Department of Mechanical Engineering (ME) 기계항공학부 기계공학과
KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology), South Korea
Advancing ultra-precision light source technology from IR to EUV regime using femtosecond pulse lasers, and interdisciplinary applications including high-precision optical metrology, nano/micro material processing/synthesis, precision spectroscopy, time/frequency standards, and future space missions.
본 연구단은 극초단 레이저를 공통 기반으로 하여, 적외선(IR)부터 극자외선(EUV) 영역에 이르는 광대역(broadband) 가간섭(coherent) 광원기술을 개발하고, 이를 초정밀 반도체/이차전지/반도체 패키징 측정기술, 초정밀 탄소/금속계 능동/수동소자의 광가공/합성/패터닝 기술, 차세대 시간/주파수 표준 확립 및 차세대 우주 미션에 이르는 다양한 응용분야에 적용하는 연구를 수행하고 있습니다.
The objective of our research is to exploit the newly emerging field of ultrafast optics so as to establish ultra-precision technologies that will enable nano-fabrication and metrology over extensive ranges as demanded in the next generation of precision engineering. To the end, a systematic approach will be pursued to generate noble coherent light sources covering the whole optical spectrum spanning from the THz wave to the EUV by making the most of femtosecond laser pulses. The study aiming to investigate ultrafast optics for improving the level of ultraprecision comprises a series of research subjects that are categorized into five groups as follows:
Developments of new ultrafast light sources (차세대 초고속 광원의 개발)
Ultra-precision dimensional metrology (초정밀 광측정 기술)
Ultrafast photonics for nano & micro manufacturing (나노/마이크로 광가공 기술)
Ultrafast photonics for next-generation space missions (차세대 우주 측정미션)
Ultrafast plasmonics and coherent EUV generation (초고속 플라즈모닉스 기술)
These itemized R&D subjects are investigated individually in parallel with each other, with focus on creating their possible contributions for the advance of fundamental ultra-precision science and technology. And, at the same time, the achieved results of the subject will be synthesized and combined together to demonstrate their usefulness as basic core technologies enabling a wealth of industrial applications of ultra-precision.
Our research group focuses on advancing key technologies across three categories of Korea’s 12 National Strategic Technologies: (1) Innovation-Driven Fields: Semiconductor/display and secondary battery technologies. (2) Future Challenge Fields: Aerospace and hydrogen technologies. (3) Essential Foundation Fields: Next-generation communications and quantum technologies (including quantum communication and neutral atom trapping). Our efforts concentrate on developing cutting-edge optical sources, precision measurement, inspection, and processing technologies to meet the demands of these strategic areas.
본 연구단은 12대 국가전략기술의 주요 분야를 중심으로, 다음과 같은 연구 개발에 집중하고 있습니다. 이는 (1) 혁신선도 분야: 반도체/디스플레이 및 이차전지 기술, (2) 미래도전 분야: 우주항공 및 수소 기술, (3)필수기반 분야: 차세대 통신 기술 및 양자 기술(양자 통신 및 중성원자 트랩 포함)을 포함합니다. 이를 위해, 각 분야에서 요구되는 초정밀 광원, 정밀 측정, 검사 및 가공 기술 개발에 전념하고 있습니다.
Furthermore, we align our research initiatives with the United Nations’ 17 Sustainable Development Goals (SDGs), striving to contribute to (1) Advanced Healthcare, (2) Clean Water, (3) Clean Energy, (4) Economic Growth, (5) Industry, Innovation, and Infrastructure, (6) Responsible Consumption and Production. By addressing these global challenges, we aim to ensure our research contributes meaningfully to building a sustainable future.
더불어, 아래와 같이 UN의 지속 가능한 사회를 위한 17대 목표(SDGs)에 기여하고자, 본 연구단의 연구 방향을 다음의 주제들에 맞추어 나가고 있습니다. (1) Advanced Healthcare, (2) Clean Water, (3) Clean Energy, (4) Economic Growth, (5) Industry, Innovation, and Infrastructure, (6) Responsible Consumption and Production. 이와 같은 연구를 통해, 지속 가능한 미래를 구축하는 데 기여하는데 경주하겠습니다.
