초록 ▼

1. 최종 및 당해년도 목표
1.1 최종 목표
○ 차세대 페타와트급(PW, 10¹⁵ W, 1천조와트) 초고출력 극초단 광양자빔 시설 구축
- 100 TW급 극초단 레이저 시스템 구축
- 100 kHz 고반복률 저출력 레이저 시스템 구축
- 300 TW급 극초단 레이저 시스템 구축
- 극초단 광양자빔 전용 연구동 건축
- 500 TW 이상 PW급 극초단 레이저 시스템 구축
- 100 TW급 및 500 TW급 이상 다목적 표적 챔버 구축
- 극초단 광양자빔 종합연구시설

1. 최종 및 당해년도 목표
1.1 최종 목표
○ 차세대 페타와트급(PW, 10¹⁵ W, 1천조와트) 초고출력 극초단 광양자빔 시설 구축
- 100 TW급 극초단 레이저 시스템 구축
- 100 kHz 고반복률 저출력 레이저 시스템 구축
- 300 TW급 극초단 레이저 시스템 구축
- 극초단 광양자빔 전용 연구동 건축
- 500 TW 이상 PW급 극초단 레이저 시스템 구축
- 100 TW급 및 500 TW급 이상 다목적 표적 챔버 구축
- 극초단 광양자빔 종합연구시설의 안정적인 운영
- 종합연구시설 User Group의 형성 및 활성화
○ 극초단 광양자빔을 이용한 물질의 극초단, 극미세계 현상 규명 및 BT, NT, IT 와의 융합기술 실용화
- 극초단 엑스선 레이저 기술 개발
- 고출력 레이저와 표적의 상호작용을 통한 고에너지 양성자 가속
- 고체 타겟을 이용한 고차조화파 발생
- 언듈레이터 및 자유전자 레이저 선원을 위한 인프라 개발
- 아토초 펄스를 이용한 초고속 현상 연구
- 펨토초 레이저 가공 후 표면 연마 공정 기술 개발
- 주기적 구조를 이용한 THz 광원 발생
- THz meta-material 구현
- 양자구조의 시분해 분광 특성 연구
- 펨토초 레이저를 이용한 세라믹 재료의 나노가공 기술 개발
- 펨토초 레이저 기반의 기능성 전역 광 단층 영상 시스템 개발
- 엑스선 레이저 회절-이미징 기술 개발
1.2 당해연도 목표
○ 극초단 광양자빔 연구시설 설치운영 사업: 500 TW 이상 PW급 빔라인 구축
○ 극초단 광양자빔 이용기술 개발: 극초단 광양자빔을 이용한 2차 선원 발생 및 의료, 생물, 산업용 이용 기술 확보
2. 당해 기반구축 목적 및 중요성
○ 목 적 : 두 개의 500 TW 이상 PW급 빔 라인을 가지는 페타와트급 광양자빔 시설을 완공하기 위해, 당해연도에는 500 TW 이상 PW급 빔라인 II를 구축하고 dual beam 동시 동작 모드 구성을 완료함. 아울러 극초단 광양자빔 연구시설을 이용하여 BT, NT, IT 분야의 융합기술인 펨토과학기술을 개발함
○ 중요성 : 극초단 초고출력 레이저 연구시설을 페타와트급으로 출력을 향상시키기 위한 레이저 개발기술을 확보하고, 이 연구시설을 이용하여 기초과학 및 응용기술 분야의 연구를 활성화함으로써 BT, NT, IT와 융합된 펨토 과학기술을 개발하고, 한국의 기술선진국으로의 도약과 국내 광산업 기반기술 발전에 기여함
3. 기반구축 내용 및 범위
○ 극초단 광양자빔 연구시설 설치운영 사업
- 500 TW 이상 PW급 빔 라인 구축
• 500 TW 이상 PW급 빔 라인 II용 주 증폭기 구축(2/2)
• 500 TW 이상 PW급 빔 라인 II용 펄스 압축기 구축(2/2)
• 500 TW 이상 PW급 빔 라인 I과 II 동기화
• 페타와트급 출력 안정화
• 페타와트급 펄스 발생 및 최적화
• 페타와트급 레이저 펄스 시간 대조비 개선
• 100 TW 빔 라인과 PW급 빔 라인의 dual beam 동시 동작 모드 구성
- 500 TW 이상 PW급 빔 라인 II용 다목적 표적 챔버 구축
• 500 TW 이상 PW급 다목적 빔 전송 라인 II 구축
• 500 TW 이상 PW급 다중 실험용 전송 시스템 구축
- 다중 빔 전송 시스템 구축
• 100 TW 다중 빔 전송 및 평가 모듈 구성 및 테스트
