▲ 팸토초 레이저는 기존 레이저에 비해 가공물에 열영향에 의한 변형과 손상을 덜 미쳐 초미세 가공에 적합하다..

국내 연구진이 러시아의 원천 광학 기술을 응용해 세계 최고 수준의 펨토초(10의 15승 분의 1초)레이저 기술을 개발하는데 성공했다.

한국전기연구원 RSS(Russia Science Seoul) 센터(센터장 강욱)는 서울시에서 시행한 지역연구개발사업인 ‘서울시 R&D 지원사업’의 지원을 받아 차세대 초미세 가공을 위한 최첨단 레이저 광원인 펨토초 레이저를 개발했다고 1일 밝혔다.

펨토초 레이저는 1,000조 분의 1초라는 극히 짧은 시간 폭을 갖는 펄스를 발생시키는 레이저를 말한다.

RSS센터가 개발한 펨토초 레이저는 펄스폭 180펨토초(fs), 최대 평균 출력 10와트(W), 반복율 500kHz(초당 전송되는 펄스 수)의 특징을 나타내는 산업용으로 성능이 우수할 뿐만 아니라 장시간 동작 안정성이 매우 우수하다.

향후 초미세 가공이 요구되는 산업현장에 직접 적용될 수 있다. 펨토초 레이저를 이용한 초미세 가공은 가공물을 플라즈마 상태로 변화시켜 가공해, 열손상 및 크랙 등을 최소화할 수 있다.

또한, 펨토초 레이저는 레이저 빔의 회절한계보다 미세한 형상의 가공이 가능해 최상의 정밀가공을 필요로 하는 반도체, 디스플레이, 태양전지, 발광다이오드, 인쇄전자회로기판, 바이오 및 의료 분야 등에 다양하게 응용될 수 있는 환경 친화적인 기술이다.

이 외에도 안과, 피부과, 치과 등 외과 수술에 사용하면 주위 조직의 손상 없이 깨끗한 수술이 가능하는 등 응용 분야가 다양하다.

이번 기술 개발로 우리나라는 미국, 독일, 일본 등의 글로벌 기업들과의 펨토초 레이저 및 그 응용기술 경쟁에서 우위를 점하는 쾌거를 이루게 됐다.

KERI 연구진이 개발한 펨토초 레이저 기술은 연구 단계 수준이 아닌 상용으로 바로 적용할 수 있는 고출력 극초단 레이저 시스템 기술이다.

작은 크기 대비 장시간 동작 및 장비 결합 시에도 출력 안정도 1% 이하를 갖는 높은 신뢰성이 특징이다. 빈약한 국내 레이저 산업을 국제 경쟁력을 갖춘 차세대 레이저 분야 미래 산업으로 성장시키는데 크게 기여할 것으로 전망된다.

이번 개발 기술은 국내기업인 한빛레이저에 기술이전 돼 상용화가 추진중이다. 김정묵 한빛레이저 대표는 “KERI로부터의 이번 기술이전으로 레이저 광원을 자체적으로 개발할 경우 필요한 출력 및 파장 등의 스펙을 지닌 제품을 저렴하게 제작할 수 있게 됐다”고 말하고 “최근 매우 많은 분야에서 동시 다발적으로 발생하고 있는 펨토초 레이저의 초미세 가공용 광원으로의 응용 요구에 발맞춰 향후 펼쳐질 펨토초 레이저 가공 장비 시장에 발빠르게 대응할 수 있을 것”이라고 예상했다.

한편, 시장조사기관 등에 따르면 현재 세계 레이저 가공기 시장은 연평균 28% 이상 성장할 것으로 전망된다.

▲ 펨토초 레이저의 응용가능 분야.