Development and stabilization of ultrafast light sources (초고속 광원의 개발 및 광출력, 주파수, 위상 안정화)
High-precision surface metrology using femtosecond light pulses (펨토초 레이저 기반 초정밀 표면형상 측정)
High-precision time-of-flight (TOF) measurement using ultrafast light pulses (초고속 펄스 정밀 비행시간 측정)
Precision spectroscopic LIDAR using two femtosecond lasers (두 개의 광 빗을 이용한 초정밀 분광 라이다)
Real-time absolute distance measurement by multiple wavelength referenced to the frequency comb (광 빗 기반 다중 광주파수를 이용한 실시간 절대거리 측정)
Direct laser writing (DLW) of laser-induced-graphene (LIG) electronics using ultrafast laser pulses (초고속 레이저 기반 레이저-유도-그래핀 직접묘화)
Synthesis of laser-induced-graphene (LIG) on top of various substrates (초박막 레이저-유도-그래핀 전자소자 및 광학소자 생성/합성)
High-power Yb-fiber femtosecond laser for non-thermal material processing (초정밀 비열 가공을 위한 고출력 펨토초 레이저 개발)
Long-term stable coherent EUV generation using high-power fiber femtosecond laser (고안정 고가간섭 EUV 펨토초 펄스 생성)
Coherent, efficient and compact EUV generation by plamonic field enhancement at metallic nano structures (플라즈모닉 나노 구조에서의 가간섭 고효율 EUV 생성)
D.-C. Shin, B.S. Kim, H. Jang, Young-Jin Kim* (corresponding author), and S.-W. Kim, "Photonic comb-rooted synthesis of ultra-stable terahertz frequencies," Nature Communications, 14, 790 (2023) [PDF DOWNLOAD]
B.-S. Moon, T.K. Lee, W.C. Jeon, S.K. Kwak, Young-Jin Kim* (corresponding author) and D.-H. Kim*, "Continuous-wave upconversion lasing with a sub-10 W cm−2 threshold enabled by atomic disorder in the host matrix," Nature Communications, 12, 4437 (2021) [PDF DOWNLOAD]
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H.J. Kang, J.-W. Yang, B.J. Chun, H. Jang, B. Kim, Young-Jin Kim* (corresponding author) and S.-W. Kim, "Free-space transfer of comb-rooted optical frequencies over an 18 km free-space link," Nature Communications, 10, 4438 (2019) [PDF DOWNLOAD]
X.T. Geng, B.J. Chun, J.H. Seo, K. Seo, H. Yoon, D.E. Kim, Young-Jin Kim* (corresponding author) and S. Kim, "Frequency comb transferred by surface plasmon resonance," Nature Communications, 7, 10685 (2016) [PDF DOWNLOAD]
J. Yang, D.I. Lee, D.-C. Shin, J. Lee, B.S. Kim, H.J. Kang, Young-Jin Kim* (corresponding author) and Seung-Woo Kim, "Frequency comb-to-comb stabilization over a 1.3-km free-space atmospheric optical link," Light: Science and Applications, 11, 253 (2022) [PDF DOWNLOAD]
