In this thesis, I describe the extreme ultra-violet (EUV) light generation using plasmonic field enhancement at nanostructure. EUV light is a key to advances in a variety of research and industrial areas such as lithography, microscopy and spectroscopy. EUV light in the wavelength range of 10-120 nm is produced from gaseous atoms or bulk crystalline solids with injection of a strong laser field of greater than $10^{13}W/cm^2$ intensities. Such intense laser fields are attained preferably by chirped pulse amplification (CPA) of femtosecond light pulses. Recently plasmonic field enhancement using metal nanostructures is investigated to boost the peak intensity of the incident femtosecond laser by a factor of greater than 20 dB while retaining the original ultrashort pulse dynamics. This method enables EUV light generation directly from moderate femtosecond pulses of ~ 1 x $10^{11}W/cm^2$ intensities without auxiliary power amplification. Plasmonic field enhancement applied to gaseous and bulk crystalline materials by fabrication of nanostructure generates various EUV light and these EUV characterized by
experiments for spectrum and coherence measurement. Plasmonic field enhancement using nanostructure demonstrates a possibility of achieving robust and reproducible EUV sources of the nano-scale for diverse EUV applications for microscopy, lithography and spectroscopy.
본 연구에서는 나노구조체에서 일어나는 전기장 증폭을 이용하여 극자외선의 빛을 생성하였다. 극자외선은 파장이 10-120 nm 에 해당하는 전자기파로 노광, 현미경학, 분광학 등의 다양한 분야에서 사용된다. 극자외선을 생성하기 위해서는 $10^{13}W/cm^{2}$ 이상의 광강도를 가지는 레이저 펄스를 가스 혹은 결정구조를 갖는 물질에 입사시켜 물질 내 전자를 이온화 및 가속해야 한다. 이러한 높은 광강도의 레이저 펄스를 만들기 위해서 복잡한 구성을 갖는 분산 펄스 증폭 방식을 이용해 펨토초 펄스를 증폭시켜왔다. 최근에는 금속 나노구조체에서 일어나는 플라즈모닉 전기장 증폭 현상에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이를 통해 20 데시벨 이상의 광강도 증폭을 구현할 수 있다. 이러한 전기장 증폭 특성을 극자외선 생성에 적용하여 복잡한 증폭 시스템을 나노구조체로 대체하여, 높은 광강도를 갖는 레이저 펄스를 생성하고 이를 이용하여 극자외선을 생성하였다. 보우타이 형태의 나노구조체와 깔대기 모양의 나노구조체를 설계 및 제작하였으며, 이를 통해 증폭된 전기장을 가스와 결정구조 물질과 반응시켜 다양한 특성을 갖는 극자외선을 생성하였다. 생성된 극자외선의 특성 분석을 통해 극자외선 생성 메커니즘을 분석하였다. 나노구조체를 통해 생성된 극자외선은 노광, 현미경학, 분광학 등 나노 수준의 공간 분해능을 요구하는 다양한 분야에 널리 적용될 것으로 기대된다.
