KR100993894B1

KR100993894B1 - 랩탑(ｌａｐ－ｔｏｐ) 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치

Info

Publication number: KR100993894B1
Application number: KR1020080103060A
Authority: KR
Inventors: 김승우; 진종환; 김승철; 박인용
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-11-11
Also published as: US20100098118A1; KR20100043841A; JP2010103078A; US8009350B2; JP5103415B2

Abstract

본 발명은 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치에 관한 것으로, 펨토초 레이저 발생기, 상기 펨토초 레이저 발생기에서 출력되는 빛을 전달하는 광전달수단, 상기 광전달수단을 통해 전달받은 빛이 통과할 때 근접장 증폭이 일어날 수 있는 나노 개구를 가지는 금속 박막의 미세패턴, 상기 광전달수단을 통해 빛이 상기 미세패턴을 통과할 때 비활성 기체를 공급시켜주는 기체 공급부 및 상기 미세패턴과 기체 공급부를 진공 분위기 내에서 수용하기 위한 진공챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 외부 광증폭기 없이 미세패턴을 통해 근접장 증폭으로 입사되는 펨토초 레이저의 반복률을 유지시키면서 고차 조화파 생성을 달성할 수 있음으로 랩탑(lap-top) 크기로 소형화할 수 있는 큰 이점이 있다.

랩탑, 근접장, 고차 조화파, 펨토초, 미세패턴, 플라즈몬

Description

랩탑(ｌａｐ－ｔｏｐ) 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치{High-harmonic generation apparatus using a local field enhancement for lap-top size}

본 발명은 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 공진기나 광학적 증폭을 사용하지 않고 장치를 소형화하여 간단하게 입사되는 펨토초 레이저의 반복률을 유지시키면서 가간섭성 EUV(극자외선)나 연 X-선을 생성할 수 있는 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치에 관한 것이다.

EUV 및 X 선은 가시광보다 파장이 짧은 영역으로, 빛을 이용한 정밀 측정에서 파장의 크기에 제한되는 회절한계에 의한 측정 분해능을 향상시킬 수 있으며, X 선 영역까지 확장을 함으로써 좋은 투과 특성을 이용하여 생명 공학과 관련된 미세 측정이나 비파괴 검사에 활용할 수 있다.

특히, 이와 동시에 가간섭성이 좋은 광원을 생성할 수 있다면 빛의 간섭 및 회절 현상을 이용한 다양한 응용이 가능하다.

그리고 입사되는 펨토초 레이저의 반복률을 유지시킬수 있기 때문에 EUV 및 X선 영역에서의 정밀 분광학이나 주파수 표준 측정 등에 사용할 수 있다.

EUV 및 X 선을 생성하는 여러 방법 중의 하나가 가속기(synchrotron)를 이용하는 방법이다. 가속기를 통한 EUV 및 X 선 생성의 경우 큰 광량 및 좋은 질의 빛을 얻을 수 있으며, 동시에 다양한 여러 파장대역을 얻을 수 있는 장점은 있으나, 시설 자체의 크기가 아주 방대하고 고가의 시설이므로 실험실 단계에서는 간단히 구성할 수 없는 문제점이 있다.

이를 극복하는 방법으로 최근에는 펨토초 레이저를 이용한 고차 조화파 생성 방법이 제안되어 비교적 작은 실험 장치로써 가간섭성 EUV 및 연 X 선(soft X-ray)을 생성할 수 있게 되었다.

고차 조화파(High-order Harmonic) 생성은 Ar, Ne, Xe 등의 비활성 기체에 높은 시변 전기장을 가함으로써 전자가 이온화 되어 궤적에 따라 운동하게 되고 다시 재결합함으로써, 이온화 에너지와 전자의 운동 에너지의 d합에 해당하는 에너지가 EUV 및 X선 대역의 빛으로 발생하게 된다.

이런 고차 조화파 생성을 위해 전자를 이온화시키기 위해서는 최소 10¹³W/㎠의 광 강도가 필요하다.