J. Lee*, Young-Jin Kim* (equally contributed first author), K. Lee, S. Lee, and S.-W. Kim, “Time-of-flight measurement with femtosecond light pulses,” Nature Photonics, 4, 716-720 (2010) [PDF DOWNLOAD]
S. Han, H. Kim, Y. W. Kim, Young-Jin Kim, S. Kim, I.-Y. Park and S.-W. Kim*, "High harmonic generation by field-enhanced femtosecond pulses in metal-sapphire nanostructure," Nature Communications, 7, 13105 (2016) [PDF DOWNLOAD]
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San Kim, Tae-In Jeong, Robert A. Taylor, Kwangseuk Kyhm, Young-Jin Kim* (corresponding author) and Seungchul Kim, "Interleaved frequency comb by chip-scale acousto-optic phase modulation at polydimethylsiloxane for higher-resolution direct plasmonic comb spectroscopy," PhotoniX, 6:12 (2025) [PDF DOWNLOAD]
Nguyen Duy Anh, Geon-Ho Lee, Jongkyoon Park, Dong-Chel Shin, Dae-Hee Kim, Gao Yi, Hak-Jong Choi, Seung-Woo Kim, Seungchul Kim,* and Young-Jin Kim* (corresponding author), "Real-time monitoring of fast gas dynamics with a single-molecule resolution by frequency-comb-referenced plasmonic phase spectroscopy," PhotoniX, 5, 22 (2024) [PDF DOWNLOAD]
Younggeun Lee, Mun Ji Low, Dongwook Yang, Han Ku Nam, Truong-Son Dinh Le, Seung Eon Lee, Hyogeun Han, Seunghwan Kim, Quang Huy Vu Hongki Yoo, Hyosang Yoon, Joohyung Lee, Suchand Sandeep, Keunwoo Lee, Seung-Woo Kim, and Young-Jin Kim* (corresponding author), "Ultra-thin Light-weight Laser-Induced-Graphene (LIG) Diffractive Optics," Light: Science and Applications, 12:146 (2023) [PDF DOWNLOAD]
Dae Hee Kim, Young Ho Park, Jun Hyung Park, Duy-Anh Nguyen, Hongki Yoo, Seungchel Kim, Young-Jin Kim* (corresponding author), "Quantitative measurement of spatial distribution of effective refractive index induced by local electron concentration at a nano slit," Nanophotonics, APP (2024) [PDF DOWNLOAD]
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Han Ku Nam, Jungrak Choi, Tongmei Jing, Dongwook Yang, Younggeun Lee, Young-Ryeul Kim, Truong-Son Dinh Le, Byunggi Kim, Liandong Yu, Seung-Woo Kim, Inkyu Park and Young-Jin Kim* (corresponding author), "Laser-induced graphene formation on recycled woods for green smart furniture," EcoMat 2024, e12447 (2024) [PDF DOWNLOAD]
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Jianing An, Van Thai Tran, Hai Xu, Wenshuai Ma, Xingkuan Chen, Truong Son Dinh Le, Hejun Du, Gengzhi Sun, and Young-Jin Kim* (corresponding author), "High-throughput Manufacturing Multimodal Epidermal Mechanosensors with Superior Detectability Enabled by a Continuous Microcracking Strategy," Advanced Science, accepted for publication (2023)
