인류 과학기술사에서 레이저 기술의 탄생은 빛과 물질의 상호작용에 있어서 혁명이라 할 수 있다. 1917년 유도방사선 이론을 제안한 아인슈타인부터 1960년 최초의 루비레이저를 개발한 마이먼까지, 이 기술은 불과 반세기 만에 산업, 의료, 통신, 군사 등 다양한 분야에 침투해 현대사회 발전의 핵심 원동력이 됐다. 광전자공학 분야의 대표적인 기술인 레이저는 '빛'의 응용 범위를 재정의할 뿐만 아니라 지능형 제조, 생명과학, 우주 탐사 등 최첨단 분야에서 무한한 잠재력을 보여줍니다.
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레이저의 본질
레이저의 본질은 유도방사선의 광증폭(LASER)이다. 아인슈타인의 양자 이론에 기초하여 활성화된 매체(예: 가스, 결정), 펌프 소스(에너지 주입) 및 광학 공명 공동의 시너지 효과를 통해 입자 수가 반전되고 증폭됩니다. 고정 광자는 일관성이 높고(위상, 주파수 및 방향이 일관됨) 극도로 단색성(좁은 스펙트럼), 우수한 지향성(작은 발산각) 및 극도로 밝은 빔을 형성하여 통신, 제조, 의료 및 기타 분야와 같은 현대 기술에 핵심 광원 지원을 제공합니다. 레이저의 특성상 높은 정밀도, 높은 에너지 및 높은 제어 가능성 요구 사항을 동시에 충족할 수 있는 유일한 광원입니다. 광섬유 통신(광 캐리어), 정밀 제조(라이트 나이프), 의료 수술(비{4}}침습적 치료), 양자 기술(단일 광자 소스) 및 중력파 탐지(간섭계) 등을 위한 물리적 기반을 제공하여 현대 기술과 산업 구조를 완전히 변화시킵니다.
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통신 분야의 레이저 활용
레이저 기술의 핵심 장점은 높은 지향성(빔 발산 각도가 밀리라디안에 불과함), 높은 단색성(파장 순도가 10^-6 나노미터에 도달), 높은 밝기(태양광 밝기의 수백억 배), 높은 일관성(공간적 및 시간적 일관성의 완벽한 통합)이라는 "4가지 높은" 특성에 있습니다. 이러한 특성으로 인해 광전자공학 분야에서 세 가지 주요 기술 분야가 출현하게 되었습니다.
첫 번째는 데이터 급류를 위한 '광속 채널'인 정보 광전자공학이고, 두 번째는 생명과학의 '빛의 안테나'인 생체광전자공학이고, 세 번째는 정확한 제어를 위한 '빛의 칼날'인 에너지 광전자공학입니다. 아래에서는 정밀하게 만들어진-"라이트 나이프"를 주로 소개합니다.
에너지 운반체로서 레이저는 미크론-수준의 정밀한 재료 가공을 달성할 수 있습니다. 산업 제조에서는 비접촉식 처리 및 작은 열 영향 영역-과 같은 장점을 통해 기존 기계 처리 모델을 뒤집습니다. 그리고 정밀 제조를 위한 신소재의 높은 요구 사항에 더 잘 적응할 수 있습니다.
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레이저 가공의 장점
레이저 "라이트 나이프"는 고정밀, 고효율 및 높은 적응성의 장점을 통해 현대 산업의 제조 패러다임을 재편하고 있습니다.
초{0}}경질 재료 가공 시 레이저는 높은-에너지-밀도 빔(스폿 직경이 10μm까지 작을 수 있음)을 집중시켜 재료를 직접 녹이거나 기화시키고, 비접촉 가공을 달성하고 기계적 응력으로 인한 균열이나 변형을 방지합니다.- 새로운 재료를 가공할 때 부서지기 쉬운 재료에 직면할 때 전통적인 기계적 가공은 쉽게 미세한 균열을 일으킬 수 있습니다. 레이저 절단은 레이저 출력 밀도(104-10도 W/cm²)와 스캔 속도(20-80mm/s)를 제어하여 레이저 출력 밀도를 제어할 수 있으며 ±2μm의 조리개 정확도로 칩 없는 절단을 달성할 수 있습니다.
반도체 재료(예: 실리콘 웨이퍼)의 레이저 가공에는 펨토초 레이저를 사용하여 웨이퍼 내부에 개질층을 형성하고, 본딩 화학적 에칭을 통해 5μm의 낮은 커프 손실로 칩-칩 프리 절단이 가능하여 집적회로의 소형화 개발을 지원합니다.
