치들로코게 나누어 볼수 있다. 본보고셔는각모률들에대한기능, 특정, 빛 구성등올자세히 다루었다. 제 2 장에서는 레이저 구성에필요한각부분에대한기능및 특성풍올철명하였다. 레이저 발생의 핵심부이며 레이저의 특성율 결정지어 주는공진기 즉발잔기에대하여상솔하였으며충폭기, 주파수 조절기와이률위한 프로그램, 광펌핑율위한광학계, 책소순환장치, 안천성 제고률 위한 shutter, 및 케이스등에 관하여 설명하였다. 제3 장에셔는개발된 레이처 시소템의출력 특성에관하여 설명하였다. 제 4 장에서논결론적으로본과제의 결과, 요약, 문제점 및 건의 사항에 관한것이다. -14-

16 mω저 1 2 장레이처제작 본과제는레이저개발에있어서의상품확를위한각부품의모률화툴목표로하혔다. 이에따라각부폼의설명올설계도면과사진올통하여기술하겠다. 광대역파장가변레이저의컨체척인구성운그림 2-1 과같이레이쳐발진기, 중폭키팡펌펌률위한팡학계, 발진파장변환꽉, 쇄소순환장치둥으로구성되어있다. X 게 1 1 흘효별효훈 }71 본과제에서는비교척안정성이놓윤 GIM 형공진기와, ASE 가척고 고분해능올갖는 SLM 형공진기의모률화에성공하였다. 1. Gl 에형공진 71 구성 본레이저개발에사용된공진기는그림 2-2 와같은 GIM 혐을도입하였다. 색소레이저공진기는각종광학소자로구성된광학계통과이툴지지, 조절하는기계장치로구성된다. 광학계롱은회철격자, 봐창선택거울, 색소첼, 원통혐접속벤즈등으로구성된다. 원통혐렌즈로펌핑광을집속하여색소첼에횡펌핑을하였다. 공진기의색소첼은 Radiant 사엌 RDVC20 을이용하였으며, 출력경과색소첼창사이의다중반사로언한에탈론효과를없애기위해

17 Pumping laser \. \ l Nd.YAG 2nd, 3rd 이 \... f" - \! 1 1 l Oscillator, Pre-Amp.. - MainArnp..... 냉싫 & 앓..._-".. 1t1l,I -! I Frequency Controller..., Circulator Circulator 그림 2-1. 팡대역파장가변레이저의구성. -16-

18 Pump beam Grating! '"-'.. Wi.. - MOd r.. i. - Output Tuning mirror Dye cell Output mirror.::t 립 2-2. GIM 형공진기구조. -17-

19 색소첼전체툴광쭉에대하여 10 범위이내에서기울일수있케 하였다. 기계장치는 회철격차와 tuning mirror 툴지지하고조절하는파창 선택부, 씩소셀이 장확되는펌핑부, 출력경이 장확되는풀력부 등으로 구성흰다. 씩소레이저의 안청된 발진올 위해셔는광학소자와 여러 기계창치가진동에 안청해야되며, 풍진기외 여러 변수률변화시켜 훌 력혹성물연구하기 위해셔 광학소자륨 입외의 위치에 창확, 청렬할수 있어야한다. 회철격자와 tuning mirror 등의구성요소률조철하는가 계장치는위치변경과회전이가능하도록하여그에따르늠툴력욕성의변화률연구하기협도록하였다. 색소의농도결정은사용하는색소의종류와펌프광의세기, 원하는훌력파장올모두고려해야한다. 이특계수가크고펌프광의세기가세변작운농도에셔도발진이이루어지며농도가낮아지변활력파창도단따장확으로이동하게훤다. 또한 Raylei 압I 거리는농도에의해결첨되어지므로최척공진가킬이또한달라지거 } 된다. 여기된색소에셔생긴자발방출광은긴띠모양의활성영역율지나변셔증폭되어띠방향으로밝은점이보인다. 이첨윤출력경이나완천반사거물에의해반사되어활성영역으로되롤려지며훌력경으로는코링이안된 window ( 약 4엉반사 ) 를쓰는것이일반척이나씩소의이득이착거나펌프광의세기가약하면회철격자의효율이낮율때는수섭 % 정도의반사옳율갖는출력경율사용하기도한다. 본과제에선따장 /10 의표면가공을한 BK-7 유리위에유천체코팅이흰 거울 ( 20 엉반사 } 을사용하였다. 반사된빛이색소셀내의활성영역율 -18-

20 지나면강한밝은점이되며이첨올찾기위해선정밀도가좋은 mount 툴사용하여야한다. 회철격자논르기가 12nnnx50mm 이고격자수는 2400 l/nnn 인홀로그래픽회철격자툴사용하였다. 회철격자에셔회철되는빛의양은공진지의효율과출력의펀광에척첩척인염향올마치며광의입사각파편광상태, 격자홈이따인상태에의해결청된다. 밀반책으로획철격자에입사되는각이 90 도에가캅율수혹효율이처하되며회쩔격자에대하여 S 현팡보다 P 현팡일때가훌율이더욱훌다. 이러한이유에셔 4 개로구성훤프리률조합률이용하여씩소뺑로확터방활되는광확옳확대시켜획훨책자에입사시컴으로써회쩔쩍차외효율이총카되도확였다. 희철쩍차에셔획컬흰빚용에셔!1. 화 (high order) 의빚용파장선택거물로합확지않고바로씩소웰로. 함활수있으므로획컬쩍차홈사이의칸쩍윤따장의 배인것흩선택하는것이좋으며본실험에셔발진서킨파장명역에션 24001ine/mm 획절격자는일차회캘광만발생시격이로인한문제는없었다. 또한거울과회철격자사이툴오가며다중반사되논빛을없애기위해선회철격자를격자홈에대하여수직한방향을축으로약간기울어지도록두어야한다. Tunung mirror 는유전체다충박막거울올사용하였요며, 이 mirror 대신에 Littrow 회철격자률사용할경우레이저발친선폭율춤더줄알수있다. 레이처주사장치에필요한모터와회천대논각각스테핑모터 ( Oriental PX243GOIA ) 와 Newport 사의 472 툴사용하였으며, 이들을커플러 (NKB 사의 MST-16C-5x5) 로연결하였다. 이때 tuning mirror 의위치를알기위하여 1um 이하의정확도를갖는 limit 스위치 ( Omron mα

21 D5A-1100) 를사용하였으며, 회전대의워엄기어치수는 1807~ 화리툴사용하였다. 아울러스테펑모터 (0.1 도Istep) 1 스텔옵직이는데따른주따수변화는 36Hz 로서, 본공진기에서의에상되는발진선폭과비교할때적당한값이다. 정렬이이루어져발진이시작되면원통형렌즈로집숙시키는펌프광의위치가조금변하여도발진은이루어지므로좁은선폭올얻기위해셔접촉조건파 end mirror 의정렬올조금썩변동시키고회절격자도많이기율어지게하여다시청렬하였다. 선폭이롤운씩소레이처롤얻기위해서눈회철격자륨색소셀로부터 Ray1ei 밍1 거리에두어야하며, Raylei 밍l 거리는씩소셀로부터방훌되는광의발산 (divergence) 각율측정함으로써알수있다. 씩소레이처의에녀지전환효율은펌핑팡이가장찰접속되었올때가장코며, 이때발산각이가장좌다. 또한발산각이가장작올때회절쩍자의분해능이가장좋다. 륙정결파최소발산각운 4.3 mrad 였다. 이에해당되는 Ray1ei 방 1 거리는 4cm 청도이다. 색소셀에셔의 beam waist 는발산각 4.3 mrad파롤력경까지꺼리 10em틀고려활때 O.3nun 청도로추정되며, 회철격차에입사하는광속의칙경은약 O.5mm 이다. 이상의씩소레이처공진기부품들올표 2-1 에나타내었다. 제확에 사용된 GIM 혐공진기의도면올그림 2-3 에나타내었으며, 이에 따라제작된공진기를사진깝 1 에나타내었다. -20-

