고체 매질을 이용한 고차조화파 생성 및 제어

Abstract

본 연구에서는, 고체 매질을 이용하여 극자외선의 고차조화파 생성하고, 그 특성을 이용하여 추가적인 광학계 없이 고체 매질의 표면 가공만으로 극자외선의 전파 특성 변조 및 집광 기술을 개발하였다. 800 nm 의 중심 파장과 12 fs 의 펄스폭을 갖는 레이저를 약 $10^{12}%W/$cm^2$ 의 세기로 고체 매질의 표면에 입사시켜 생성된 고차조화파는 MgO 크리스탈에서 약 47 nm 의 파장을 갖는 극자외선인 17차 고차조화파까지 생성되었다. 생성된 극자외선은 매우 높은 수준의 결맞음성을 가지며, 장시간 동안 안정적으로 초당 총 107 개 이상의 극자외선 광자가 유지되었다. 그리고 이러한 고체 매질에서 생성되는 극자외선의 특성을 바탕으로 고체 매질의 표면을 경사면, 그리고 곡면으로 가공하여 극자외선의 전파 특성을 조절하였다. 먼저 고체 매질의 표면에 경사면을 가공하여 해당 표면에서 생성되어 전파하는 극자외선은 각각의 차수에 따라 파장에 차이가 있음에도 색채 분할을 나타내지 않고 입사 레이저와 동일한 각도로 굴절되어 모두 평행을 이루며 진행하는 것을 확인 하였다. 그리고 색채 분할이 일어나지 않는 점을 이용하여 고체 매질의 표면을 곡면으로 가공하여 해당 표면에서 생성된 극자외선을 렌즈를 사용한 것과 같이 집광되며 전파하는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 극자외선 응용 분야에서 기존의 광학계 제거하고 그 효율성을 극대화 시켜줄 수 있기 때문에 극자외선 이용한 이미징, 가공, 분광 등의 나노 수준의 공간 분해능을 요구하는 다양한 분야에 널리 적용될 것으로 기대된다.