그러나 현재 대략 10¹¹W/㎠의 광 강도를 갖는 펨토초 레이저는 고차 조화파 생성을 위한 최소 광 강도를 만족시키기 위해 외부 공진기를 이용한 광학적 증폭인 처프 펄스 증폭(CPA ; chirped pulse amplification)방법을 이용하고 있다. 이를 1~2개 직렬로 연결하여 증폭하면 가스 원자를 이온화시키기에 충분한 광량을 만족시키게 된다.

그러나 CPA 방법은 고차 조화파 생성을 위한 임계값은 달성할 수 있지만, 펨토초 레이저의 반복률을 유지하지 못하고 KHz 수준의 반복률을 갖게 된다. 이는 정밀 분광학에 적용할 만큼의 고반복률을 달성할 수 없다. 또한, 구조가 복잡하고 장치의 부피가 커지는 가장 큰 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 빛의 광자와 나노 크기의 금속 미세패턴(구조체) 내부의 전자와의 상호작용을 통해 나타나는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance) 현상을 이용하여 기존의 고출력 증폭기술 없이 결맞음 특성을 가진 극자외선(EUV) 광원을 lap-top 크기의 장치로 소형화하여 산업상면에서 보다 효과적인 고차 조화파 생성장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있으며, 동시에 펨토초 레이저의 반복률을 유지시킴으로써 EUV 및 X선 영역에서의 정밀 분광학이나 주파수 표준 측정 등에 사용할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 펨토초 레이저 발생기, 상기 펨토초 레이저 발생기에서 출력되는 빛을 전달하는 광전달수단, 상기 광전달수단을 통해 전달받은 빛이 통과할 때 근접장 증폭이 일어날 수 있는 나노 개구를 가지는 금속 박막의 미세패턴, 상기 광전달수단을 통해 빛이 상기 미세패턴을 통과할 때 비활성 기체를 공급시켜주는 기체 공급부 및 상기 미세패턴과 기체 공급부를 진공 분위기 내에서 수용하기 위한 진공챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 한 특징으로는, 상기 미세패턴은, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al) 재질 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 다른 특징으로는, 상기 미세패턴은, 삼각 또는 사 각 형상의 금속박막이 소정간격을 두고 마주하여 나노개구를 형성하거나, 원형 형상의 나노 개구가 소정간격 중첩되어 나노 개구를 형상하는 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 미세패턴은, 삼각 또는 사각 형상의 금속박막이 소정간격을 두고 마주하여 나노개구를 형성할 때 160 내지 200nm의 길이와 20 내지 30nm의 간격을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 미세패턴은, 근접장 증폭 비율이 최소 20dB 이상이며, 상기 미세패턴 주변에 생성된 광 강도가 최소 10¹³W/Cm² 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 기체 공급부는, 상기 미세패턴 주위에 Ar, Ne, Xe를 포함하는 비활성 기체 중 어느 하나 혹은 그들의 혼합을 기체 또는 유체로 마이크로 노즐을 통해 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 또 다른 특징으로는, 상기 광전달수단은, 상기 펨토초 레이저 발생기로부터 출력되는 광을 집광하여 상기 미세패턴에 집광시키도록 하는 포커싱 렌즈 및 상기 펨토초 레이저 발생기에서 출력되는 광의 분산을 보상하기 위한 웨지 프리즘(wedge prism)과 처프 미러(chirped mirror)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 가장 큰 효과는 외부 광증폭기 없이 근접장 증폭 이론에 근거한 미세패턴을 제작하여 고차 조화파 생성을 달성할 수 있음으로 간단한 구조를 통해 소형화할 수 있는 이점이 있다.

더불어 본 발명에 따라 고반복률 EUV 및 X 선 광원을 생성할 수 있으며, 이를 통해 정밀 분광학, 차세대 노광 광원, 생명 공학, 비파괴 검사의 광원 등의 넓은 적용 가능성도 제시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치의 개략적인 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 근접장 증폭을 일으키는 미세패턴의 여러 실시예를 도시한 확대도, 도 3은 본 발명에 따른 미세패턴의 일실시예를 나타낸 확대도이다.