Tran Thanh Tung, Ana L. C. Pereira, Eric Poloni, Nhat-Minh Dang, James Wang, Truong-Son Dinh Le, Young-Jin Kim, Quoc Hue Pho, Md J. Nine, Volker Hessel, Dusan Losic*, "Irradiation Methods for Graphene-based Materials Production," Applied Physics Reviews, accepted for publication (2023)
Truong-Son Dinh Le, Hoang-Phuong Phan, Soongeun Kwon, Sangbaek Park, Yeongju Jung, Jinki Min, Byung Jae Chun, Hana Yoon, Seung Hwan Ko, Seung-Woo Kim, and Young-Jin Kim* (corresponding author), "Recent Advances in Laser-Induced Graphene: Mechanism, Fabrication, Properties, and Applications in Flexible Electronics," Advanced Functional Materials, 2022, accepted for publication (2022) [PDF DOWNLOAD]
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National Research Foundation (NRF) of Korea (한국연구재단): 중견연구자사업(개인), 국가과학자사업(개인), 기초연구실사업(집단)
KAIST: KAIST UP도약사업, KAIST 권오현 부교수 과제, KAIST End-Run 사업화 과제, KAIST G-Core 과제
Ministry of SMEs and Startups of Korea (중소벤처기업부): KAIST 소재부품장비 사업 - 헤테로지니어스 패키징 고속 고정밀 3차원 측정기술 개발
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs of Korea (농림축산식품부): 농업에너지 자립형산업모델 기술개발사업 - 목질계 바이오에너지 산업화 사업
Korea Forest Service (산림청): 산림과학기술 연구개발사업 1차, 산림과학기술 연구개발사업 1차,
Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) (한국기계연구원): 기능성 나노소자 제조공정 및 장비개발 - 나노기반 옴니텍스 제조기술 개발
SK Hynix: 펨토초 레이저 기반 다조화파 위상변조 검출을 이용한 나노구조 및 물성 계측기술 개발
INTEK-PLUS: 다파장 간섭계 기반 대면적 고단차 고속 3차원 형상 측정기술, 연속파 THz 기반 이차전지 전극재 두께 비파괴 츰정/검사
극초단 레이저 직접묘화 기반 초박형/적응형 슈퍼/메타렌즈 패터닝 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2025
차세대 반도체 패키징의 가공 수율 극대화를 위한 광빗 기반 전광대역 초정밀 웨이퍼/다이 비파괴 측정기술 개발 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2025
목재상 펄스 레이저 조사를 통한 친환경 스마트 건축자재 및 스마트 가구 변환기술 개발 정부 산림청 한국임업진흥원 2025
목질계 바이오매스를 활용한 이차전지용 고품질 레이저 유도 인조흑연 생성 및 대량 생산장비 개발 정부 농림축산식품부 레이저앤그래핀 2025
fsGRAPHENE: 펨토초 레이저 기반 자유곡면상 폴리머의 레이저-유도-그래핀 변환 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2025
저궤도 위성체계 적용 양자얽힘분배 기반 양자암호통신 기술 개발 정부 국방부 국방과학연구소 2025
테라헤르츠파 기반 리튬이온 배터리 전극재의 초정밀 두께 측정기술 개발 및 검사 장비화 기술 개발(2024년도) 민간 산업체 2024
펨토초 레이저 응용 다조화파 (THG) 기술 응용 비선형 박막 물성 계측 기술 개발(2024년도) 민간 산업체 2024
합성 다이아몬드 레이저 컷팅 연구용역(2024년도) 정부 정부출연기관 한국핵융합에너지연구원 2024
고출력 레이저 기반 머신비전 조명용 고휘도 백색광 및 라인빔 시스템 개발(2024년도) 민간 산업체 2024
