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탐침 형태 테이퍼 도파로 내부의 증폭된 전기장에 의한 고반복률 극자외선 펄스 생성 = High repetition rate EUV pulse generation via surface-plasmon-enhanced field inside probe-type tapered waveguide
서명 / 저자 탐침 형태 테이퍼 도파로 내부의 증폭된 전기장에 의한 고반복률 극자외선 펄스 생성 = High repetition rate EUV pulse generation via surface-plasmon-enhanced field inside probe-type tapered waveguide / 박인용.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2011].
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HHG(High harmonic generation) is a method to generate coherent EUV/soft x-ray light source from interaction between high intensity laser and noble gases. In this investigation, we adopt the surface plasmon polariton phenomena to generate high repetition rate EUV pulses more simply and easily than pre-existing HHG methods. Femtosecond laser can be enhanced over than 20 dB on the inside surface of 3D tapered hollow metal waveguide theoretically without any repetition rate reduction, because of surface plasmon polariton energy accumulation. We design the optimized tapered waveguide for HHG through FDTD(Finite-Difference Time-domain) numerical simulation and fabricated at the NSOM(near-filed scanning microscope) tip with focused ion beam. The cross section shape of tapered waveguide is ellipse, tapered angle of waveguide is 14˚, the length is 9 μm, the oexit aperture minor axis diameter is 100 nm and ellipiticity is 0.5. HHG experimental results proved that the intensity enhanced factor exceeded 20 dB and the generated EUV wavelength was less than 20 nm, which was sufficient to pass through the Zr filter. Also, the efficiency is improved 100 times more than bowtie. We analyzed the generated EUV harmonic order approximately under the Fraunhofer diffraction theory combined with four types of EUV band-pass filters. Furthermore, we deposited the SiO2 layer at the inside of output aperture of tapered waveguide and produced the 266 nm UV pulse due to surface third harmonic generation. As mentioned above, we generated 75 MHz EUV pulses from HHG based on the surface plasmon polariton. More importantly, this waveguide can readily be fabricated on a cantilever structure to be suited for the scanning-mode near-field of EUV, high resolution ultrafast microscopy and metrology including photo-electron emission microscopy.

극자외선은 파장이 10 ~ 100 nm 에 해당하는 짧은 파장의 빛으로 대부분 물질의 흡수대역에 해당하므로 그 효용성이 매우 높아 많은 연구가 이루어 지고 있다. 극자외선을 생성하는 여러 방법 중에서도 고차조화파 방법은 생성되는 극자외선의 결맞음성이 매우 좋고 아토초(10-18초) 펄스를 생성할 수 있어 널리 쓰이는 방법이다. 기존의 고차조화파 생성방법은 원자의 이온화를 위해서 증폭시스템이 복잡한 처프펄스증폭을 이용하였다. 이 방법은 증폭시스템 과정이 복잡하고 생성된 고차조화파가 반복률이 낮아지는 단점이 있었다. 고반복률의 극자외선이 있으면 데이터 획득시간을 줄일 수 있어 좋은 신호대 잡음비를 얻고, 분광시에는 모드간의 간격이 넓어 분해능이 높아지는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 복잡한 레이저 증폭시스템을 간단하게 하면서도 높은 반복률로 극자외선을 생성할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 표면플라즈몬 현상을 이용하여 펨토초 레이저를 증강하였다. 표면플라즈몬의 금속표면에서 발생하여 도파하는 것으로 경사지게 도파로를 제작하면 표면플라즈몬의 에너지가 집속되어 회절 한계 미만 영역에서 전자기파를 증강할 수 있다. 본 연구에서는 표면플라즈몬으로 펨토초 레이저를 증강하고자 속이 빈 형태의 경사진 도파로를 은(Ag)으로 제작하고 내부에 펨토초 레이저를 도파시켜 표면 플라즈몬을 유도하고 펨토초레이저를 증강시켰다. 증강된 펨토초레이저에 의해서 이온화된 제논 가스로부터 극자외선이 생성되어 100 nm 크기의 구멍으로 빠져 나오게 된다. 경사진 도파로를 상용품의 탐침에 제작하였으므로 향후 극자외선 빛으로 물질 표면 분석이나 근접광학에 응용할 수 있는 가능성도 매우 높다고 할 수 있다. 이 와 같이 본 연구에서는 표면플라즈몬을 경사진 도파로에 유도하고 이로 펨터초레이저를 증강하여 고차조화파를 생성할 수 있음으로 실험적으로 보였으며, 생성된 고차조화의 특성을 분석하였다.

서지기타정보

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청구기호 {DME 11041
형태사항 v, 89 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : In-Yong Park
지도교수의 한글표기 : 김승우
지도교수의 영문표기 : Seung-Woo Kim
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 참고문헌 : p.83-86
주제 고차조화파
표면플라즈몬
경사진 도파로
전자기장 증강
집속이온빔
High Harmonic Generation
Surface Plasmon
Tapered waveguide
Field enhancement
Focused ion beam
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