光펌핑 沃素레이저의 Dynamics 에 對한 數値 解析

Abstract

광 펌핑에 의한 요소레이저(iodine laser) 의 dynamics 를 연구 하고 레이저동작에 관련된 모개변수(parameter) 들에 대한 레이저 출력의 변화를 조사하기 위해 전자계산을 이용한 수치해석을 시행하였다. 레이저 동작중에 일어나는 화학반응들을 고찰하여 요소레이저의 에너지 준위에 대해 4-준위 모델과 6-준위 모델을 구성하고, 펌핑에 대해 고찰하여, 레이저 rate equation을 만들었고, 그리고 이 미분방정식을 한국과학원의 NOVA 컴퓨터에 의해 해를 구하였다. 시간에 대한 각 준위의 밀도(population) 의 변화를 계산하였으며, 모개변수에 변화를 주어, 각 조건에서의 최대출력(peak output power) 과 출력에너지(output energy) 를 구했다. 4-준위 모델과 6-준위 모델은 각각 이미 발표된 실험결과에 대해 잘 일치되는 계산결과를 보여주었으며, 판정된 특정의 레이저에 대해 최적치(optimum value) 들을 구할 수 있었다. 그 결과로서 Parent gas 의 기압과 펌핑의 세기가 증가함에 따라 출력펄스가 짧아지며, 또한 최대출력에 대한 최적기압은 출력에너지에 대한 최적기압보다 훨씬 큰 값을 갖게된다. 최적투과율은 펌핑의 세기에 따라 변화하며, 펌핑의 세기가 커질수록 높은 투과율의 값이 됨을 밝혔다. 온도의 변화에 따른 출력의 변화가 조사되었고, 요소레이저는 그 화학반응으로 인해 출력이 온도의 상승으로 인한 열분해(pyrolysis) 작용과 Quenching 현상을 통해 민감하게 변화함을 확인했다. 펌핑의 시간에 따른 변화를 Gaussian mode 등 다섯가지의 모우드로 주어, 출력펄스의 모양이 변화하는 것을 조사하고, Square top 의 형태와 같은 급격한 펌핑이 효율이 좋다는 것을 밝혔다. 이러한 계산을 통한 연구는 처음으로 시도된 것으로서, 부분적으로 개선의 여지가 남아있으나 만족할 만한 결과를 얻었다고 생각한다.