도 4는 본 발명에 따른 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치의 미세패턴의 바람직한 일실시예를 나타낸 확대도, 도 5는 본 발명에 따른 미세패턴에서 근접장 증폭을 통해 조사된 빛이 증폭된 형상을 도시화한 도면, 도 6은 본 발명에 따른 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치의 일시예를 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치는, 펨토초 레이저를 출력하는 펨토초 레이저 발생기(100)와 상기 펨토초 레이저 발생기로부터 출력되는 레이저를 전달하는 광전달수단(200)과 상기 광전달수단을 통해 전달받은 빛을 근접장 현상에 의해 증폭시킬 수 있도록 하는 금속의 미세패턴(300) 및 상기 미세패턴으로 빛이 통과할 때 비활성 기체를 공급해주는 기체 공급부(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

펨토초 레이저 발생기(100)는 대략 10¹¹W/㎠의 광 강도를 출력하는 레이저 발진기로써 본 발명에 따른 고차 조화파 생성을 위한 광원으로 펨토초 레이저를 출력한다.

본 발명에 따른 바람직한 일실시예로 상기 펨토초 레이저 발생기(100)는 10 펨토초 펄스폭을 갖는 것으로, 레이저 이득 매질로는 티타늄 사파이어(Ti:s)를 사용한 레이저 발진기를 통해 펨토초 레이저를 출력한다. 이러한 펨토초 레이저의 펄스폭, 파장 등의 조건은 사용목적이나 환경에 따라 광섬유 기반의 펨토초 레이저 등의 다양한 실시예로 변경 가능함은 물론이다.

상기 펨토초 레이저 발생기에 발생되는 펨토초 레이저는 수 MHz이상의 레이저 반복률을 가지며, 최대 펄스당 에너지가 수 nJ, 최대 광 강도가 10¹³W/㎠을 넘지 않는 원자시계에 안정화 가능한 펨토초 레이저이다.

광전달수단(200)은 상기 펨토초 레이저 발생기(100)에서 출력되는 광을 적절 히 전달하기 위한 것으로, 근접장 증폭을 위해 사용되는 후술할 미세패턴(300)으로 전달시켜주기 위하여 일실시예로 미러, 여러 광학부품에서 생길 수 있는 분산을 보상하기 위한 웨지 프리즘(wedge prism), 처프 미러(chirped mirror) 및 전달받은 광을 집광시켜주는 포커싱 렌즈(focusing lens)를 포함하여 개략적으로 구성되며, 이러한 상기 광전달수단(200)은 당업자라면 설계에 따라 다양하게 변경가능하다.

미세패턴(300)은 상기 광전달수단을 통해 전달받은 빛을 근접장 증폭이 발생되도록 하기 위한 구성요소이다.

근접장 증폭은 매질의 표면에서 수십 nm이내의 매우 좁은 영역에서 얻을 수 있는 것으로, 기본 이론은 surface plasmon resonance(표면 플라즈몬 공명)와 lightning-rod effect로 설명될 수 있다. 금속과 유전체의 경계면에 빛이 입사하게 되면 경계면에서 표면전자가 유도되는데, 입사파와 표면전자의 움직임이 공진조건을 만족하게 되면 표면파가 발생하게 되는데, 이것을 표면 플라즈몬 공명 효과라고 알려져 있다.

입사된 빛에 유도된 표면전자들이 나노개구를 가지는 상기 미세패턴(300)의 끝이 뾰족한 곳에 모이게 되면 표면전자밀도가 급속히 커져 큰 증폭을 얻을 수 있는데, 이를 lightning-rod effect라고 한다. 즉, 매질에 입사되는 빛과 전자의 상호작용에 의한 현상인데, 표면 플라즈몬 공명은 금속 매질의 유전상수와, lightning-rod effect는 매질의 모양과 깊은 관계가 있는 것이다.

상기 미세패턴(300)을 통해 최적화된 빛의 증폭을 얻는 조건을 설명하면, 매 질의 유전상수(dielectric constant), 입사되는 빛의 파장 및 편광방향 그리고 매질의 모양 및 크기 등이다. 금속매질의 유전상수는 실수부 값이 음수이고 허수부 값은 작을수록 증폭이 잘 되는데, 이를 가장 잘 만족시키는 금속매질로는 Ag(은), Au(금), Al(알루미늄) 등의 금속을 이용하여 상기 미세패턴(300)을 제작할 수 있다.

