초록 ▼

ㅇ 멀티 버스트 모드 공정을 이용하여 기존 레이저 가공 대비 20%이상의 가공성능을 확보하려고 하였다. 본 과제에서는 100피코초에서 1000피코초 간격으로 펄스를 재료에 조사하여 기존 가공 대비 부피기준 124.59%, 깊이 기준 718%의 가공성능을 확보할 수 있었다. 이를 생산설비에 쉽게 적용하기 위한 방편으로 hollow core photonic crystal fiber를 이용하여 멀티 버스트 광파이버 모듈을 개발하였다.

이를 이용하여 기존 가공 공정보다 7배 빠른 속도의 가공이 가능할 것으로 기대된다. 또한,

ㅇ 멀티 버스트 모드 공정을 이용하여 기존 레이저 가공 대비 20%이상의 가공성능을 확보하려고 하였다. 본 과제에서는 100피코초에서 1000피코초 간격으로 펄스를 재료에 조사하여 기존 가공 대비 부피기준 124.59%, 깊이 기준 718%의 가공성능을 확보할 수 있었다. 이를 생산설비에 쉽게 적용하기 위한 방편으로 hollow core photonic crystal fiber를 이용하여 멀티 버스트 광파이버 모듈을 개발하였다.

이를 이용하여 기존 가공 공정보다 7배 빠른 속도의 가공이 가능할 것으로 기대된다. 또한, 본 과제를 통해 개발한 공정으로 직경 250~350nm이고 종횡비 10:1이 넘는 나노 홀을 유리 내부에 생성할 수 있었다. 이는 본 과제를 통해 처음 발견되는 현상이며, 향후 나노 구조물을 이용한 제품을 개발하는 데 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, HCPCF를 이용한 펨토초 레이저 전송 및 가공은 기존 극초단 레이저 광학계의 패러다임을 바꾸는 데 기여할 것으로 기대된다.

(출처 : 최종보고서)

Abstract ▼

Since the ablation rate is directly related to production cost, a large number of studies have been conducted. Previous studies have been elucidated the key parameters which affects to the ablation rate, such as fluence, center wavelength, repetition rate, and duration of laser pulse. A recipe of ea

Since the ablation rate is directly related to production cost, a large number of studies have been conducted. Previous studies have been elucidated the key parameters which affects to the ablation rate, such as fluence, center wavelength, repetition rate, and duration of laser pulse. A recipe of each processes are established based on these parameters. However, aforementioned parameters are limited by characteristics of laser sources and it is very difficult to develop proper laser sources for each process applications. Therefore, the process method which can exceed the limitation of conventional ablation rate needs to be developed.

Recently, manufacturers of lasers released multi burst mode ultrashort pulsed lasers and several laser system companies demonstrated the feasibility of fast and fine processing of display panel glasses with multi burst mode. However, it has not been carefully studied the effect of pulse interval on multi burst mode processing. Therefore, in this study, we manipulated pulse interval from femtosecond regime to nanosecond regime and investigated the ablation rate at each regimes. The multi burst mode of femtosecond laser was generated by splitting and merging of pulse with polarized beam splitter. And the manipulation of pulse interval was executed by changing of optical path length differences of each split pulses.

With this experimental set up, the interval between each pulse was manipulated from zero to one nanosecond. When the pulse energy exceed 9.34 μJ, nanoholes were generated in display glass (AN100, Asahi glass). It was not fabricated at time zero, but it was formed with time interval of 100 ps to 1 ns. Nanohole has 250~350 nm of diameter and 4.7~6.3 μm of depth. Compare with conventional ablation, we could enhance the ablation rate 24.59% in volume and 718% in depth, respectively. However, the optical module based on splitting and merging is complicate for applying in to industrial laser process machine. Therefore, in this study, we developed the multi-burst optical module based on hollow core photonic crystal fiber (HCPCF). In order to deliver laser pulses that have 350 femtosecond of pulse duration and 50 Watts of average power, HCPCF should be adopted. The most difficult part of using HCPCF is coupling a fiber with laser pulses. Numerical aperture (NA) and diameter of HCPCF are 0.2 and 49 ㎛, respectively. In order to focus laser pulse with less then 49 ㎛ with NA 0.2, we developed beam compressor that can generate beam with 30 ㎛ of diameter with NA 0.2. The total efficiency of developed optical module is ~80%. And ~20% of power is converted to heat. Therefore, we should consider cooling system of the optical module.

The concept of the optical module was filed for patent on Aug 2016. We plan to transfer this patent to Korean small and midium size laser process machine manufacturers. On the other hand, the study of nanohole generation was presented at the International congress on applications of lasers and electro-optics (ICLEO) on Oct 2016.

(출처 : SUMMARY)

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2최종보고서 ... 3요약문 ... 4SUMMARY ... 7CONTENTS ... 8목차 ... 9제1장 연구개발과제의 개요 ... 10 1. 연구개발의 목적 ... 10 2. 연구개발의 필요성 및 범위 ... 12제2장 국내외 기술개발 현황 ... 16 1. 세계 기술 개발 현황 ... 16 2. 국내 기술 개발 현황 ... 17 3. 본 연구의 결과가 가지는 의의 ... 18제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 19 1. 멀티 버스트 모드를 이용한 ablation rate 개선 ... 19 2. Hollow core photonic crystal fiber (HCPCF)를 이용한 환경 무의존성 광학 모듈 개발 ... 28제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 34 1. 목표달성도 종합 ... 34 2. 관련분야에의 기여 ... 37제5장 연구개발성과의 활용계획 ... 38제6장 연구시설·장비 현황 ... 39제7장 참고 문헌 ... 40끝페이지 ... 41