22 il---li--- -,,, j ff +! 鐘 ::=-_-:1- 그림 2-3. GIM 형공진기구성도변.? 1 4

23 사진 2-1. GIM 형 혜이저공진기 -22-

24 표 IH 혐공진기내부구성부품빛사양 No 폼 명 사 양 1. 원몽형 렌즈 훗챔 거리 ; 8cm, 1" 2. 훌력경 지륨 ; 1" 3. 씩소셀 킬이 ; 20n0n 4. 회철격차 50 nun x 10 nun, 2400 l/nun 5. tuning mirror 50 nun x 10 빼, 유천체 코팅 2. 5LH 형의공진기 볼공진기는그림 2-4 와같으며, 원리책으로는 61 에 협과 거의 같옴 공진기 구조이다. 다반혐핑 방향이 레이처 팡혹에 대하여 종으로혐 펌되는종펌핑 Littman 공진기이다. 종협훨으로 이루어 점에 따라 레이처 매질이 균일하게 여기되므로훌력빔의 공간척 분포가가우시안 분포에 가캅도록발진되는것이 특정이다. 또한공진기 길이가 5cm 이 내로 짧기 때문에종모드사이의 주파수차이가커져 단일모드발진 이 가농하고, 여기팡의 훨스폭야 짧아도 레이저 빔이 공진기 안에셔 여러번왕복할수있기 때문에 A5E 가없는깨끗한레이처 법율얻율수 있다. 혐핑광윤 구면랜즈률 이용하여 색소셀에 집속시켰으며, 펌핑윤 레이저 발진 방향과동일한 종펌핑 방법을 사용하였다. 이때 사용훤 랜즈의 훗점거리는 70cm 정도가적당하다. 그러나 춧점거리 70cm 의 -23-

25 End mirror Grating Pump beam F m Output 때m 그립 2-4. SLM 형공진기구조. -24-

26 단일렌즈률사용할때후춧점거리역시 70 em 가되므로레이처장치가 녀무커지는단첨이었다. 이를보완하기위하여단일렌즈대신훗점꺼리 15cm 와 -5cm 의두랜즈를 IIem 의꺼리에두어, 그림 2-5 와같이춧점거리는 70cm 로유지되면셔후춧점거리는 20cm 로혹소되도룩하므로써레이저장치가소형화되도록하였다. 이를위하한펌핑벤즈의설계도변올그림 2-6 에나타내었으며, 이에따라제작된렌죠계률사진 2-2 에나타내었다. 씩소첼운 Hellma 사외 model No 률사용하였으며, 색소용액 의농도는 0.3 n 삐율사용하였다. Rear mirror 와 tuning mirror 는첼율 투과한여분의펌프광에도찰견딜수있으며아울러반사률도높운유전체다충박막거울올사용하였다. 화장선택소자인회절격자는코 기가 10mmx25mm 이고격자수는 2400 l/mm 이며, 색소펠로부터방출된 광의입사각윤 89 도이다. 공진기의질이가 Scm 어므로종모드사이의깐격운 3GHz 이다. 앞셔기술한바와같이본공진기는단일종모드발진이가능하며, 이때예상되는레이저발친선폭은 0.56Hz 야다. 주사장치에사용되는 회전대는 GIM-90 과동일한것올사용하였으며, 모터는스헬당분해능이 좋윤오리엔탈 UPD534 센GHI-A 올사용하였다. 이스태펑모터는 1 스텔폼칙이는데따른주파수변화가 0.26Hz 로서헤이처발진선폭 0.5GHz 를고려할때알맞은것이다. 단일종모드발진시주파수의연속적인주사 가가놓하려면 rear mirror~ 위치가찰조절되어야하며, 어률위하여 마이크로포지션녀를부착하였다. 또한 rear mirror에주따수안정화에사용되는 PZT툴부착하였다. -25-

27 11 em --- f = IDem f = -Scm SLM Dye cell 그립 2-5. 종펌핑렌즈계의구성도 一 -- 그렴 2-6. 종펌핑렌죠계의도변. -26-

28 사진 2-2. 총펌핑렌즈계마운트. 사진 2-3. SLM 혐레이저공진기 -27-

29 이와같이처 l 착하여완성될 SLM 행공진기모률은사진 2-3 에나타 내었다. 처 1 2 홀흘 ~ = 갚二쩔펼도 1.1- 를륜혼훈겨 1 즐를 광대역 따창가변레이처 개발에있어셔색소첼의 설계눈매우 중 요한요소이다. 펌핑광으로여기훤색소의 대부분은바닥상태로되툴아 오면셔 레이저 발진에기여하지만일부는 triplet 상태에머무른다. 이 는 레이처매질의결휩올가쳐올뿐만아니라, triplet triplet 전이 애 의하여색소방훌광올홉수하므로손실의원인여된다. 어툴방지하기위해색소용핵올 순환서켜새로운색소용액율공급 해야한다. 륙히여기용고반복률과명균에너지가높은펌핑광일경우 색소용핵의냉각올위해색소용액율빼륜속도로순환시켜야하며, 이때 와류나기포가발생하지않도몹설계해야한다. 횡여기색소셀에접 속된펑행광의폭이 0.5nun 라하고, 구리증기레이처의반복률이 10 빠 Z 일때, 여기훨스가입사하고다옴펄스가입사할때까지새로운색소가채워치기위해셔는 5m/sec 의속도로색소용때을흘려야함을알수 있다. 색소용액의판면척이 20rmn x 1mm 라면잭소순환계의용량은 61/min. 이상이어야한다. 1. 색소첼 색소첼은광축과색소용액의방향에따라횡여기용과종여기용으로 -28-

30 나눌수있는데, 그림 2-7 은이들색소첼의구조를나타내며, 사진 2-4 는제착되어진색소첼의사진이다. SLM 공진기의경우에는, 공진기킬이률착게하여단일총모드로발진시키기위해셔는색소펠율치나논광경로률짧게해야하므로총여기씩소셀이책합하다. 반면 GIM 협공진기에셔나층폭기에셔는레이져법의세기벌도가크고광경로가질어야이특및효율이출아지므로횡여기책소첼이책합하다. 이에따라본연구에셔공진 71 에사용한총여기용색소펠윤 Hellrna 사의 modelno 이며, 색소첼과용핵순환 tube 와의연컬부분율 곡면으로하여 cell 내부의난류률줄이도록체작하였다. 이때유효단변적은 lnun x20mrn이고, 길이는 lomm이다. 횡여기색소헬에는고속류에척당한 Radiant 사의 RDVC20 올사용하였다. 그폭 ( 광록방향의길이 ) 은 20nnn 이며, 색소가흐르는판변의두께는 0.2 mm 에서 2mm 까지변화가가능하게제착하였다. 잭소첼의여기방식은횡여기방석이며, 유효단변의지름은약 lnnn 이고길이는 20m 이다. 증폭기앞에집속벤즈률두어입사레이처빔의단위변척당에녀지밀도를높게하였다. 증폭가에서는광경로가길기때문에색소용왜이광경로률따라균일하게분포되어있지않으면공간척으로불균일하게여기되어레이저빔의공간척분포가균일하게되지않고효율도감소한다. 특히고속류에셔발생하는난류는레어저범의시간적공간적균일성과효율올해치는요인이된다. -29-

