소형 적분구의 공간 복사 휘도 균일도 향상 연구

유용심,신동주,김봉학 한국광학회 2023 한국광학회지 Vol.34 No.5

절대복사온도계의 분광 복사 휘도 감응도를 교정하기 위해 압축된 polytetrafluoroethylene (PTFE)와 반사봉을 사용하여 높은 공간 복사 휘도 분포를 가진 KRISS형 소형 적분구를 제작하였다. 이 적분구의 공간 복사 휘도 균일도는 ±0.009%로 지금까지 국외 표준기관들이 보고한 최고값보다 5배 높았다. 또한, 상용 제품인 소결된 PTFE 적분구의 공간 복사 휘도 균일도를 10배 향상시켰다.

간섭성 반스톡스 라만 산란 현미경 후방 신호지 방사패턴에 관한 이론계산 연구

유용심,조혁,Yoo, Yong-Shim,Cho, Hyuck 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.4

높은 수치구경의 대물렌즈를 사용하는 간섭성 반스톡스 라만 산란 현미경(coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy)에서 폴리스틸렌구에서 발생한 신호의 먼거리장 방사패턴에 대한 이론적 계산 연구를 수행하였다. 극초점 조건에서 입사 레이저 광의 전기장 분포를 계산하였고, CARS 신호 생성원인인 비선형 분극(헤르치안 쌍극자) 방사의 간섭성 합을 통하여 먼거리장 방사 패턴을 계산하였다. 폴리스틸렌구의 크기에 따른 후방 방사패턴을 계산하였고, 1100 nm 직경을 가진 폴리스틸렌구와 폴리스틸렌 구껍질의 방사패턴을 비교하였다. 또한, 극초점으로부터 폴리스틸렌구의 중심이 이동함에 따른 방사패턴의 변화를 보였다. We theoretically investigated the far-field radiation pattern of epi-signal from a polystyrene sphere in coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy with an objective lens of high numerical aperture. We calculated the field distribution of the incident laser beams under the tight-focusing condition and the far-field radiation pattern through coherent addition of radiation from the nonlinear polarizations (Hertzian dipoles) as the origin of CARS signal generation. The epi-radiation patterns for polystyrene spheres of different diameters are calculated, and the pattern of a sphere is also compared with that of a shell fer a diameter of 1100 nm. We finally show how the radiation pattern of the polystyrene sphere changes as the center of the sphere shifts from the focus of the beam.

적외선 복사온도계의 복사원 크기효과 및 자기복사효과

유용심,김봉학,박철웅,박승남,Yoo, Yong-Shim,Kim, Bong-Hwak,Park, Chul-Woung,Park, Seung-Nam 한국광학회 2010 한국광학회지 Vol.21 No.4

모든 복사온도계는 복사원 크기효과(Size-of-Source Effect, SSE)와 자기복사효과를 가지고 있다. 복사원의 직경에 따른 복사온도계의 검출기 신호세기로 정의된 SSE의 주원인은 회절이기 때문에 파장에 크게 좌우된다. 본 논문에서는 중저온영역에서 복사온도의 전달표준기로 많이 사용되고 있는 TRT2(Transfer Radiation Thermometer 2, HEITRONICS)의 SSE와 자기복사 특성을 측정하였다. 측정한 TRT2의 SSE 값을 사용하여 계산한 결과 흑체의 온도가 $300^{\circ}C$ 일 때, 개구 직경이 60 mm인 흑체와 10 mm인 흑체의 복사온도 차이가 저온모드($8-14\;{\mu}m$)에서 $3.5^{\circ}C$, 중온모드($3.9\;{\mu}m$)에서 $0.5^{\circ}C$인 것을 알 수 있었다. 또한, 복사온도계 몸체 온도가 $2.6^{\circ}C$ 변화했을 때 자기복사효과 때문에 흑체의 복사온도는 110 mK 다르게 측정되었다. All radiation thermometers have a size-of-source effect (SSE) and a self-radiation effect (SRE). The SSE,defined as dependence of the detector signal of a radiation thermometer on the diameter of a source, is critically dependent on the wavelength since diffraction is the main cause. In this paper, we have measured the SSE and the SRE of TRT2 (Transfer Radiation Thermometer 2, HEITRONICS) widely used as a transfer standard in low and middle temperature range. At $300^{\circ}C$, The radiation temperature difference between the 60 mm diameter blackbody and 10 mm diameter blackbody due to the SSE was estimated to be $3.5^{\circ}C$ in low temperature mode ($8-14\;{\mu}m$) and $0.5^{\circ}C$ in middle temperature mode ($3.9\;{\mu}m$). In addition, the measured radiation temperature difference of the blackbody due to the SRE was found to be 110 mK when the body temperature change of TRT2 was set at $2.6^{\circ}C$.

