Masatoshi Kawakami;Hideyuki Horisawa;Kim, Itsuro ura
한국추진공학회:학술대회논문집
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한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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pp.294-299
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2004
An assessment of a novel laser-electric hybrid propulsion system was conducted, in which a laser-induced plasma was induced through laser beam irradiation onto a solid target and accelerated by electrical means instead of direct acceleration only by using a laser beam. A fundamental study of newly developed rectangular laser-assisted pulsed-plasma thruster (PPT) was conducted. On discharge characteristics and thrust performances with increased peak current compared to our previous study to increase effects of electromagnetic forces on plasma acceleration. Maximum peak current increased for our early study by increasing electromagnetic effects in a laser assisted PPT. At 8.65 J discharge energy, the maximum current reached about 8000 A. Plasma behaviors emitted from a thruster in various cases were observed with an ICCD camera. It was shown that the plasma behaviors were almost identical between low and high voltage cases in initial several hundred nanoseconds, however, plasma emission with longer duration was observed in higher voltage cases. Canted current sheet structures were also observed in the higher voltage cases using a larger capacitor. With a newly developed torsion-balance type thrust stand, thrust performances of laser assisted PPT could be estimated. The impulse bit and specific impulse linearly increased. On the other hand, coupling coefficient and the thrust efficiency did not increase linearly. The coupling coefficient decreased with energy showing maximum value (20.8 ?Nsec/J) at 0 J, or in a pure laser ablation cases. Thrust efficiency first decreased with energy from 0 to 1.4 J and then increased linearly with energy from 1.4 J to 8.6 J. At 8.65 J operation, impulse bit of 38.1 ?Nsec, specific impulse of 3791 sec, thrust efficiency of 8 %, and coupling coefficient of 4.3 ?Nsec/J were obtained.
The principal obstacle to selection of a laser processing method in production is its relatively high equipment cost and the natural unwillingness of production supervision to try something new until it is thoroughly proven. The major objective of this work is focused on the combined features of gas tungsten arc and a low-power cold laser beam. In this work, the laser beam from a 7 watts carbon monoxide laser was combined with electrical discharges from a short-pulsed capacitive discharge GTA welding power supply. When the low power CO laser beam passes through a special composition shielding gas, the CO molecules in the gas absorbs the radiation, and ionizes through a process blown as non-equilibrium, vibration-vibration pumping. The resulting laser-induced plasma(LIP) was positioned between various configurations of electrodes. The high-voltage impulse applied to the electrodes forced rapid electrical breakdown between the electrodes. Electrical discharges between tungsten electrodes and aluminum sheet specimens followed the ionized path provided by LIP. The result was well-focused melted spots.
We calculated the discharge resistance, which is determined by plasma dynamics, of the discharge pumped excimer lasers with charge-transfer type. And investigated the characteristic of discharge voltage and current using EMIP.
We introduce pulsed $CO_2$ laser power supply excited by half-wave rectified 60Hz AC discharge some advantage of cost and size compared to a typical pulsed power supply. AC frequency is adjusted from 10Hz to 60Hz to control laser output. In this laser, a low voltage open loop control for high voltage AC discharge circuits is employed to avoid the HV sampling or switching. The control is achieved by using a ZCS circuit and a PIC one-chip microprocessor that control the gate signal of SCR precisely. The pulse repetition rate is limited by 60Hz due to a high leakage inductance. The maximum laser output was obtained about 20W at the condition of total pressure, 18Torr and pulse repetition rate,60Hz.
In this paper, we introduced a LIF measurement method and summarized the theoretical side. When an altered wavelength of laser and electric power, lamp applied electric power, we measured the relative density of the metastable state in mercury after observing a laser induced fluorescence signal of 404.8nm and 546.2nm, and confirmed the horizontal distribution of plasma density in the discharge lamp. Due to this generation, the extinction of atoms in a metastable state occurred through collision, ionization, and excitation between plasma particles. The density and distribution of the metastable state depended on the energy and density of plasma particles, intensely. This highlights the importance of measuring density distribution in plasma electric discharge mechanism study. The results confirmed the resonance phenomenon regarding the energy level of atoms along a wavelength. change, and also confirmed that the largest fluorescent signal in 436nm, and that the density of atoms in 546.2nm ($6^3S_1{\to}6^3P_2$) were larger than 404.8nm ($6^3S_1{\to}6^3P_2$). According to the increase of lamp applied electric power, plasma density increased, too. When increased with laser electric power, the LIF signal reached a saturation state in more than 2.6mJ. When partial plasma density distribution along a horizontal axis was measured using the laser induced fluorescence method, the density decreased by recombination away from the center.