31 dye flow pump light... strip type transverse pumping pump light cell type longitudinal pumping 그림 2-7. 색소쩔구조. -30-

32 ~ Q 장 Q 흉 (a) (b) 사진 2-4. (a) 종펌핑첼 (b) 휩힘핑 켈 -31-

33 2. 횡펌핑용색소첼과펌핑계통 횡펌핑용씩소켈과펌핑광올효파척으로사용하기 위하여 색소첼 마운트와펌핑렌즈시스템올하나의 마운트위에 장착하여 이들율모률 화시켰다. 이들은색소첼, 색소첼 지지대, 원통형 랜즈와그의 지저 대로구성되어 있다. 원통혐 랜즈는펌핑광을효울척으로펌핑할수있도톡각도조절 기능 올부여하였고, 또한접속정도를 조철합수있도룩선혐이동대 위에 부착 하였다. 증폭기의 정렬은어려운문제이며, 찰정렬되어야한다. 이를위 하여 혐핑팡율 집속시키는 원통형 렌즈의 바운트와색소첼 마운트가 무엇 보다도찰설계되어야한다. 원통형 벤즈마운트는춧점위치틀 정 확히 조철할수있게 하였올뿐만아니라, 수직선에 대하여 회전방향 으로조절가능하게 하여 발진기로부터 입력되는광과 커프렁이 찰되 케하였다. 색소첼 마운트또한입력광과커프렁이 철되게하기 위하여 수평면에 대하여 회전방향의 조절을 가능하게 하였으며, 아울러 직선 운동조절기능도 가능하게 하였다. 또한색소첼은광촉에 대하여 약간 기올어질수 있게하여 ASE 의 증폭올방지할수있게하였다. 이툴 원통혐펜즈마운트와색소첼 마운트는칙선운동에 대하여 지지 혹과나사률셔로반대로하여 함께사용함으로서 마운트구조툴간단하 게 활수있었다. 설계펀 도변을그림 2-8 에 나타내었으며, 제착된 모습올사진 2-5 에 나타내었다. -32-

34 ωt 냄 E + 취 ιr H\ I μa 바 - -t-i-!~ 냈 νπ { 8- 나 --r---- 후 ---μ 그립 2-8. 횡혐핑용멘즈쩨와색소쩔마운트도면. 었

35 사진 2-5. 펌핑랜즈계와색소썰모률. -34-

36 야ω3. 색소용핵순환펌프 색소순환기는그림 2-9 에서와같이펌프, 색소용액통, 냉각기빛필터로구성되어었다. 펌프는유량올변화시킬수있는 Micropump 사의 model No.22l 율사용하였으며, 최대유량과압력은각각 /min 및 4.3 기압이다. 훨터는 O.2um 까지의불순불과공기기포률 제거한다. 계속되는펌핑으로인하여색소용액이가혈되므로, 이혈율제거하기위하여색소용액통 ( 용량 1. 5liter) 속에냉각수툴훌힐수있는튜브를설치하였다. 사진 2-6 운냉각코일을나타내며, 사진 2-7 은펌프시스템전체의모습이다. 이툴순환장치에사용된튜브는외경이 1/4" 인테프론튜브를사용하였으나, 경우에따라셔는 3/8" 튜브툴 사용가능하게하였다. 또한색소용핵의교환율간훤하게하기위하여, 도레인밸브률 3휴확하였다. 색소례이처에는밭진기와중폭기의 색소용액농도가다르므로밭친 기용펌프와중폭기용휩프를따로셜치하였다.

37 Laser Cα)ling water Dye cell Filter C ling coil Dye Reservor Pump 그림 2-9. 색소순환장치계략도. Mm

38 사진 2-6. 색소용때냉각코일. h 든르 = 후 시 진 2 7. 색소순환장치. -37-

39 쳐 1 3 홀훌 류 ttl- 쥬 ; 처 훗 }- 흥 1 광대혁파장가변레이처에있어셔추따수체어는매우중요하다. 이롤위하여주따수제어는소형경량의노트북컴퓨터톨사용하여제 어할수있게학였다. Limit 스위치로 tuning mirror 의위치률인식토 록하였으며, 따장변화는스테펑모터를회전함으로서 tuning mirror 툴회천시켜행하혔다. 또한미세따장변화를행할수있게하기위하여 gear box 를사용하여모터의회천향올감쇄시켰다. 주따수저l 어프로그램의전체척인흐릅도는그럽 2-10 와같다. 01 프로그램은 setup 프로그램과주사 (scanning) 프로그램으로이루어져있다. Setup 프로그램운사용자가원하는파장으로주사활때의시착따창, 끌따장, 주사속도통물결정하는데사용되어지며, 추사프로그램윤현재의주사상태툴나타내어줌으로셔누구나쉽게사용할수있도록하였다. 자셰한프로그램의내용올부록에탐았다. 이때동산에이용되는 카드는자체적으로설계제착하였다. 그림 2-11 에셔 data 천송도표툴나타내었으며, 노트북컴퓨터에간편하게사용활수있도록소형으로모률화시겼다. 사진 2-8 용모률화시킨 팩과내부의 1. 0 카드모습이다. 사진 2-9 는이를장착한노트륙컴퓨 터에셔실제레이저률주사시킬때의컴퓨터모습이다. -38-

40 in.tialize : searching initial wavelength "Escape" "Return" SETUP PROGRAM ; Input scanning range scanning speed NO SCANNING PROGRAM 그림 프로그램흐륨도. -39-

41 < 따섭섭 {{ ) PA Address PE Decoder PPI PC 8 (} } Bus Trans. PC/AT 'I/O Channel Control Um PL뼈FL때rL iflρ lj.. lfl w 8 h) 밍섭다 υi μ!,.a \ { +5 VDC 그럼 카드의천송도표. -40-

42 사진 2-8. 개발된인터페이스차드. 사진 2-9. 프로그램이작동활때의모습. -41-

43 흥 i1 4 펄훌톨를흔풍 71 고환해씩소레이져의경우, 션혹혹소에사용되는회쩔쩍차, 에탑몬 둥에의한손상이커쳐레이져효율이수? 이하로매우낯다. 따라서 레이져시스햄의에녀지천환효률올놓이려면, 발진기에는펄스탑수 mj 청도로확운에녀지의펑펌광으로 레이져툴밭진시키고 혐핑광에너지 의 대부분운증폭기에 사용하는것이 좋다. 또한발진기에녀무많은 에너지가펌핑되면 ASE 에 의한손실이중대되며, 아울러첼내부의온도 상승으로인확여출력과주따수도불안정하여진다. 증폭기에셔는공진기와증폭기 사이의 시간지연율적당히 조절하고 공진기의 훌력으로 증폭기블포화시킴으로써 ASE 률많이 줄일수있다. 따라셔고롤력 고환해눔레이져 시스템이중폭기률장확하는것윤필수 책이라하겠다. 볼과체의총폭기 계혈올 그림 2-12 와 찰이 천치 및 추충폭기로 구성되어있다. 충폭기의 펌핑시깐치연옴팡숙이 레이저 공진기 내에 셔 한번왕복하는데걸리는 시간으로 정하여진다. 발진기와 증폭기 사이의광로정이척으면, 증폭기에서발쟁된 ASE 가 잭소 레어저 출력 경에 반사되어 되롤아올때 lasing 올일으켜 증폭가에손실을증가시 키고잡옵 (noise) 으로작용한다. 따라셔광로정올 펌핑광의 펄스길이 이상으로늘라므로서 이블방지할수었다. 1. 광분활기 -42-