레이저 유도 형광(LIF)기술을 이용한 CF2 라디칼의 공간분포 측정

유용심,박철웅,한재원,김정형,신용현,정광화 한국진공학회 2002 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.- No.-

℃ 이하 적외선 복사온도계 비교 교정장치 구축

유용심,김봉학,Yoo, Yong Shim,Kim, Bong-Hak 한국광학회 2018 한국광학회지 Vol.29 No.2

$0^{\circ}C$ 이하 적외선 복사온도계의 복사온도눈금 교정을 위해 기준 복사온도계 TRT2 (Transfer Radiation Thermometer 2, HEITRONICS)와 온도가변 흑체 ME30 (Model: ME30, HEITRONICS)을 사용하여 비교 교정장치를 구축하였다. 3개의 고정점(Ice ($0.01^{\circ}C$), In ($156.5985^{\circ}C$), Sn ($231.928^{\circ}C$))과 플랑크형 사쿠마-하토리식을 사용하고, $-50^{\circ}C$에서 TRT2의 내외삽 오차를 불확도에 포함시켜 TRT2의 복사온도 눈금을 교정하였다. ME30 흑체 개구에 공압으로 동작되는 뚜껑을 설치한 후 30초 동안만 뚜껑을 열고 복사온도를 측정함으로써 ME30 내에서 생기는 성에를 방지할 수 있었으며 비교 교정에 소요되는 시간도 반으로 줄일 수 있었다. $0{\sim}232^{\circ}C$ 영역 밖으로 벗어날수록 비교 교정장치의 불확도는 증가하며 $-20^{\circ}C$에서 확장 불확도는 0.26 K였다. Comparison calibration equipment for infrared-radiation thermometers below $0^{\circ}C$ has been established, using a TRT2 (transfer radiation thermometer 2, HEITRONICS) as a transfer standard and an ME30 (Model: ME30, HEITRONICS) as a variabletemperature blackbody. The TRT2 was calibrated using three fixed points (Ice ($0.01^{\circ}C$), In ($156.5985^{\circ}C$), and Sn ($231.928^{\circ}C$)) and the Planckian Sakuma-Hattori equation, and including the interpolation and extrapolation errors at $-50^{\circ}C$ in the uncertainty. The pneumatic lid is installed upon opening of the ME30 and is opened for only 30 seconds for measuring the radiation temperature, which prevents formation of ice in the ME30 and also reduces the calibration time to half. The farther away from the $0{\sim}232^{\circ}C$ region, the larger the uncertainty of the comparison calibration equipment becomes. The expanded uncertainty of the comparison calibration equipment was estimated as 0.26 K at $-20^{\circ}C$.

연속발진 레이저를 이용한 공동 광자감쇠 분광기 연구

유용심,한재원,김재완,이재용,이해웅 한국광학회 1998 한국광학회지 Vol.9 No.4

공동 광자 감쇠 분광법(cavity ring down spectroscopy, CRDS)은 미량기체의 절대밀도를 측정할 수 있는 고감도 레이저 분광기술이다. 연속발진 레이저(continuous wave laser)를 사용한 새로운 방법의 CRDS 분광기를 구현하였다. 이 장치에서는 PZT(piezoelectric transducer)를 움직여 공동의 길이를 비공명(off-resonance)상태로 빠르게 변화시킴으로써 입사되는 연속발진 레이저 빔을 차단하여 감쇠신호를 발생시킨다. 이 방법으로 570 nm 근처에서 압력이 2700 Pa인 아세틸렌(C2H2)의 overtone 천이에 대한 흡수 분광선을 측정하였으며, 이때 측정할 수 있는 최소 흡수계수는 3$\times$10-9 cm-1정도이다. Cavity ring-down spectroscopy (CRDS) is a high-sensitive laser spectroscopic technique capable of measuring concentrations of trace gases. We have demonstrated a new design of the CRDS spectrometer with a continuous wave (CW) laser. The ring-dwon signal is produced through blocking the incident CW laser by scanning the cavity length fast toward off-resonance iwth PZT (piezoelectric transducer). We have also measured an absorption spectrum of acetylene overtone transitions near 570 nm at the pressure of 2700 Pa, and the minimum detectable absorption coefficient has been found to be about $3{\times}10^{-9}\cm^{-1}$.