(RCMS)저궤도 위성체계 적용 양자얽힘분배 기반 양자암호통신 기술 개발(2024년도) 정부 국방부 국방과학연구소 2024
(통합EZ)극초단 레이저 직접묘화 기반 초박형/적응형 슈퍼/메타렌즈 패터닝(2024년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2024
목질계 바이오매스를 활용한 이차전지용 고품질 레이저 유도 인조흑연 생성 및 대량 생산장비 개발(2024년도) 정부 농림축산식품부 레이저앤그래핀 2024
(통합EZ)초정밀 스테이지의 실시간 위치 및 자세결정 및 보정을 위한 광빗 기반 다채널 다자유도 초정밀 절대거리 측정기술 개발(2024년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2024
(통합EZ)목재상 펄스 레이저 조사를 통한 친환경 스마트 건축자재 및 스마트 가구 변환기술 개발(2024년도) 정부 산림청 한국임업진흥원 2024
LEO 소형위성간 고속통신 구축을 위한 레이저/RF ISL 연구 기타 산업체 2024
(RCMS)헤테로지니어스 반도체 고단차 패키징의 고속 대면적 3D 검사기술 개발(2023년도) 정부 중소벤처기업부 중소기업기술정보진흥원 2023
Hybrid Bonding향 측정/검사를 위한, 서브나노미터급 정밀 표면형상 측정 및 표면 다층박막 대응방안 제안/검증(2023년도) 민간 산업체 2023
테라헤르츠파 기반 리튬이온 배터리 전극재 초정밀 두께 측정기술(2023년도) 민간 산업체 2023
레이저소화기 효과분석 기술(2023년도) 정부 정부출연기관 2023
고출력 레이저 기반 머신비전 조명용 고휘도 백색광 시스템 개발(2023년도) 민간 산업체 2023
(통합EZ)목재상 펄스 레이저 조사를 통한친환경 스마트 건축자재 및 스마트 가구 변환기술 개발(총3차/현1차)(2023년도) 정부 산림청 한국임업진흥원 2023
(통합EZ)극초단 레이저 직접묘화 기반 초박형/적응형 그래핀 슈퍼렌즈 패터닝(2023년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2023
(통합EZ)초정밀 스테이지의 실시간 위치 및 자세결정 및 보정을 위한 광빗 기반 다채널 다자유도 초정밀 절대거리 측정기술 개발(2023년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2023
극초단 레이저 형성 레이저-유도-그래핀 기반 광대역 온도/응력센서 개발(2023년도) 정부 과학기술정보통신부 한국과학기술원 2023
(통합EZ)마스크리스 패터닝의 연속 패터닝을 위한 DMD 및 조명 제어 기술(2023년도) 정부 정부출연기관 한국기계연구원 2023
LEO 소형위성간 고속통신 구축을 위한 레이저/RF ISL 연구(2차년도)(2023년도) 민간 산업체 2023
초미세 물리/화학적 동적거동의 초고속 측정/제어를 위한 광빗 기반 고분해능 플라즈모닉 위상분광기법 연구(2023년도) 정부 과학기술정보통신부 한국과학기술원 2023
(통합EZ)멀티미션 저궤도 군집위성 우주통신(2023년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2023
저궤도 위성체계 적용 양자얽힘분배 기반 양자암호통신 기술 개발(2023년도) 정부 국방부 국방과학연구소 2023
(통합EZ)미세간극 실시간 분석을 위한 광학 계측 기술 개발(2023년도) 정부 정부출연기관 한국기계연구원 2023
(통합EZ)레이저 직접 묘화 기반 옴니텍스용 전자소자 패터닝 기술개발(2023년도) 정부 정부출연기관 한국기계연구원 2023
(RCMS)헤테로지니어스 반도체 고단차 패키징의 고속 대면적 3D 검사기술 개발(2022년도) 정부 중소벤처기업부 중소기업기술정보진흥원 2022
LIG 기반 전자기 메타패턴 시트 인쇄 용역(2022년도) 민간 산업체 국방과학연구소 2022
극초단 레이저 형성 레이저-유도-그래핀 기반 광대역 온도/응력센서 개발(2022년도) 교내 과학기술정보통신부 한국과학기술원 2022
(통합EZ)멀티미션 저궤도 군집위성 우주통신(2022년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2022
(통합EZ)극초단 레이저 직접묘화 기반 초박형/적응형 그래핀 슈퍼렌즈 패터닝(2022년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2022
(통합EZ)펨토초 레이저 기반 초정밀 광자기술(2022년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2022
(통합EZ)초정밀 스테이지의 실시간 위치 및 자세결정 및 보정을 위한 광빗 기반 다채널 다자유도 초정밀 절대거리 측정기술 개발(2022년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2022