여기서 Ag가 Au 보다 증폭률도 좋고 유전상수의 허수부 값이 적어 증폭도 잘 되지만 Au가 Ag에 비해서 산화에 강해 화학적으로 안정화되어 있으므로 본 발명에서 바람직한 실시예로 미세패턴의 재질로는 Au를 사용한다.

재질이 결정된 상기 미세패턴(300)은 빛의 파장보다 작은 크기의 나노 개구가 형성되게 되는데, 금속박막으로 제작되며 파장 크기보다 작은 나노 개구임에도 불구하고 현저한 빛의 투과량 증가를 나타낸다.

이러한 요건을 고려하여 상기 미세패턴(300)을 제작하는 방법으로는 크게 두 가지로 나누어 질 수 있는데, 유리판과 같은 기판(substrate) 위에 금속을 증착하여 나노 개구를 갖는 미세패턴을 형성하거나, 유리판이 없는 단일 금속 박막에 직접 나노 개구를 제작하는 방법이 있다.

단일 금속박막의 경우에는 유리판이 없으므로 레이저를 집광하였을 때 유리판에 의한 레이저의 흡수나반사로 인한 손실을 없앨 수 있다. 그리고 나노 개구가 뚫려 있으므로, 유체나 기체를 나노 개구로 통과시키면서 증폭된 레이저와의 반응실험에 응용할 수 있는 효과가 있다. 따라서 본 발명에서는 단일 금속박막의 미세 패턴을 사용한다.

여기서 상기 미세패턴(300)의 나노 개구형상은 도 2에 도시된 바와 같이 bowtie(삼각형상 ; a), 사각형상(b)을 가지는 금속박막 2개가 소정간격을 두고 배열되어 이를 통해 형성되는 나노개구 또는 두 개의 원형개구가 소정간격 중첩되어 8자형상(c)을 가지는 나노개구 등 다양한 형상으로 제작 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 일실시예로 삼각형상의 금속박막을 통해 나노개구를 갖는 미세패턴을 나타내었다. 두 개의 삼각형이 일정한 간격을 두고 서로 마주 보고 있는 모양을 하고 있다. 이때 두 개의 삼각형의 높이 h 및 두께 t, 간격 d, 삼각형의 꼭지점 각도 θ에 따라서 증폭률이 달리지므로 이 4개의 값을 적절하게 조절하여야 한다. 따라서 상기 미세패턴을 이용하여 고차 조화파 생성을 위한 최소 광 강도인 10¹³W/㎠를 만족시키고자 한다.

도 4는 본 발명에 따른 바람직한 실시예로 bowtie(삼각형상) 형태로 배열된 미세패턴을 도시한 것으로, 펨토초 레이저의 광 강도가 10¹¹W/㎠이고 고차 조화파 생성을 위해 필요한 최소 광 강도가 10¹³W/㎠이므로 근접광 증폭을 위해 최소 100배 이상이어야 한다.

따라서 100배 이상의 증폭이 발생되어야 함을 고려하여 FDTD(Finite-Difference Time-Domain)을 이용한 전자기 시뮬레이션을 통해 획득한 최적의 나노개구 형상 설계값으로는 두께 50nm, 두 삼각형 사이의 간격 20nm, 삼각형의 높이와 각도가 각각 175nm, 30도로 제작하였다.

이를 통해 상기 미세패턴(300)의 약 60nm×50nm 영역 내에서 최소 100배 이상의 증폭비를 갖으며, 최대 증폭비는 마주보고 있는 삼각형의 꼭지점에서 약 500배 이상이 되도록 설계하였다. 이를 바탕으로 Focused ion beam 방법을 통해 2차원으로 10㎛×10㎛의 영역 내에서 bowtie 형상의 미세패턴을 배열하였고 입사되는 빛의 편광 방향으로 200nm의 피치(pitch)를 갖고, 그 수직 방향으로는 500nm의 피치를 갖도록 한다.