LIF와 컷오프탐침을 이용한 CF2 라디칼 밀도와 플라즈마 변수의 진단 및 상관관계 연구

김정형,유용심,신용현,정광화 한국진공학회 2004 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.- No.-

LIF와 컷오프탐침을 이용한 CF2 활성종 밀도와 플라즈마 변수의 진단 및 상관관계 분석

김정형,유용심,윤태호,정광화 한국물리학회 2004 새물리 Vol.48 No.5

CF$_4$ 유도가열 플라즈마에서 CF$_2$ 활성종의 거동에 대하여 연구하였다. CF$_2$ 활성종을 레이저 유도 형광법(Laser-induced Fluorescence(LIF))으로 측정하였다. 새로 개발된 컷오프 탐침을 이용하여 플라즈마 전자의 절대값을 측정하였으며 CF$_2$ 활성종과 전자온도와의 관련성을 살펴보기 위하여 전자온도를 이중 탐침을 이용하여 측정하였다. CF$_2$ 활성종과 전자밀도의 관계를 규명하기 위하여 전자밀도변화의 주요인자인 RF 파워를 변화시키면서 CF$_2$ 활성종의 밀도와 전자밀도 및 전자온도를 측정하였다. 그리고 공정압력, 가스혼합비율 등이 CF$_2$ 활성종의 밀도에 미치는 영향을 보기 위하여 공정압력 및 가스첨가에 따른 측정을 수행하였다. RF power의 증가에 따라 CF$_2$ 활성종의 밀도는 전자밀도가 낮은 영역에서는 증가하다가 임계밀도를 넘어서 높은 전자밀도 영역에서는 감소하는 것을 실험적으로 확인하였으며 반응식을 고려하여 계산한 결과와도 잘 일치하였다. 압력이 증가함에 따라 CF$_2$ 활성종은 증가하는데 반하여 전자 밀도와 전자온도는 감소하는 경향을 보였다. Ar 가스 첨가에 따라 CF$_2$ 활성종은 천천히 감소하는데 비하여 O$_2$ 첨가에 따라서는 급격히 감소하여 O$_2$ 가스에는 민감하게 반응하는 것을 볼 수 있었다. 전자밀도를 정확하게 측정할 수 있는 컷오프 탐침을 이용함으로써 전자밀도와 CF$_2$ 활성종과의 관계를 실험적으로 조사할 수 있었으며 계산된 결과와도 잘 일치하는 것을 확인하였다. The behavior of CF$_2$ radicals in a CF$_4$ inductively coupled plasma was studied. To study the relation between the electron properties and the CF$_2$ radicals, We measured CF$_2$ radicals by using the laser-induced fluorescence method, the absolute electron density by using a newly developed cutoff probe. To examine the relation between elec-tron density and CF$_2$ radicals, the CF$_2$ radicals and the elec-tron density we measured by varying the RF power, which influences the electron density. We investigated the dependences of the behavior of the CF$_2$radicals on the pressure and the gas mixture ratio. The CF$_2$ radical density increased with the RF power in the range of low electron density and then decreased above the critical electron density. The calculated relation between the electron density and the CF$_2$ radical density was in good agreement with the experi-mental results. The CF$_2$ radical increased and the electron density and temperature decreased as the pressure. The CF$_2$ radicals slowly deceased with the Ar mixing ratio and rapidly decreased with the O$_2$ mixing ratio.