• 페타와트 다중 빔 전송 및 평가 모듈 구성 및 테스트
○ 극초단 광양자빔 이용기술 개발
- 극초단 광양자빔을 이용한 고품질 2차 선원 발생 기술 개발
- 펨토초 레이저를 이용한 가공 및 제어 기술 개발
- 펨토기술과 BT, NT, IT와의 융합형 기술 개발
4. 기반구축의 성과
○ 500 TW 이상 PW급 빔 라인 구축
- 500 TW 이상 PW급 빔 라인 II용 주 증폭기 구축
: 증폭할 IR 펄스에 대한 펌핑 펄스의 시간적인 위치 조절 통한 기생 발진 억제
- 500 TW 이상 PW급 빔 라인 II용 펄스 압축기 구축
: 회절격자에 대한 레이저 빔 입사각과 거리 조절을 통한 레이저 펄스 시간 폭 최적화
- 500 TW 이상 PW급 빔 최적화
: 첨두 세기 최적화: > 10²⁰ W/cm², 빔 출력 안정화: < 2 % (RMS)
- 500 TW 이상 PW급 빔 펄스 시간 대조비 개선
: UPC와 Saturable absorber를 이용한 대조비 개선
- 100 TW 빔 라인과 PW급 빔 라인의 dual beam 동시 동작 모드 구성
: 포켓셀과 편광분리기를 이용한 5 Hz 펄스 선택 장치 구성
○ 500 TW 이상 PW급 빔 라인 II용 다목적 표적 챔버 구축
- 500 TW 이상 PW급 다목적 빔 전송 라인 II 구축
: 기존의 500 TW 표적 챔버 I과 II에 PW 레이저 펄스 공급용 빔 전송 라인 구축
- 500 TW 이상 PW급 다중 실험용 전송 시스템 개발
: 500 TW 빔라인 I,II를 표적 챔버 I,II에 분배 또는 챔버 II에 입사할 수 있는 전송 시스템 개발
○ 다중 빔 전송 시스템 구축
- 100 TW 다중 빔 전송 및 평가 모듈 구성 및 테스트
: 100 TW 빔 라인 I,II를 표적 챔버 I,II,III에 이용할 수 있는 전송 시스템 구성
- 페타와트 다중 빔 전송 및 평가 모듈 구성 및 테스트
: 페타와트 빔 라인 I,II를 페타와트 표적 챔버 I,II에 동시 실험 가능한 빔 라인 구성
○ 광양자빔 연구 시설 이용 활성화
- 산,학,연 이용연구 수행 시간: 8,000 시간 이상
- UQBF 워크샵 2회 개최
- 연구개발 관련 YTN사이언스 외 30건 홍보
- 국내 및 국제학회 홍보: 2011 국제광산업전시회 외 6건
- 연구시설 User facility로 운영할 준비 완료
• 레이저 시스템 User/Maintenance 매뉴얼 작성 완료
• 레이저/방사선 안전 관리 지침서 작성 완료
• 레이저 시스템 시설 운영 지침서 작성 완료
• 레이저 시스템 활용 신청서 작성 완료
• 최종 성과 및 활용 보고서 작성 완료
○ 극초단 광양자빔을 이용한 2차 선원 발생
- 나노 소재에 대한 엑스선 홀로그램 나노 이미징 기술 개발
- 레이저 유도 양성자 가속
- 고체타겟을 이용한 상대론적인 고차 조화파 발생 연구
- 레이저-플라즈마 기반 엑스선 방사광원 개발
- 탁상형 X-선 자유전자레이저용 소형 교번자장기 설계
- 고출력 펨토초 레이저를 이용한 양성자 Radiography 기술 개발
- 엑스선 레이저를 활용한 나노미터급 회절-이미징 기술 개발
○ 레이저 가공 및 레이저 제어 기술
- 펨토초 레이저를 이용한 그래핀(Graphene) 패터닝 기술 개발
- 다양한 구조를 가진 반도체에서의 THz 광원 발생
- THz waveguide 연구
- 펨토초 레이저를 이용한 세라믹 균일 나노패턴 제조 및 그 특성평가
○ BT와의 융합형 기술 분야
- FF-OCT를 이용한 인체 모발 연구
- 2 um 영역의 펨토초 레이저 시스템 개발을 위한 기초 연구
○ NT와의 융합형 기술 분야
- 극초단 얽힘광자쌍 광원 및 이를 이용한 양자정보 연구
- 극초단 레이저를 이용한 냉각된 극성 KRb분자의 밀도 이전
- 펨토초 레이저를 이용한 나노소자의 광전 측정
○ IT와의 융합형 기술 분야
- InAs 양자점에서 운반자의 온도 의존성 평가