상술한 상기 미세패턴의 설계는 본 발명에 따른 일실시예일 뿐 FDTD 전자기 시뮬레이션을 통한 다양한 형상과 설계값을 통해 필요한 증폭비를 얻을 수 있는 형상으로 변형 가능하다.

이러한 극자외선 및 X선은 공기중에서 흡수가 매우 크게 일어나기 때문에 미세패턴을 이용한 고차조화파 생성은 진공분위기 상에서 배치되어야 한다. 따라서 근접장 증폭을 일으키는 상기 미세패턴(300)은 진공챔버 내에 구비되며, 상기 광전달수단에 포함되는 포커싱 렌즈와 함께 진공챔버 내에 구비되어 집광된 빛을 미세패턴에 입사된다.

도 5는 삼각형상을 가지는 미세패턴과 사각형상을 가지는 미세패턴의 실제 증폭된 빛의 세기 분포를 보여주는 것으로써, 50 nm 두께의 금 박막에 중심파장이 800 nm, 펄스폭 약 10 fs인 펨토초 레이저를 기본으로 하여 삼각형상을 배열한 미세패턴에 대해 수행하였다.

FDTD해석을 통해 최적의 증폭값을 얻을 수 있는 변수들을 구하였다. 이때 입 사하는 레이저의 편광 방향은 X축이며, 그 이유는 공진하는 전자밀도가 크게 나오기 위해서는 꼭지점의 뾰족한 방향과 전자의 움직임이 평행하여야 하는데 X축 편광방향이 이 조건을 만족시키기 때문이다.

바람직하게 상기 미세패턴이 삼각 또는 사각 형상일 경우 금속박막이 소정간격을 두고 마주하여 나노개구를 형성하되, 160 내지 200nm의 길이와, 20 내지 30nm의 간격을 가지는 바람직하다.

이러한 상기 미세패턴을 통해 별도의 레이저 광원이나 공진기 없이 근접장 증폭 비율이 최소 20dB 이상, 미세패턴 주변에 생성된 펨토초 레이저 광 강도가 최소 10¹³W/cm²이상을 가질 수 있게 된다.

기체 공급부(400)는 상기 미세패턴(300)으로 비활성 기체를 공급하여 줌으로써, 미세패턴을 통과하는 빛을 증폭시키기 위한 것이다. 고차 조화파 생성은 Ar(아르곤), Ne(네온), Xe(제논)을 포함하는 비활성 기체 혹은 그 혼합기체에 높은 시변 전기장을 가함으로써 전자가 이온화 되어 궤적에 따라 운동하게 되고 다시 재결합함으로써, 이온화 에너지와 전자의 운동 에너지의 합에 해당하는 에너지가 EUV 또는 X 선 대역의 빛으로 발생하게 된다.

상기 기체 공급부(400)는 Ar, Ne, Xe 외에도 다양한 비활성 기체로 사용하며, 상기 기체 공급부를 통해 공급되는 기체에 한정하지 않고 유체로도 가능하며, 마이크로 노즐을 통해 비활성 기체를 공급한다.

도 6은 본 발명에 따른 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치의 일실시예를 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이 고차 조화파 생성장치는 크게 펨토초 레이저 발생기(100), 광전달수단(200), 진공챔버 내에 구비되는 미세패턴(300)과 기체 공급부(400) 및 상기 미세패턴(300)을 통해 생성된 EUV 또는 X 선 빛을 분광시키는 회절격자(270)와 스펙트럼(280)을 획득하기 위한 광자검출기로 구성된다.

펨토초 레이저 발생기(100)는 앞서 설명한 바와 같이 동일한 조건을 가지는 레이저 소스를 이용한다. 상기 펨토초 레이저 발생기(100)에 출력되는 레이저는 미러(210)를 통해 반사되어 웨지 프리즘(220)을 통과한 후 제 1처프미러(230)와 제 2처프미러(240)를 거쳐 진공챔버 상에 구비된 윈도우 미러(250)를 통해 진공챔버 내로 입사된다.

상기 원도우 미러(250)를 입사된 빛은 진공챔버 내부에 구비되는 포커싱 렌즈(260)를 통해 집광된 후 소정 영역에 초점이 맺히고 이것은 미세패턴(300)에 입사되면 근접장 증폭을 통해 고차 조화파 생성을 위한 임계값만큼 증폭된다.