미량 기체의 밀도 측정을 위한 외부 공진기 반도체 레이저 광학공동 적분 투과 분광법

류훈철,유용심,이재용,한재원,Ryoo Hoon Chul,Yoo Yong Shin,Lee Jae Yong,Hahn Jae Won 한국진공학회 2006 Applied Science and Convergence Technology Vol.15 No.1

광학공동 적분 투과 분광법(integrated cavity output spectroscopy, ICOS)은 파장가변 레이저와 광학공동을 이용해 미량기체의 절대 밀도를 고감도로 측정할 수 있는 실시간 흡수 분광계측 기법이다. 이 기법은 압전 소자를 이용해 길이가 변조되는 고 피네스(high finesse) 파브리-페로 공동(Fabry-Perot cavity)을 공명 투과하는 연속파 파장 변조 레이저의 적분 출력으로 부터 공동 내부 시료의 분광 흡수량을 측정하는 원리를 이용한다. 본 연구에서는 764,7nm 파장 근처에서 파장이 변조되는 외부 공진기 반도체 레이저를 광원으로 사용하고, $99.997\%$의 높은 반사율을 갖는 거울로 구성된 파브리-페로 공동을 이용해 파장에 따른 투과 감쇠 신호를 발생시키는 실험 장치를 구성하였다. 산소 기체에 대한 측정 실험을 수행한 결과, 최소 흡수계수 $8.45\times10^{-8}cm^{-1}$에 해당하는 미량기체 밀도를 측정할 수 있는 성능을 얻었다. Integrated cavity output spectroscopy(ICOS) is a simple, non-intrusive absorption measurement technique that can detect and quantify trace-level gas species. The spectral absorbance of a gas is quantified from the integrated optical output of the modulated high-finesse cavity containing the sample which is irradiated by a wavelength-swept laser source. We constructed an experimental setup by using a tunable single mode external cavity diode laser operating at the wavelength near 765 nm and a Fabry-Perot cavity with length modulation achieved by a piezoelectric transducer where one of the cavity mirrors sat on. In the experiment performed on minute oxygen gas at the wave-length near 764.5nm, we demonstrated the minimum detectable absorption of $8.45\times10^{-8}cm^{-1}$.

좁은 선폭을 갖는 파장가변 연속파 레이저의 펄스형 증폭을 위한 사중경로 색소 레이저 증폭기

이재용,이해웅,유용심,한재원 한국광학회 1999 한국광학회지 Vol.10 No.2

본 연구에서는 개념적으로 기생 발진을 비롯한 증폭기의 오동작 가능성을 최소화하고 좁은 선폭의 연속파 레이저를 펄스 증폭하기 위한 목적으로 새로운 구조를 갖는 사중경로 색소 레이저 증폭기를 제안하고 실험적으로 구현하였다. 펌핑 레이저의 펄스 에너지가 5.6 mJ이고 연속파 레이저의 입력 강도 100 mW일 때, 사중경로 증폭기는 약 130 MHz(FWHM)의 선폭과 1.5 mJ의 에너지를 갖는 레이저 펄스를 출력하였으며, 이는 약 2$\times$106 이상의 높은 증폭 이득과 27%의 에너지 효율에 해당하는 것이다. 사중경로 증폭기 내에 회절격자를 사용하면, 파장 선택 소자가 없는 보통의 증폭기와 비교할 때 총 출력 에너지가 4% 정도 증가됨과 동시에 ASE가 차지하는 비율이 10배 이상 감소하여, 총 출력 빔에 대해 ASE 에너지가 1.5% 이하로 억제된다. A new design of four-pass dye laser amplifier affording a narrow-bandwidth pulsed output is demonstrated to suppress the amplified spontaneous emission(ASE) carried by the amplifier output and reduce the possibility of parasitic oscillation in the amplifier. By the direct pulsed amplification of a cw 100 mW dye laser under a Q-switched doubled Nd:YAG laser pumping with energy of 5.6 mJ/pulse, high-peak-power pulsed output with 1.5-mJ energy in 130-MHz bandwidth is obtained corresponding to a power gain greater than $2{\times}10^6$ and an energy efficiency of 27%. The ASE ratio in the four-pass amplifier output is dramatically reduced by using a diffraction grating in the amplifier. Compared with the results obtained from the normal operation of the amplifier with no frequency-selective device, the ASE ratio is reduced by a factor in excess of 10 to remain under 1.5% of the amplifier output whereas the total output energy is slightly increased by ~4%.