-모드특성 연구를 위한 Homodyne 측정법 연구
5. 활용방안 및 기대효과
○ 극초단 초고출력 레이저 개발기술 확보
○ 레이저를 이용한 2차 선원의 학문적, 산업적 활용 기술 확보
○ 극초단 고출력 레이저 펌핑용 고에너지 레이저 기술 습득
○ 레이저용 대구경 광학부품 및 시스템 개발 기술에 활용
○ 대형 레이저 시설을 위한 청정 특수연구동 건설 기술 확보
○ 진공용 광학 시스템 개발 기술의 확보
○ 고반복률 펨토초 레이저의 상용화
○ 초고속 고정밀 레이저 가공 관련 산업 분야에 활용
○ 극초단 광양자빔의 이용을 활성화시키고 첨단 광산업에 기여
○ 초고속, 극미세 세계의 물성 조사에 활용함으로써 관련 분야의 기초과학기술 발전에 기여
○ 생체 이미징 관련 분야 및 진단, 치료를 위한 의료 분야에 활용
○ 레이저를 활용한 의료장비 핵심기술의 획득과 수입 의료 기기의 국산화에 기여

목차 Contents

• 최종보고서제출서 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약서(초록) ... 3
• 목차 ... 7
• 제1장 : 극초단 광양자빔 연구시설 설치 운영사업 개요 ... 9
• 제1절 : 사업 개요 ... 10
• 1. 사업 구성 ... 10
• 2. 당해년도 사업 구조 ... 11
• 3. 연차별 사업변경 내역 ... 12
• 제2절 : 최종 및 연차별 기반 구축 목표 및 내용 ... 13
• 1. 최종 및 연차별 기반 구축 목표 ... 13
• 2. 기반 구축 사업 평가의 착안점 ... 23
• 3. 기반 구축 추진 내용 및 결과 ... 47
• 4. 당해연도 기반 구축 성과표 ... 83
• 5. 구매금액이 1억이상인 기자재 구매현황 ... 95
• 6. 당해연도 연구비 집행실적 ... 96
• 7. 극초단 광양자빔 연구시설 기반 구축 현황 ... 97
• 제2장 : 세부과제별 내용 및 실적 ... 99
• 제1절 : 극초단 광양자빔 연구시설 설치운영 사업 내용(제 1 세부 과제) ... 100
• 1. 기반 구축 목표 및 평가의 착안점 ... 101
• 2. 기반 구축 범위 및 추진 방법 ... 109
• 3. 기반 구축 세부 추진 내용 및 결과 ... 120
• 4. 기반 구축 계획 대비 실적 평가 ... 171
• 5. 기반 구축 성과표 ... 187
• 6. 구매금액이 1억이상인 기자재 구매현황 ... 197
• 7. 연구비 집행실적 ... 198
• 제2절 : 극초단 광양자빔 이용 기술 개발 사업 내용(제 2 세부과제) ... 199
• 1. 연구개발 목표 및 평가의 착안점 ... 200
• 2. 기반 구축 및 추진 방법 ... 221
• 3. 기반 구축 세부 추진 내용 및 결과 ... 247
• 4. 기반 구축 계획 대비 실적 평가 ... 313
• 5. 기반 구축 성과표 ... 354
• 6. 구매금액이 1억이상인 기자재 구매현황 ... 358
• 7. 연구비 집행실적 ... 359
• 제3장 : 사업성과 및 실적 요약 ... 360
• 제1절 : 극초단 광양자빔 연구시설 설치운영 사업성과 ... 361
• 1. 극초단 광양자빔 연구시설 설치 운영사업 성과 ... 362
• 2. 산학연 공동연구 추진 실적 및 홍보 자료 ... 365
• 3. 기관 운영 방향 및 수익금 발생현황 ... 391
• 4. 파급효과 ... 393
• 제2절 : 연도별 사업 추진 실적 ... 398
• 1. 추진 실적 현황표 ... 399
• 2. 당해연도 사업 추진 실적 ... 417
• 3. 극초단 광양자빔 연구시설 구축 추진 실적 ... 418
• 4. 극초단 광양자빔 연구시설 추진 사례 ... 427
• 제4장 : 성과 활용 계획 ... 429
• 제1절 일반현황 ... 430
• 제2절 성과활용방향 (총괄) ... 430
• 제3절 성과활용 차수별 활용계획 ... 433
• 제4절 자립운영 방안 ... 434