44 L M M L OSC. output 그립 레이져증폭기의세부구조개략도. -43-

45 혐프광은광분활기에의하여발진기와천치및주증폭기에펌핑 되며, 이때광분할비는각각 10%. 30%, 60% 로하였다. 설계된팡 분할기마운트의도면올그림 2-13 에나타내었으며, 야에따라제작훤마훈료툴사진 2-10 (a) 에나타내었다. 이마운트논레이저내부체이스에고정하여사진 2-10 (b) 와같이레이저의윗쪽방향에서조절이가능하게현의성올도모하였다. 광분할기는팡학유리위에유전체박 막올증착한것올사용하였으며이들을손쉽게교환가능하게하였다. 또한자외선광원으로펌핑하는경우에이부품만교체하여사용가 능하께하였다. 2. 광속확대기발진기로부터발생한레이저광율증폭기에입사시킬때척철하게확대시킴으로셔중폭효율율층가시킬수있다. 또한최종출력레이져법의발산짝율줄이는혁할올한다. 이광속확대기에는망원겸혐팡속확대기용렌즈기스템과이들렌즈의거리를조철활수있는조절기그러고랜즈지지대로구성되어었다. 광속확대기의설계도면을그림 2-14 에나타내었으며, 제착된팡속확대기의모습율사진 2-끄에나타내었다. 3. 셔터펌핑용광의 개며l 툴묵척으로셔터장치툴부확하였다. 이툴구성온 천자석, 개떼용판, 스위치로구성되어 있다. 정렬시나광학부품의 교 환시 레이처 차단이 필요하며 케이스외부에 부착된 원격 스위치에 의 -44-

46 μ.-nr--ll l ll I --- ii r--- I 종 )- -<:::::-=τ:=, :.> I ~.ii il l ~-- -- 꺼 I t'_.-: 二느 τ- τ: 피 -~ --; 융 I~-:""':::;'" / 톤뀔 그럼 광분할기도떤. X %

47 (a) 카i ; /:; 總엇繼總행 ετ=ε~ --- L (b) 사진 팡분활기 (a) 팡분할기의모습. (b) 지치데위의팡힐기. -46-

48 -----r: I~,-_~ T--; 팬느 1 調 i - - L r! L 쉽 광숙확대기도변

49 하여작동율손협게개며 l 가가능하게하였다. 셔터의설계도면올그림 2-15 에나타내었으며, 제작훤셔터률사진 2-12 에나타내었다. ~l 5 훌훌 ;ξ1 ;;ξ1 ell 당갇커 1 1 걷 = 발진기와중폭기이률율고청하고외뿌충격으로부터 보호하기위 한지지대와케이스가필요하다. 모률화흰각부폼요소률고정하기위하여 12DDD 의알早미합판율사용하였요며, 책재되는마운트의꾸게에 의한알후미합판외변형율방치하기위하여 3 배삐 x 60nnn 봉의구조물 율양혹에발힘으로셔이롤방지하였다. 내부의광학후품율보호확기위하여이주의케이스촬부확하였으며내부케이스에는광로정율표시하여초보자도손쉽게사용가능하게하였다. 또한각모률화된광학마운트의청혈올손쉽게하기위하여정렬마운트의노브률케이스밖에설치하였다. 이렇게하여조립된레이저의모슐율사진 2-13 에나타내었다. -48-

50 사진 광숙확대기 -49-

51 / / 그림 2-15 셔터구성도변. i, ~ t"~ 않! 닙 ; ιy 씨 ( 싹힌패? ii r;! ", ~'" Y * 이 n,~ " " ι ν q 1 I '. ν, t 야. κ - 야 'l<~' ι - i 1, ~ "',J< ~--_ 사진 셔터모습. -50-

52 사진 초럽완성된레이처야외형뎌

53 몇뿔 액펼

54 야ω저 1 3 장결과 Z 케 1 1 출혹츠젝날二 il 0:1- 흔름 렬굴촌 1 n:l- 릇 ~ 면콩걷킬 Nd:YAG 레이저의 제 2 고조따로펌핑되는색소레이저는발진영역이 550 nrn nrn 염혁이다. 이때사용되는씩소는 Rhodamine, Kiton Red, DCM, LDS 등으로각기고유한발진따장영역울강으며, 발진폭은색소종류에따라다소차이가있으나일반적으로 30 nm 에서 60 nm 의폭 올갖눈다. Rhodamine 색소는에더지전환효율이매우높으며 560 nm 에서 640 nm 까지넓을가시광영혁에셔발진되기때문에가장폭밟게사용되고있다. 그림 3-1 윤본연구셀에셔제작한씩소레이저의발진특성으로셔 씩소에따른발진효율율륙정한자료이다. Rhodamine 씩소외경우 R590 과 R640 씩소의중간영역인 600 nm 근처에서발진효율이극히저조하기때문에, 이영역에셔레이처률발친시키고자활겸우에는 Kiton Red 책소불사용하는것이유리하다. Rhodamine 과 Kiton Red 색소의용때는에한율과메탄올율주로사용하며. 1 X 10E-4 mole 영혁에셔색소농도 률유지하여사용한다. 척외선영역의따장에셔는 DCM 이나 LDS 색소를사용한다. 이들색소는발진영역이빠lodamine 색소에비해밟으나, 발진효울은낮다. 본과제에셔제확된광대역따장가변레이처의발진모습율사진 3-1 에나타내었으며 Rhodamine 6G 색소에대한특성올표 3-1 에나타 내었다.

55 냉 Sξ -- ~ 15 ι) 섭 Q) 설 10-4 다킥 5 R590 KR620 DCM Wavelength (nm) 그립 3-1. 색소에따른발진효율. 뎌

56 ω표 3-1. Rhodamine 6G 색소의 발진특성 GIM type SLM type Bandwidth <5GHz < 0.5 GHz Conversion ef ficiency 25 % 15 0/0 Frequency Sl<.lbil ity < I GHz < 0.05 GHz ASE - background < 0.1 0/0 < 0.05 % Divergence < 3 mrad < 1 mrad Physical dilnension 28X50X 117cm 28X50X 117cnl WeIght 30 kg 35 k~ t=: 따

57 사진 3-1. 광대역파장가떤페이저의발전모습. -56-

58 Z 케 1 2 홀흘 X 케 1 2 즈릎느효과 ll.l- 별촉잣뀔어 1 으 1 훈 1 ~l- 릇 ~ 멀흘걷킬 제 2 조화따를발생시키기위한비선형매질로는 200nm 에서 250nm 영 역에서는 BBO 결정이사용되며 250 에서 470nm 영역에서는 KDP 결정이 사용된다. 보통하나의결정이작동할수있는파장영역이 20 nm 에불과하므로결정율자를때사용하고자하는따장에맞게찰라야한다. 파장영역에따라사용한결청올표 3-2 에나타내었으며, 파장에따른각결청과철단각올함께나타내었다. 비선형결정의위상청합조건올만쭉시키기위해셔는제 2 조화따 발생부를회천판위에설치하여야하며, 입사따장에따라각도조정올 하여야한다. 이률위하여 결정올회전테이블위에 설켜하여청교하게 제착하였다. 이률사용하여 책소레이처촬조화따발생 시켰으며, 입사광의따장 550nm 에셔 760nm 에 대하여 체 2 조화따률 275nm 에셔 380nm 까지 얻율수 있었다. 이률율청리하여 표 3-3 에 나타내었다. 표 3-3. 팡대역파장카변레이처에의한파장가변명혁 Nd:YAG SHG 혐핑기본따 nm SHG nm Nd:YAG THG 펌핑기본따 nm 합계 nm -57-