Sensitivity factors of elements by a glow discharge mass spectrometry (GD-MS) were intensively investigated and compared with a laser ablation inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). In case of copper matrix, the sensitivity factor by GD-MS generally decreases with the increase of the mass number of element. The details are a little different between each data measured by Faraday and multiplier detectors. The factor by a multiplier detector drastically decreases with the mass increase in the region of low mass as in Faraday detector’s case, but slowly in the high mass region. On the contrast, the sensitivity factor of solution standard by a conventional ICP-MS slowly increases with the increase of elemental mass number even though there are some exceptions such as gold and also the sensitivity factor by a laser ablation ICP MS generally increases with mass number of element in the specimen of glass type. In case of steel matrix, any definite trends could not be shown in the relationship between the GD-MS’s sensitivity factor and elemental mass.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제12권5호
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pp.200-203
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2011
In this research, nitrogen (N)-doped zinc oxide (ZnO) thin films have been grown on a sapphire substrate by dielectric barrier discharge (DBD) in pulsed laser deposition (PLD). DBD has been used as an effective way for massive in-situ generation of N-plasma under conventional PLD process conditions. Low-temperature photoluminescence spectra of N-doped ZnO thin films provided near-band-edge emission after a thermal annealing process. The emission peak was resolved by Gaussian fitting and showed a dominant acceptor-bound excitation peak ($A^{\circ}X$) that indicated acceptor doping of ZnO with N. The acceptor binding energy of the N acceptor was estimated to be approximately 145 MeV based on the results of temperature-dependent photoluminescence (PL) measurements.
In this study. a solid-state laser system adopting a sequential discharge method in which three flashlamps are turned on sequently was designed and fabricated to examine the pulse width and the pulse shape of the laser beams depending upon the changes in the lamp turn-on time. That is, this study shows a technology that makes it possible to make various pulse shapes by turning on three flashlamps sequently with the aid of a PIC one-chip microprocessor. With this technique, the lamp turn-on delay time can be varied more diversely from a to lamp and the real-time control is possible with an external keyboard, enabling various pulse shapes. In addition, longer pulses can be more widely used for industrial processing and lots of medical purposes.
Decay kinetics of Ga(5s), Ga(5p) and Ga(4d) atoms in Ar were studied by laser induced fluorescence technique. Theground state gallium atoms in the gas phase were generated by pulsed dc discharge of trimethyl gallium and argon mixtures. Both pulsed discharge and YAG-DYE laser system were controlled by a dual channel pulse generator and the delay time between the end of discharge and laser pulses was set 3.0-6.0 ms. The Ga(5s) and Ga(4d) atoms were generated by single photon excitation from the ground state Ga atoms and radiative lifetimes as well as the total quenching rate constants in Ar were obtained from the pressure dependence of the fluorescence decay rates. The Ga(5p) atoms were populated by a two-photon excitation method and the cascade fluorescence from Ga(5s) atoms were analyzed to extract quenching rate constant of Ga(5p) atoms by Ar in addition to radiative lifetimes of Ga(5p) state. The magnitudes of the quenching rate constants by Ar for the low-lying excited states of Ga atoms are 1.6-3$ {\times}10^{-11}cm^3$ molecul$e^{-1}s^{-1}$, which are much larger than those for alkali, alkaline earth and Group 12 metals. Based on the measured rate constants, kinetic simulations were done to assign state-to-state rate constants.
It is desirable to establish a fundamental basis of dye laser technology in korea. Except the special wavelength mirrors, all parts of the dye laser were assembled using domestically available materials and the interior technology. The characteristics of pumping light of Ar discharge tube, fluorescence light of Rhodamine 6G and output pulses of the homemade dye laser were investigated by means of CRO and spectroscopic analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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