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고출력 레이저 가공 및 응용기술 원문보기

세라미스트 = Ceramist, v.17 no.4, 2014년, pp.43 - 49  

정성호 (광주과학기술원 기전공학부)

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문제 정의

  • 고체 레이저는 대부분 단결정을 사용해 제작되는데, 성장시간이 길고 크기에 제한이 있는 단결정 레이저의 문제점들을 해결해줄 수 있는 대안으로 최근에는 세라믹 레이저가 활발하게 연구되고 있다.2) 아래에서는 세라믹기반 고체 레이저의 장점과 고출력 세라믹 레이저들이 활용될 수 있는 응용기술들을 소개한다.
  • 레이저 기술의 발달과 함께 다양한 레이저의 활용이 가능해졌지만, 고출력 레이저의 경우 기술적 한계 및 경제성으로 인해 여전히 개발에 많은 제약이 따른다. 세라믹 레이저는 기존의 단결정 레이저가 갖고 있는 여러 문제를 해결하고 경제성이 우수한 고출력 레이저를 개발할 수 있는 높은 가능성을 제시한다. 외국에서는 세라믹 레이저의 개발에 박차를 가하고 있는데, 국내에서도 우수한 세라믹 레이저 소재 및 세라믹 레이저의 개발이 이루어지기를 희망한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고체 레이저의 장점은 무엇인가? 예를 들어 고출력 이산화탄소 레이저의 경우 비슷한 출력의 광섬유 레이저에서 비해 Table 1에서와 같이 유지비용이 훨씬 많이 들므로 유지보수 측면에서 고체 레이저가 상대적으로 유리하다.1) 고체 레이저는 비교적 구조가 간단하고, 큰 출력을 낼 수 있으며, 내구성이 우수하고 주변환경에 거의 영향을 받지 않는 장점으로 인해 레이저 용접, 절단, 마킹, 표면처리 등과 같은 산업용 및 피부과치료, 치과치료와 같은 의료용으로도 널리 개발되고 있다. 아울러 대부분의 고체 레이저에서 발생되는 레이저 빛의 기본파장은 적외선이지만, 간단한 광학부품을 사용하여 파장을 1/2 혹은 1/3로 줄여나갈 수 있으므로 한 개의 레이저에서 다양한 파장을 낼 수 있는 장점이 있다. 예를 들어 1064 nm 파장의 적외선을 방출하는 Nd:YAG 레이저에 조화파 발생장치를이용해532 nm의 녹색광과 355 nm, 266 nm와 같은 자외선도 얻을 수 있어 하나의 레이저로 적외선에서 자외선까지 포함하는 세 대의 레이저를 보유한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
레이저를 분류할 수 있는 다양한 기준으로 무엇이 있는가? 레이저는 다양한 기준에 의해 분류되는데, 레이저 빛을 발생시키는 매질의 상태에 따라, 레이저에서 발생된 빛의 파장에 따라, 혹은 레이저 빛이 연속적으로 나오는지 아니면 짧은 시간 동안만 나오는지 등에 따라 분류할 수 있다. 레이저는 매질에 따라 기체 레이저, 액체 레이저, 고체 레이저 등으로 분류할 수 있는데, 대표적인 기체 레이저로는 헬륨-네온 (He-Ne) 레이저, 아르곤이온(Ar ion)레이저, 이산화탄소 (CO2) 레이저, 엑시머 (Excimer) 레이저 등이 있다.
매질에 따라 레이저 빛의 파장은 어떻게 나타나는가? 고체레이저는 봉, 광섬유, 얇은 판 형태의 투명한 고체에 빛을 발생시키는 원소를 도핑하여 만들어지는데, 야그 (Nd:YAG) 레이저, 광섬유 (Fiber) 레이저, 반도체 (Semiconductor 혹은 Diode)레이저, 디스크 (Disk) 레이저 등이 이에 해당된다. 레이저 빛의 파장은 사용되는 매질에 의해 결정되는데, 이산화탄소 레이저 (10.6 µm)와 대부분의 고체 레이저 (1.0~3.0 µm)는 적외선을, 헬륨네온 레이저 (633 nm)와 아르곤 이온 레이저 (488~515 nm)는 가시광선을, 엑시머 레이저 (248 nm)는 자외선을 발생시킨다. 또한 레이저에서 발생된 빛이 끊이지 않고 계속해서 나오는 연속빔 (Continuous wave, CW) 레이저와 매우 짧은 시간 동안만 빛이 나오는 펄스 (Pulse) 레이저로 구분할 수도 있으며 필요에 따라 연속빔 레이저 혹은 펄스 레이저로 만들어진다.
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