연구부

초강력레이저 연구부

초강력레이저 연구부

연구분야

  • 극초단 초강력 레이저 개발
  • 초강력 레이저와 물질과의 상호작용 실험
  • 초강력 장과 물질과의 상호작용에 대한 이론과 전산모사

2159fa5e0d385120f0c16f5dae9ac176_1698281573_6267.png2159fa5e0d385120f0c16f5dae9ac176_1698281573_5822.png2159fa5e0d385120f0c16f5dae9ac176_1698281573_4827.png2159fa5e0d385120f0c16f5dae9ac176_1698281573_3998.png

활용분야

  • 상대론적 레이저-플라즈마 상호작용
  • 실험적 천체물리
  • 극한 환경의 물성
  • 강력장 양자전기역학
  • 극초단 이차선원 (양성자, 이온, 전자, 고에너지 광자)개발 및 응용


극초단초강력레이저의 의미
  • 극초단 초강력 레이저 출력 10 TW(테라와트 = 1012와트)이상, 펄스폭 수백 fs(fs=1015초)이하의 광펄스클 만들어 내는 레이저
  • 극초단 초강력레이저 펄스클 집속하면 엄청난 세기의 전자기장 생성 예) 300, 30fs (1000 TW = IPW), 10um x 10um-> 102 W/cm?
    (지구에 입사하는 햇빛을 모두 오아 연필끝 하나에 집속한 것보다 강함)
  • 이러한 세기의 전자기장이 물질에 입사하면 다른 방법으로는 얻을 수 없는 극한 조건의 물리적 환경이 형성되어새로운 물리 현상 발생


극초단초강력레이저의 핵심원리 : 처프된 펄스 증폭(CPA)

약한 극초단(수십(S)펄스클 시간적으로 늘린 후 증폭하고 다시 시간적으로 압축하여 극초단 초강력 레이저 펄스 생성
적은 에너니(수J)로도 초강력 (> 1020 W/cm2)레이저장 생성

2159fa5e0d385120f0c16f5dae9ac176_1698281622_7861.png

세계의 초강력 레이저 연구시설
2159fa5e0d385120f0c16f5dae9ac176_1698281742_587.png



극한환경의 물리연구

초강력 레이저장이 만들어내는 극한조건은 지구상에 존재하는 다른 기술로는 얻을 수 없는 새로운 영역
• 상대로적 광학
• 고온 고밀도 물질연구
• 우주물리 현상을 실험실에서 구현
• 초강력장 아원자 물리

이차선원의 개발

초강력 레이저와 플라즈마의 상호작용을 이용하여 우수한 특성의 펄스형 이차선원 개발가능
• 고에너지의 양성자빔 : 수백 MeV의 에너지를 갖는 준단일에너지 양성자빔 / 이온빔 발생
• 고에너지 전자빔 : GeV의 에너지를 갖는 준단일에너지 전자빔 발생
• 결맞는 극초단 엑스선 : 엑스선 레이저(피코초), 상대론적 고차조화파(펨토초- 아토포)
2159fa5e0d385120f0c16f5dae9ac176_1698289752_6377.png


이차선원의 활용

펄스형 이차선원은 다른 기술로는 얻을 수 없는 시간분해능과 공간분해능을 동시에 제공
• 레이저 기반 엑스선 자유전자레이저 개발
• 극초단 원자 / 분자 / 고체 분광학
• 물진의 시분해 나노 이미징
• 양성자 / 이온 암치료 및 엑스선 암진단

극초단 초강력 레이저 시설
2159fa5e0d385120f0c16f5dae9ac176_1698289778_8976.png

2159fa5e0d385120f0c16f5dae9ac176_1698289778_9965.png
 



초강력 레이저 - 물질 상호작용 실험시설

레이저 - 물질 상호작용 실험실
• 각 실험실에서 두 개의 레이저빔 동시 이용가능
• 빔정렬을 위한 빔위치 모니터링 시스템
• 고대조비 펄스를 위한 플라즈마 거울
• 집적도 향상과 파면 제어를 위한 적응광학계
• 표적 시스템과 지초 계측 장비
c66e4c45f5687b2a15ee182e3935a352_1698297559_4116.png


기초 계측 장비 현황
• 양성자 / 이온 : 시간비행 분광기(TOF), 톰슨 파라볼라 분광기(TP), TOF - TP 복합 분광기
• 전자: 톰슨 파라볼라 분광기(TP), ICCD
• 엑스선 : 평면결상 연엑스선 분광기, 엑스선 핀홀 카메라
c66e4c45f5687b2a15ee182e3935a352_1698297574_0265.png

극초단 광양자빔 연구시설의 주요성과



2008

• 초강력 레이저로 Gev 전자빔 발생 Nature Photonics 2, 571(2008)에 개재
• 단일 펌핑 펄스로 이득포화된 13.9nm 엑스선 레이저 개발 Physical Review A 77, 023807 (2008)에 개재

2010

• 세계 최초로 펨토초 페타와트 레이저 개발 Optics Letters 35, 3201 (2010)에 개재
• 고차조화파 주입 엑스선 레이저 메커니즘 규명 Physical Review Letters 104, 053901 (2010)에 개재

2011

• 87nm 분해능의 엑스선 레이저 홀로그래피 구현 Applied Physics Letters 98, 121105 (2011)에 개재
• 엑스선 레이저 파동적 특성 규명 Physical Review A 84, 013834 (2011)
• 이중 플라즈마 거울 개발 Applied Physics B 104, 81 (2011)

2012

• OFM 메커니즘에 의한 상대론적 고차조화파 발생 Nature Communications 3, 1231 (2012)에 게재

2013

• 페타와트 레이저로 3 Gel 전자빔 가속 Physical Review Letters 111, 165002 (2013)에 게재
• 페타와트 레이저로 45 Mel/양성자 가속 Physical Review Letters 111, 165003 (2013)에 게재

2015

• 이색펄스 고차조화파 분광법 이용 분자 다중 오비탈 특성 분

2016

• 페타와트 레이저로 93 Mel/양성자 가속 Physics of Plasmas 23, 070701 (2016) 0 X/
• 세계 최초 20 s, 4 PN 레이저 개발

국제 학술대회 개최



2008

• Asian Symposium on Intense Laser Science 4 7*|

2010

• X - Ray Lasers 2010 7|*|

언론보도및 시설방문

• 연구성과 주요 일간지에 다수 소개
• 학계 및 정부인사 다수 방문