(통합EZ)극초단 레이저 기반의 전극 패터닝 공정 기술 개발(총1단계,3차/현1단계,3차)(2022년도) 정부 산림청 한국에너지기술연구원 2022
저궤도 위성체계 적용 양자얽힘분배 기반 양자암호통신 기술 개발(2022년도) 정부 국방부 국방과학연구소 2022
(통합EZ)목질계 미이용 바이오매스를 활용한 고성능 탄소전극 소재 및 생산장비 개발(총0단계,2차/현0단계,2차)(2022년도) 정부 농림축산식품부 농림식품기술기획평가원 2022
초미세 물리/화학적 동적거동의 초고속 측정/제어를 위한광빗 기반 고분해능 플라즈모닉 위상분광기법 연구(2022년도) 교내 과학기술정보통신부 한국과학기술원 2022
(통합EZ)레이저 직접 묘화 기반 옴니텍스용 전자소자 패터닝 기술개발(2022년도) 정부 정부출연기관 한국기계연구원 2022
(RCMS)헤테로지니어스 반도체 고단차 패키징의고속 대면적 3D 검사기술 개발(2021년도) 정부 중소벤처기업부 중소기업기술정보진흥원 2021
LEO 소형위성간 고속통신 구축을 위한 레이져/RF ISL 연구(2021년도) 민간 산업체 2021
(통합EZ)측위시스템 성능평가 기술 개발(2021년도) 정부 과학기술정보통신부 한국생산기술연구원 2021
(RCMS)헤테로지니어스 반도체 고단차 패키징의고속 대면적 3D 검사기술 개발(2021년도) 정부 중소벤처기업부 중소기업기술정보진흥원 2021
(통합EZ)초정밀 스테이지의 실시간 위치 및 자세결정 및 보정을 위한광빗 기반 다채널 다자유도 초정밀 절대거리 측정기술 개발(2021년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2021
(통합EZ)극초단 레이저 직접묘화 기반 초박형/적응형 그래핀 슈퍼렌즈 패터닝(2021년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2021
극초단 레이저 기반 레이저-유도-그래핀 전자회로직접묘화 시스템, 소프트웨어 및 센서 개발(2021년도) 교내 과학기술정보통신부 한국과학기술원 2021
(통합EZ)목질계 미이용 바이오매스를 활용한 고성능 탄소전극 소재 및 생산장비 개발(2021년도) 정부 농림축산식품부 농림식품기술기획평가원 2021
(통합EZ)펨토초 레이저 기반 초정밀 광자기술(2021년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2021
초미세 물리/화학적 동적거동의 초고속 측정/제어를 위한광빗 기반 고분해능 플라즈모닉 위상분광기법 연구(2021년도) 교내 과학기술정보통신부 한국과학기술원 2021
(통합EZ)레이저 직접 묘화 기반 옴니텍스용 전자소자 패터닝 기술개발 (2021년도) 정부 정부출연기관 한국기계연구원 2021
(통합EZ)극초단 레이저 기반의 전극 패터닝 공정 기술 개발(2021년도) 정부 산림청 한국에너지기술연구원 2021
펨토초 레이저 기반 다조화파 위상변조 검출을 이용한 나노구조 및 물성 계측기술 개발(2021년도) 민간 산업체 2021
다파장 간섭계 기반 대면적 고단차 고속 3차원 형상 측정기술(2021년도) 민간 산업체 2021
(통합EZ)광 빗 기반 대기 중 광시간/주파수의 초정밀 장거리 전송기술 개발(2020년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2020
(통합EZ)초정밀 스테이지의 실시간 위치 및 자세결정 및 보정을 위한광빗 기반 다채널 다자유도 초정밀 절대거리 측정기술 개발(2020년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2020
(통합EZ)국산 극초단 펨토초 레이저 기반 차세대 유연/신축 전자/광학소자 패터닝(2020년도) 정부 과학기술정보통신부 (재)과학기술일자리진흥원 2020
초미세 물리/화학적 동적거동의 초고속 측정/제어를 위한 광빗 기반 고분해능 플라즈모닉 위상분광기법 연구(2020년도) 교내 과학기술정보통신부 한국과학기술원 2020
극초단 레이저 기반의 전극 패터닝 공정 기술 개발(2020년도) 정부 산림청 한국에너지기술연구원 2020
레이저-유도-그래픽 기반 유연/신축 에너지 저장장치 전극 패터닝 교내 KAIST KAIST 2020
(통합EZ)펨토초 레이저 기반 초정밀 광자기술(2020년도) 정부 과학기술정보통신부 한국연구재단 2020
분자 수준 극미량 화학물질의 정량적/고속 검출을 위한각분해-분광-반사계와 광빗-위상-분광계의 비교연구(2020) 정부 정부출연기관 한국표준과학연구원 2020
초소형 SAR 인공위성의 위성 간 통신을 위한 광통신모듈 개념설계(2020년도) 민간 산업체 2020
레이저 직접 묘화 기반 옴니텍스용 전자소자 패터닝 기술개발(2020) 정부 정부출연기관 한국기계연구원 2020
레이저 기반 그래핀 전극의 직접묘화 교내 KAIST KAIST 2019