방전가열형 구리증기레이저의 제작에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

방전가열형 구리증기레이저의 최적화에 관한 수치해석적 이론연구 결과가 분석되었으며, 예상 평균출력 2W의 성능을 갖는 강제순환방식의 기냉식 구리증기레이저 발진기와 관련 전기회로장치 및 측정장치가 설계, 제작되었다.
활용성 및 고효율이 인정된 종방전방식의 방전가열형 구리증기레이저 장치에 대하여, 기 수행된 수치해석적 이론연구 결과가 분석되었으며, 설계되어진 레이저장치에 대하여 최적작동조건 및 설계변수의 변화에 따른 레이저출력의 변화가 파악되었다. 최적작동온도와 최적네온기체압력은 각각 1550℃, 25Torr로 계산되었으며, 충전전압 및 펄스반복율이 증가하면 출력은 증가하나 효율은 감소하는 것을 파악하였다. 설계변수 중, peaking capacitance의 최적값은 storage capacitance의 값에 거의 영향을 받지 않으며 1.5nF의 값을 가지는 것을 알았으며, 출력측 반사경의 반사율은 10%로 계산되었다.
방전전극간의 거리가 45cm, 플라즈마관의 내경이 1.6cm이고, 최대 24kV로 방전가능한 레이저발진기가 제작되었고, 관련 전기장치인 6kV, 600mA의 고전압전원장치, 3-7kHz의 trigger 펄스발생장치, 2.2H 충전인덕터를 포함한 펄스형태의 충전 및 방전회로와 고전압, 고전류, 고반복율 switch로서의 thyratron 보호회로 등이 설계되고, 제작되었다. 또한, 고전압 펄스를 검출하기 위하여, 1-5 MHz의 대역에서 사용가능한 1000:1 고전압측정장치가 개발되었으며, 관련 gas handling 및 진공장치를 포함한 구리증기레이저 장치의 구성이 완료되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The theoretical study on the discharge heated copper vapor laser has been reviewed and an air cooled copper vapor laser system of 2 W estimated average output power have been designed and developed along with related electrical systems and measurement circuitry.
Previously reported results of the modeling study for the discharge-heated copper vapor laser have been reviewed and the dependence of the laser output power on the operating conditions and laser design parameters have been described. The calculated optimum operating temperature was 1550 ˚C and the optimum Ne gas pressure was 25 Torr. For the increase of the charging voltage or the pulse repetition rate, the output power increases but the efficiency decrease. The calculated optimum peaking capacitance was about 1. 5 nF and was little influenced by the charging capacitance. The optimum output coupling was about 10 % and was almost independent of other parameters.
The distance between the electrodes of the present laser device is 45 cm, the inner diameter of the plasma tube is 1.6 cm. The present system can be operated at maximum 24 kV. High voltage power supply of 6 kV and 600 mA, trigger pulse generator of 3-7 kHz, and the pulsed discharge circuitry including a charging inductor of 2.2 H has been constructed. A thyratron driver and protecting circuit has also been developed. A high voltage probe which is usable in the frequency range of 1-5 MHz was developed and the copper vapor laser system including gas handling and vaccum system has been completely constructed.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 국문초록 = 1
• 제1장 서론 = 3
• 1-1 개요 = 3
• 1-2 구리증기레이저의 개발에 관한 역사 = 4
• 제2장 구리증기레이저의 동작원리 = 6
• 2-1 레이저 준위들과 레이저 준위들의 여기 = 6
• 2-2 낮은 레이저 준위의 이완 = 7
• 제3장 레이저의 동작에 관한 수치해석적연구 = 9
• 3-1 수치해석모델 = 9
• 3-2 최적작동조건 = 11
• 3-3 설계변수의 출력의존도 = 12
• 제4장 레이저 장치의 설계 및 제작 = 27
• 4-1 레이저 플라즈마관 = 27
• 4-2 전기회로 = 29
• 4-2-1 전기방전회로 = 29
• 4-2-2 고전압측정기 = 30
• 4-2-3 Thyratron 구동회로 = 30
• 4-3 구리증기레이저의 동작에 관하여 = 32
• 제5장 결론 = 39
• 참고문헌 = 40
• 영문초록 = 42
• 부록 충전회로 계산 프로그램 = 44