플라즈마 광진단을 위한 F/2.4 이중 회절격자 분광계의 설계 및 분석

Abstract

본 논문에서는 기존의 KSTAR 전하 교환 분광 시스템인 체르니 터너 분광계의 단점을 개선한 이중 회절격자 분광계의 밝기를 더욱 개선하기 위하여 거울 대신 4매로 구성된 2조의 렌즈SET을 사용하여 655±3 nm 영역의 파장 분해가 가능한 F/2.4 분광계를 설계 및 분석하였고, 이중 회절격자 분광계는 동시에 토카막 내부의 다양한 위치의 플라즈마를 측정할 수 있는 다채널 분광계로 구성하였다. 분광계의 성능 향상을 위하여 분광계를 구성하는 렌즈와 회절격자의 위치를 최적화하였으며 분광계의 시뮬레이션은 광학설계 소프트웨어 Zemax와 LightTools를 사용하여 진행하였다. Zemax의 Spot diagram을 통해 다채널 설계를 위하여 다양한 field 조건에서의 상의 크기와 위치, 초점을 맺는 상면의 위치 등을 분석하여 수차로 인해 발생하는 분광계의 문제점을 개선하였으며 LightTools의 광선추적을 통해 설계된 분광계에서 슬릿이 적용된 광원의 스펙트럼과 상의 밝기, 분해능 등의 성능을 분석하였다. 두 가지 소프트웨어를 통해 얻은 데이터를 비교하며 더 정확한 이중 회절격자 분광계의 설계와 분석이 가능하였다.