59 표 3-2. 체 2 조화파발생에따른사용가능한결정. - - Outpuζ nm crystal color filter reflective compensator filter BBO"A" none FR-4 CB-4S BBO"B" none FR-2 CB-4S BHO"B" none FR-l CB-4S BBO IB FC-l FR-O CB-4S BBQ"C" none FR-4 CB-4S BBQ"C" none FR-2 CB-4S BBO"C" none FR-1 CB-4S KDP"A" none FR-l CB-l ~ KDP"B" none FR-l CB KDP"B" FC-l FR-O CB KDP"C" FC-I FR-O CB-1 a KDP"C" FC-2 FR-O CB-l KDP"C" FC-2 FR-O CB KDP"C" FC-4 FR-O CB KDpnD" FC-2 FR 0 CB KDP"D" FC-2 FR-O CB-l KDP 'D' FC-4 FR-O CB-l KDP"D l FC-3 FR-O CB-1._ KDP"B1" none FR-1 CB KDP"Bl" FC-l FR-O CB KDp II R6G FC-1 FR-O CB-l 않-~

60 저 11 4 장결론 본과제에셔는광대역따장가변레이저를개발하고이를상용화하였다. 따장툴자외선에서곤척외선영역까지넓은영역에걸쳐변화시킬수있도록하였으며산업계와연구계에셔폭넓게사용할수있는두가지종류의따장가변레이저률설계제착하였다. 레이저는벌진부, 천치빛추중폭기의 3받으로구성하였다. 발진기툴두가지로설계제작하여사용자로하여금목척에부합되는레이저툴선돼하여사용할수있케하였다. 그중의하나는레이처발진선폭이 5GHz 정도이어셔대부분의옹용분야에서광범위하게사용이가능한 GIM (Grazing Incidence Mirror) 형이다. 다른하나는고분해능올필요로 하는특수분야에셔의웅용올위하여 1GHz 이하의선폭율갖는단일 종모드발진레이저 ( 8LM; Single Longitudinal 에 ode ) 이다. 통일 레이저시스템본체에셔사용자의목척에따라이률발진기물교환선택할수있게하였다. 레이처훌력올층대시키기위하여두개의중폭기시스템올부확하였다. 레이저변환효율올최척화하기위하여펌핑광의대부분은증폭기에펌핑하고극히일부분의작은양만을발진기에안정되게펌핑토록하여총에녀지천환효율율높였다. 발진가와증폭기간에광지연율둠으로셔 ASE 잡옴올줄였으며, 아울러충폭효율도총가시킬수있었다. 획척화된레이처컨체변환효율은 GIM 형의경우에 25%, SLM 의경우에 10% 에달하였다. 하나의레이저 -59-

61 시스템에푸개의색소순환장치를부착하였다. 발진기의농또가 중폭기의놓도에비하여높 71 때문야다. 전치증폭기와주증폭기는하나의색소순환장치틀사용하였다. 광축정렬이매우용이하도록설계제착하였으며, 발진주파수의자동체어시스템율부착하여비전문가일지라도손쉽게사용할수있도록하였다. Notebook PC 와인터페이스펀스테핑모터는레이저의따장율변화시킬수있는거율올입력훤프로그램올따라셔조철한다. Limit switch 롤부확하여파창조철용거울의위치률검지하고발진파장율 calibration 할수있도혹하였다. 상용화율실현시키기위하여레이처시스템전체률몇개의부푼으로나누어 module 화률일시하였고사용자의요구에의하여 module 별로레이처불구성할수있케하였다. 레이처발생시안청도룰높이기위하여 module 들율견고한지지대에지지하였으며먼지등올방지하기위하여 case 률부착하였다. 90% 이상의부홈올국산확시뤘으며, 초보자률도협케청렬할수있도몹청렬보조장치롤부확하였고안천장치률부확하여안천성율향상시쳤다. GIM 형레이처의경우는국내에셔상당한수요가었율것으로예상하며 SLM 혐도수요가휘따툴것으로판단훤다. 본레이저는고분해분광학, 광화학, 생화학, 광계혹환야둥의연구분야와반도체, 화꽁, 의료풍의산업분야에셔광범위하게용용이기대된다. -60-

62 부록#include (graphics.h> #include <conio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #include <dos.h> #include <string.h> #include <stdio.h> #include <alloc, h> #include "har필ul l. c" #define LAMDA 0 #define FREQUEN #define WNlJM 2 #define IIN!T #define delwave 0.33 typedef char map[730] : typedef map font[l1] : typedef char texti[50] ; typedef text! text2[6]: typedef char hfft[loo]: typedef hfft hfftt[20] : typedef char ffff[l2] ; typedef ffff ddmode[3]: struct fff{ int startwl. endwl, veloscan, repeatn, incwl triggn 때 : static float wave.oldwave: static font numfont: static text2 text3[4]: static hfftt help: static char *recl, *rec2; static int tx, dispmode: static ddmode dmode: } data: -61-

63 #include (graphics.h) #include <conio.h) #include <stdlib.h) #include <math.h) #include (dos.h) #include (string.h) #include <stdio.h) #include (alloc. h> #include.. 벼멍 ull.c" #define L4MDA 0 #define FRECUEN 1 #define WNUM 2 #define IINlT #define delwave 0.33 typedef char map[730]: typedef map font[l1] : typedef char textl[50]; typedef textl text2[6]: typedef char hfft[loo]; typedef hfft hfftt[20]: typedef char ffff[12]: typedef ffff ddmode[3]: stroct Hf{ int startwl. endwl, static float wave, oldwave: static font numfont: static text2 text3[4]: static hfftt help: static char *recl, *rec2: static int tx, dispmode: static ddmode dmode: veloscan, repeatn, incwl triggnum: } data: -62-

64 void gotowave( ): void 0야ngraph() ; void mainwindow(): void getfont( ); void initdisp(float x); void dispwave(); int menuwindow(int t): void pause(); void textout(int t); int setupwindow(): int nm(): int order(int x, int Y, int mode); void hel 여 isp(int x. int y, int mode): int endpro(): void dispwindow(): void ri혈lt( ): void left(): void de(): int initpos(): void right( ) utportb( 776, 2): de( ): utportb( 776, 0): de() : void left() outportb(776,3): de() : outportb(776, O): de() ; -63-

65 int initpos() int value: value=inportb(777); value=value%2: if(value==o) return(l): else return(0): void de() int i; for(i=o:i(=500:i++) int setupwindow() int key. deep, mode, i,xl, yl, ch, disth=o, distw=o, xp, yp: char rst[20]; clear viewport( ): x!=get 뼈 xx( ); yl=get 뼈 xy( ): rect 와 19le( 0, 0, xl, yl ); rectangle(l, l,xl-i,yl-l): rect 킹 ~le(3, 3, xl-3, yl-3); line(3, 50. xl-3. 50): line(3, 52, xl-3, 52): xsize=2: ysize=2: setfillstyle(solid_fill, 빠 UTE): floodfill(lo.lo, 뻐 lte); tcolor=blue: houttextxy(200, 10, "SETUP ysize=l; xsize=l: 프로그램 " ) ; houttextxy(500, 30, " 원자력연구소 " ) ; -64-