상기 포커싱 렌즈(260)를 통해 집광된 빛이 상기 미세패턴(300)에 조사될 때 기체 공급부를 통해 아르곤(Ar) 기체를 흘러주면 상호작용을 통해 더욱 큰 증폭 효과가 나타나고 극자외선이 생성된다.

여기서 생성된 극자외선(고차조화파)은 원래 펨토초 레이저의 홀수 배(n=3,5,7)에 해당하는 주파수를 갖는 극자외선으로써, 약 10nm 내지 200nm사이에서 홀수 차의 파장을 갖는 극자외선을 광원이 생성된다.

한편, 생성된 극자외선은 회절격자(270)를 통해 분광되며 광자검출기(280)를 통해 스펙트럼을 얻을 수 있다.

이와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 펨토초 레이저와 나노크기의 금속 미세패턴만을 이용한 간단한 구조를 통해 가속기를 이용한 대규모 설비 또는 외부 공진기를 이용한 복잡한 설비에서 벗어나, lap-top 크기로 소형화할 수 있어 첨단산업 및 기초학문 분야에 다양하게 활용할 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치의 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 근접장 증폭을 일으키는 미세패턴의 여러 실시예를 도시한 확대도,

도 3은 본 발명에 따른 미세패턴의 일실시예를 나타낸 확대도,

도 4는 본 발명에 따른 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치의 미세패턴의 바람직한 일실시예를 나타낸 확대도,

도 5는 본 발명에 따른 미세패턴에서 근접장 증폭을 통해 조사된 빛이 증폭된 형상을 도시화한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치의 일시예를 나타낸 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 펨토초 레이저 발생기

200 : 광전달수단

300 : 미세패턴

400 : 기체 공급부

500 : 진공챔버

Claims

펨토초 레이저 발생기;

상기 펨토초 레이저 발생기에서 출력되는 빛을 전달하는 광전달수단;

상기 광전달수단을 통해 전달받은 빛이 통과할 때 근접장 증폭이 일어날 수 있는 나노 개구를 가지는 금속 박막의 미세패턴;

상기 광전달수단을 통해 빛이 상기 미세패턴을 통과할 때 비활성 기체를 공급시켜주는 기체 공급부; 및

상기 미세패턴과 기체 공급부를 진공 분위기 내에서 수용하기 위한 진공챔버;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치.
제 1항에 있어서, 상기 미세패턴은,

금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al) 재질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치.
제 1항에 있어서, 상기 미세패턴은,

삼각 또는 사각 형상의 금속박막이 소정간격을 두고 마주하여 나노개구를 형 성하거나, 원형 형상의 나노 개구가 소정간격 중첩되어 나노 개구를 형상하는 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치.
제 3항에 있어서, 상기 미세패턴은,

삼각 또는 사각 형상의 금속박막이 소정간격을 두고 마주하여 나노개구를 형성할 때 160 내지 200nm의 길이와 20 내지 30nm의 간격을 가지는 것을 특징으로 하는 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치.
제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세패턴은,

근접장 증폭 비율이 최소 20dB 이상이며, 상기 미세패턴 주변에 생성된 광 강도가 최소 10¹³W/Cm² 이상인 것을 특징으로 하는 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치.
제 1항에 있어서, 상기 기체 공급부는,

상기 미세패턴 주위에 Ar, Ne, Xe를 포함하는 비활성 기체 중 어느 하나 혹 은 그들의 혼합을 기체 또는 유체로 마이크로 노즐을 통해 공급하는 것을 특징으로 하는 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치.
제 1항에 있어서, 상기 광전달수단은,

상기 펨토초 레이저 발생기로부터 출력되는 광을 집광하여 상기 미세패턴에 집광시키도록 하는 포커싱 렌즈; 및

상기 펨토초 레이저 발생기에서 출력되는 광의 분산을 보상하기 위한 웨지 프리즘(wedge prism)과 처프 미러(chirped mirror)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 랩탑 크기의 근접장 증폭을 이용한 고차 조화파 생성장치.