66 1 않mωtc 이 or=whlte: rect 하 ~le(20, 70, 300, 100): rect 와 ~le(23, 73, 297, 97); rect 하 ~le(20, 220, 300, 250): rect 없 ~le(23, 223, 297, 247); houttextxy(350, 300, "INITIALIZE MODE"); houttextxy(40, 228, "DISPLAY MODE :"): houttextxy(200, 228, dmode[dispmode]); rect 하 ~le(20, 110, 300, 205); rect 리 1 홉 1e(23, 113, 297, 203); line(200, 113, 200, 203): rectangle(340, 70, 620, 100): rectangle(343, 73, 617, 97): rect 하 ),gle( 340, 110, 620, 250): rect 하 ~le(343, 113, 617, 247): line(520, l13, 520, 247); for(i=0:i<=2;i++) ,,., 떼뼈웹J + 때니 nij+ linj 짝1ine(343, , 617, ): 1ine(343, , 6l7, ): rectangle(20, 395, 620, 425); rect 하 ~le(20, 430, 620, 460): setfillstyle(solid_fill, 9): floodfill(5, 475, 때 lte) ; houttextxy(40, l39-22, " 시착파장 " ) : houttextxy(40, 139, " 끝파장 ") ; houttextxy(40, , "SCAN 속도 " } : houttextxy(40, , " 반북횟수 tt ) ; houttextxy(350, , " 시작파장 " ) ; houttextxy(350, 139,.. 끝따장,. ) ~ houttextxy(350, , "SCAN 속도 " ) : houttextxy(350, 파장증가분.. ); houttextxy(350, ,.. 기다렬 TRIGGER 수 " ) ; houttextxy( ,.. 반북횟수 " ) : houttextxy(40, , "SCAN MODE"); 야ωmw 때 ---- 때劉+

67 STA 없 : houttextxy(350,139-62, " 앓 r 돼 NAl TRIGGER MODE' ) ; puti 빼훌 e(24, 74, rec2, XOR_PUT): disth=7: 뼈 de=o; key=o: helpdisp(distw,disth, de); do{ ch=getch( ); if(ch==o) ch=getch() : if(ch==15) if(distw==l) puti 뼈 ge(24.74 rec2, XOR_PUT): puti 따필 ~(344, 14, rec2, XOR_PUT); distw=o: helpdisp(distw, disth.mode): if{ch==77) if(distw==o) puti 따ge{344.74, rec2.xor_put): 뻐 ti 뼈ge(24.74.rec2, XOR_PUT): distw=l: helpdisp(distw, disth, mode); if(ch==80) if(distw==o) puti 빼 ge(zz, 74, rec2, XOR_PUT): puti 뼈 ge( rec2, XOR_PUT); distw=2: -66-

68 helpdisρ(distw.disth.mode): i f( ch=:::72) if(distw==2) pμ tl~el rec2.xor_put); puti 뼈ge(22.74, rec2.xor_put); distw=o: helpdisp(distw, disth.mode); if(ch==27) goto END: }while ch!=13); x~344; disth=o: yp=114: deep=5: helpdisp(distw, disth.mode); if(distw=~) deep=3: xp=24: puti 많펌 ~(xp, yp.recl.xor_p Ul ) : do{ dot ch=getch ( ): if(ch==o) ch=getch( ); if(ch==80) if(disth!=deep) 다 Jtimage(xp, yp, recl.xor_pu1 ); puti 뼈 ge(xp, yp+22, recl.xor_put): disth++: yp+::22: -67-

69 helpdisp(distw, disth, mode): i f(ch==72) if(disth!=o) puti뼈ge(xp, yp, recl, XOR_PUT): puti빼ge(xp, yp-22, recl.xor_put): disth--: yp-=22: helpdisp(distw.disth.mode): i f( ch==27) 앤 Jti 뼈 ge(xp.yp, recl, XOR_PUT); goto START: }while(ch!=13) : mode=l: helpdisp(distw.disth, mode): i=o: hgets(xp+190, yp+3. "", rst): mode=o: helpdisp(distw.disth, mode): switch(disth) case 0: data, startwl=atoi(rst); bre랴 ; case 1: data.endwl=atoi(rst); break: case 2: data.velo5can=atoi(rst): bre려 (: default: break; md:; }while(key!=loo): -68-

70 int menuwindow(int t) char *smode, *tmode. *swave.*ewave.*nswave, *newave. *numt, *et, *nsevel, *sevel, *enex, *nnex, *nine.*ine, *lee: int eh: smode="m 0 DE: SCAN MODE" : tmode="m 0 DE: 않 r. swave=" 시학파장 : ; ewave=" 륨파장 :". sevel="scan 축도 :, inc=" 파장충가분 : ; TRIGG 댄뻐 DE": et=" 기다릴 TRIGGER 신호수 : ; enex=" 설행횟수 : setcolor{ 꿰 UTE): rect 하 ~le(20, , 440); reet 하 ~le(22, 182, 298, 438): rect 하 ~le( , 440): reet 하 ~le(322, , 438); line(22, 207, ); line(22.209, ): floodfill(23,206. 빠 UTE): setfillstyle(solid_fill, BLACK): floodfill( 따 UTE): floodfill(323, 183, 짜 UTE): houttextxy(60, 188, " 현채상태 ) ; houttextxy(40.215, smode); houttextxy(40, 235.swave): houttextxy(40, 255, ewave); houttextxy(40, 275.sevel); itoa(data.startwl.lee, 10); houttextxy( ee): itoa(data.endwl.1ee.lo); houttextxy(200, 258. lee); itoa(data.velosean, lee.lo): houttextxy(200, 278, lee); -69-

71 때., 않설*L 이*,, I Uch=getch( ): switch(ch) }while(chl=255): case 0: ch=getch(): if(ch==59) return(o); case 13: return(l): case 27: return(2): defaul t: break: main() int size, i.set, t, ch, key=o: char *buf: t =O: data.startwl=iinit; data.endwl=500: data.velosc 없 =1: printf("p 파 ASE dot left(): delay( 1); }while(!initpos()): dis 빼 de=lamda: WAIT FOR INITIALIZE!"): init뼈n( 뻐빼ONT FlLE, ENGFONTFlLE): lpengra 매 (): getfont( ); wave=oldwave=iinit: do{ mainwindow( ); dispwindow( ): initdisp(oldwave): -70-

72 set=menuwindow(t); if(set==o) setupwindow(); else if(set==l) set=run() ; if(set==l) setupwindow(); else if(set==2) endpro(): else if(set==3) }while(key!=255): getch() ; closegra 뼈 (): textout(2): tx=2: int endpro() int ch: textout(3): tx=3: do{ ch=getch( ): if«ch==121)::(ch==89)) }while(ch! =110): c1osegraph( ): exi to): void helpdisp(int x, int y.int mode) int i: -71-

73 ιsetcolor(0): for(i=396:i(=424:i++) line(21.i.600.i): setcolor{ WHlTE) : i=order(x.y, mode): tcolor=wh Ilτ; houttextxy(35.403,help[i]): void gotowave() { if(wave<data.startwl} dot left( ): wave+=delwave: }while(wave(data startwl): else dot ri양lt( ) : wave-=delwave: }while( wave> 펴ata. startwl ): int run() int ch, key=o: textout(l) : RUN: gotowave( ): tx=l: do{ dispwave(wave, oldwave, numfont): oldwave:wave: wave-=delwave: ri 링 1t( ):

74 m 빠A u 야 m e 뼈 m if(kbhit()::(wave<data.endwl» }whi le( key! =1) : textout(2) : tx=2: do{ ch=getch() : if(ch==o) if(ch==27) ch=getch( ): if(ch==27) key=l; ch=getch( ); if(ch==59) return( 1); endpro() ; return(3): i f( ch==13) { key=o: gata RUN: }while(key!=255): { x m v.., int value: if«x==o)&&(made==o» switch(y) case 0: value=l; return(value): case 1: value=3: return(value); case 2: value=5: return(value): -73-

75 case 3: value=7: return(value): case 7: value=o: return(value); default:bre 하 <: if((x==l)&&(mode==o)) switch(y) case O:value=l: return(value); case 1:value=3: return(value); case 2:value=5: return(value): case 3:value=9: return(value): case 4:value=11: return(value): case 5:value=7: return(value); case 7:value=O: return(value): default: break; if((x==o)&&(mode==l)) switch(y) case 0: value=2: return(value); case 1: value=4; return(value); case 2: value=6: return{value); case 3: value=8: return(value); case 7: value=o: return{value): default:break: if{(x==l)&&(mode==l)) 5witch(y) case O:value=2: return(value): case t:value=3; return(value); case 2:value=4: return(value); -74-

76 case 3:value=10: return(value); 떠se 4:value=12: return(value): case 5:value=8: return(value): case 7:value=O: return(value): default: break: if((x==2)& 에 y==7» if((x==2)&&(yf=7» return(o) : return(15): return(16): void textout(int t) int x=322.y=182, i: tcolor=blaa<: for(i=o:i(=5:i++) houttextxy(x+lo, y+30+25*i.text3[tx][i]): tcolor= 빠 UTE: fcr(i =O:i(=5:i++) houttextxy(x+lo, y+30+25*i, text3[t][i]): void 뿌때 raph( ) int gd, gm: gd=d 다 ECf; ini tgraph(&gd, 빼, ); void mainwindow() int i,xl, yl: -75-

77 elearviewport( ); xl=get 뼈 xx( ); yl=get 빼 xy( ); seteolo r{ 뻐 ITE): reet 없 gle( 0, 0, xl, yl ): reetangle(l, l,xl-1,yl-1); reet 하 ~le(3, 3, xl-3, yl-3); reet 와 ~le(3, 3, xl-3, 50); line(3.52,xl-3,52): xsize=2: ysize=2: setfil1style(solid_fill, 뻐 lte); floodfill(lo, lo,whlte): teolor=l: houttextxy(80, lo, "DYE 냐SER 께어 프로그램 " ): ysize=l: xsize=l: houttextxy(500, 30, " 원자력연구소 ") : setfillstyle(solid_fill, 9): floodfil1( xl-5.yl-5, 빠 UTE); void dispwindow() int i, xl=get 뼈 xx( ), yl=get 뼈 xy() : reetan홉 le(loo, 70.xl ): re 야하 ~le(98, 68, xl-98, 152): line(133, 70, 133, 150): setfillstyle(solid_fill, BLAα) : floodfil1(134,71, 째 ITE): teo1or= 짜 UTE: setfil1style{solid_fill, BLUE): floodfill(101, 71, 찌 UTE): houttextxy(110, 76, " 현 PI) : houttextxy( 110, 91,.. 채,. ): houttextxy( 110, 116, " 파 " ): houttextxy( , " 장 " ); %

78 void getfont() FILE *fp; int i: fp=fopen{"map.dat", "r"): for{i=o:i<~10:i++) fread{numfont[i]. 126, 1, fp): fclose{ fp): fp= fo 야 n( Vec1. dat, r ); recl =malloc(1938): fread(recl fp): fclose{ fp); fp=fopen("rec2.dat", γ ) : rec2=malloc(3226); fread{rec2.3226, 1. fp): fclose{fp); strcpy(text3[o][o]." 현재상태로프로그램을 "): strcpy( text3[o][i], " 실행시키려면 "); strcpy(text3[o][2], "< 뾰 furn >key 률, ) ; strcpy(text3[o][3], "s 얀 UP 율바꾸시려면 " ); strcpy(text3[0][4]. "< Fl >key 률눌러주십사요! }; strcpy( text3[o][5], " "): strcpy(text3[1][ 이, 현채프로그랩이 "); strcpy{text3[1] [1]... 실행되고있읍니다 "): strcpy( text3[l] [2]. " 중단하시려면 "); strcpy{text3[i ][31. "< ESC >key 룹. }: strcpy( text3[i][4], " 눌러주세요!.. ) : strcpy( text3[i] [5]. " "): strcpy(text3[2] [0]. " 프로그램이중단회었읍니다. ); strcpy( text3[2] [l], " 그대로실행시키려면.. ): strcpy{ text3[2][2], "< 뾰 rurn >key 롤, C strcpy(text3[2] [3]. "5 다 UP 율바꾸시려면 < F1 >key 률 " ): strcpy(text3[2][4],.. 작업을끝내려면.. ) : strcpy( text3[2][5], "< ESC >key 률누르세요! ); strcpy( text3[3] [0],....) : -77-

79 strcpy(text3[3] [2], h 작업율끝내시겠읍니까 ( Yes/No )?"): strcpy(text3[3] [1], " "); strcpy(text3[3] [3], " "); strcpy(text3[3l[4], " h): strcpy(text3[3l[5], " "); strcpy(help[ol, " 방향 key, 로뻐DE 률쩡하신후 < 뾰fURN >key 블눌러 추세요! ); strcpy(help[l], " 시작파장율바꾸시려면 < 뾰rURN >key 률불러추세요 u ): strcpy(help[2l, " 시착파장율정수로입력해주세요! ( 예 A 이면 50005)" ): strcpy(help[3]," 같 파장율바꾸시려면 < 뾰πRN >key 률눌러주세요! " ) : strcpy(help[4l, " 끝 파장율정수로입력해주세요! ( 예 A 이면 50005)") ; strcpy(help[5l, "SCAN 속도를바꾸시려면 < 뾰TURN > 율눌러주세요! ); strcpy(help[6j, "SCAN 속도블입력해주세요! ( 1 부터 10 까지 )") ; strcpy(help[7]," 반북횟수룰바꾸시려면 < 뾰 TURN >key 률눌러추세요! " ) : strcpy(help[8], " 반북횟수률입력해주세요! ( 1 부터 까지 )" ): str cpy(help[9], " 파장증가분율바꾸시려면 < 뾰nJRN >key 률눌러주세요! ): strcpy{help[lo], " 파장증가분율정수로입력시켜주세요! ( 예 5 A 이면 50)") ; strcpy(help[ll], " 기다럴 TRIGGER 횟수를바꾸시려면 < 뾰πRN >key 률 눌러추세요! ); strcpy(help[12], " 기다힐 TRIGGER 횟수를입력시켜추세요! n ) ; strcpy(help[13j, "( ESC >key 률누르시면현체의 MODE 률볕어납나다! }; strcpy(help[14l, " 현채의 S 다 'UP 에만혹하십니까? 만혹하시면실행 MODE 로갑니다 (YIN)") ; strcpy(help[15], "DISPLAY 뻐 ne 를바꾸서려면 < 뾰 πrn >key 률눌러주세요! ); strcpy(help[l6],.. 방향 key 로 DISPLAY MODE 를선택해주세요! " ) ; strcpy(dmode[o], " 파장 " ); strcpy( dmode[l], " 주파수.. ); strcpy(dmode[2], "WAVE wi 멈 ER"): void initdisp(float x) char map[9], ch: int i; sprintf(map, "%.3f", x): for(i=0:i(=7:i++) ch=map[i] : switch(ch) -78-

80 case 46: puti뼈ge(170+38*i, 90, n때 font [l O], XOR_PLTf): break: case 48: 뻐 ti 뼈ge(170+38*i, 90, numfont[oj, XOR_PUT): break: case 49:puti뻐ge(170+38*i, 90, numfont[l], XOR_PUT): break: case 50:puti빼용 ~(170+38*i, 90, numfont[2], XOR_PUT): break: case 51:putimage(170+38*i, 90, numfont[3], XOR_PUT): break: case 52:puti빼ge(170+38*i, 90, numfont[4], XOR_PUT): break: case 53:putimage(170+38*i, 90, numfont[5], XOR_PUT): break: case 54:puti뼈ge(170+38*i, 90, numfont[6], XOR_PUT): break: case 55:putimage(170+38*i, 90, numfont[7], XOR_PUT): bre려 <: case 56:puti뼈ge(170+38*i, 90, numfont[8], XOR_PUT): break: case 57:putimage(170+38*i, 90, numfont[9], XOκPur); bre 려 <.: default: bre 와 <: void dispwave() char map[9), mapl[9), ch, chl: int i: sprintf(map, "u.2f", wave): sprintf(mapl, "%. 2f", oldwave): for(i=o:i(=7:i++) if(map[i]! 패 apl[ i)) 79-

81 ch 매월 p[i] : chl=mapl[i]: switch(chl) { case 46:putimage(170+38*i, 90, numfont[10], XOR_PUT): break: case 48: 뻐ti뼈ge(170+38*i, 90, numfont[0], XOR_PUT): break: case 49:putimage(170+38*i, 90, numfont[1], XOR_PUl ) : break: case 50: puti 뼈훌e( i, 90, numfont[2], XOR_P U1 ) : br 않 k: case 51:puti뼈ge(170+38*i, 90, numfont[3], XOR_PUl ) : break: case 52:puti뼈용e( i, 90, numfont[4], XOR_PUl ) : break: case 53: 뻐 ti 뼈ge(170+38*i, 90, numfont[5], XOR_PUT): bre 려 <: case 54: puti 빼ge(170+38*i, 90, numfont[6], XOR_PUT): break: 않 se 55:puti 뼈 ge(170+38*i, 90, numfont[7], XOR_PUT): break: case 56: 뻐 ti 뼈홉 e(170+38*i, 90, numfont[8], XOR_PUT): break: case 57:puti 빼 ge(170+38ti, 90, numfont[9], XOR_PUT}: break: default: break.: switch(ch) case 46:putimage{170+38*i, 90, numfont[10], XOR_PUT); bre 하 <: case 48:putimage(170+38*i, 90, numfont[o], XOR_PUT): bre 려 c case 49:putimage(l70+38*i, 90, numfont[1], XOR_PUT): bre 려 <: case 50:putimage(170+38*i, 90, numfont[2], XOR_PUT): break: -80-

82 case 51:puti 뼈 ge(170+38*i, 90, numfont[3], XOR_PUT): break: case 52: 뼈ti뼈ge(170+38*i, 90, numfont[4], XOR_PUT): bre려,: case 53:puti뼈ge(170+38*i, 90, numfont[5], XOR PUT): break: case 54: puti 뼈ge(l70+38*i, 90, numfont[6], XOR_P따 ) : break: case 55:putimage(l70+38*i, 90, numfont[7], XOR_PUT); break: case 56: 뻐 ti빼ge(l70+38*i, 90, numfont[8].xor_put): break: case 57: 뀐다뼈ge{170+38*i, 90, numfont[9], XOR_PUT); break: default: break: void 뼈 use() getch() : getch() : -81-

83 - _ 서..,. - 지 -.. 정 * 보 l:} A-l1 수행기판보고서번호위탁기관보고서변호표준보고서번호 INIS 주제코 E - KAERI/RR-l143/ 제목 / 부제 광대역 파장, 자변 례이저개발 /,.- 연구책임자빛 1 부서명, l 종 1 민,( 기촉연구부, 원자분광학실 ) 연구자및부서명김충북 ( 원자분광학실 ), 김성호 ( ), 고도경 (.. ). 임창환 ( ), 1ν'.' 차형기 C"), 송규석 ( ), 청의창 ( " ), 이총훈 ( " ), 차병헌 (.. ), 한채만 c ), 노시표 ( " ), 이병철 ( ), 정도영 ("J, 임호 ( 제일기천 ), 유훈션 ( " ), 정병익 ( ),. 석금 t 숙 (/ ).. t 발행지대천발행기환한국원자력연구소발행일 페야지 11 p 도표유 ( 0 ), 무 ( 크기 26 em 참고사항 '91 년도륙정과처 I 비밀여부공개 ( 0 ), 대외비 ( ), 급바밀보고서종류연구보고서 위탁연구기관 계약번호 초록 (300 단어내외 } 본연구는자외선에서근척외선까지따장을변화시킬수 있는파장가변레이저률개발하고이률상품화하는것율목표 로하였다. 레이저공진기는사용자의북척에따라서선택힐수있게두가지형태 즉선폭이 5GHz 로넓은 GIM 형과선폭이 lghz 보다좁은고분해용 SLM 형을개발하여 module 화함으로써하나의시스템에서교환이가눔하게하였다. 고출력화률위하여 2 단의증폭기계통율부착하였요며출력조건을최적화하였다. 상품화에서요구되는고안정성, 안전성, 까격의저렴화동을꾀하였으며약 30 개의뼈 ule 로써레이저률 i 구성하므로써교환의용이와사용자가레이저출혁의크기에맞게선택하여구성힐 수있도룩하였다. 산업, 연구, 및학계에서많은웅용이기대된다. 주제병키워드 (1 0 단어내외 } 파장가변레이저, 색소레이저, 잭소레이저공전기

84 BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET Performing Org. Sponsoring Org. Standard Report No. INIS Subject Repor t No. Report No. Code KAERI/RR-1143/92 Ti tle/subtitie Broad band tunable dye laser development Project M 하 lager and Dept. Lee, Jon 뺑 in ( Atomic Spectroscopy Dept. Researcher and Dept. Jung Bog Kim (Atomic Spectroscopy Dept.), Sung Ho Kim, Do Keyung Go ("). 다lang Hwan Lim("), Si Pyo Rho("), Kyu Seok Song( ). By따18 Cheol Lee("), Jong Hoon 판li ("), Jae Min Han("). Hyung Ki Cha("). By따19H따1 Cha("), Do Y띠 'lg Jeong( ), Jae Min Han("), Yeu Ch하19 Jung("), Ho Im(Jaeil), Choon Sun Yoo("), By띠19 Ik Jung("), Gum Sook Seok(") Pub. Place Taejon Pub. Org. KAERI Pub.date Page al p III and Tab. Yes ( 0 ), No Size 26 em Note '91 National Project Classified φen ( 0 ), Outside( ), Class Report Type Research Report Sponsoring Org Contract No. Abstract (300 words) The technical goal and objectives are the development of a tunable laser which can be tuned from UV to near IR and comercialization for uses in various fileds. Two kinds of resonators are developed. User can select one resonator and change into the other without changing other parts. GIM type has a linewidth of 5GHz which is able to be used usually, and S내 type is very narrow linewidth of less than 1GHz. Each system can have one or two amplifiers depending on output power or cost. High stability and safety, cost-down, and modules into about 30 components have been tried. We hope that this laser can help developments in researches of university, industry, and institute. Subject Keywords (About 10 words ) Tunable laser, Dye laser, Dye laser resonator

85 주 의 1. 이보고서는과학기술처에서시행한특정연구개발사업의 연구보고서입니다. 2. 어보고서내용율발표활때에는반드시 i 과학기술처에서시 행한륙청연구개발사업의연구결과임올밝혀야합니다. 3. 국가과학기술기멀유지에필요한내용운대외적으로발표 또는공개하여서는아니됩니다. 광대역파장가번레이저개발 1992 年 12 月 22 日 印폐 1992 年 12 月 26 日 發行 發行 A 林 昌 生 發行處韓國原子力휩규究所 大田直轉市 { 짧城區 德律洞 150 印制所가나다사 믿는마음지킨약속다져지는신뢰사회