레이저 분야에서 각 제품군별로 국내 생산환경과 동향을 분석하고, 세계 시장 동향과 주력 아이템을 조사한 자료를 싣는다. 지난 호의 다이오드 여기 고체레이저 발진기, Lamp pumped 고출력 Nd:YAG 레이저 발생장치에 이어서 이번 호에는, 레이저 마이크로 머시닝, 암치료를 위한 레이저기기에 대해 다룬다. 한국광학기기협회가 주관하여 진행한 '레이저 발진기 및 응용시스템 기술개발에 관한 연구'의 기초 조사 자료 가운데 간추렸다. 이 자료는 조사처를 게
레이져 분야에서 각 제품군별로 국내 생산환경과 동향을 분석하고, 세계 시장 동향과 주력 아이템을 조사한 자료를 2회로 나누어 싣는다. 다이오드 여기 고체레이저 발진기, Lamp pumped 고출력 Nd:YAG 레이저 발생장치를 이번 호에 레이저 마이크로 머시닝, 암치료를 위한 레이저기기, 레이저마킹기를 다음 호에 다룬다. 한국광학기기협회가 주관하여 진행한 '레이저 발진기 및 응용시스템 기술개발에 관한 연구'의 기초 조사 자료 가운데 간추렸다. 이 자료는
본고에서는 기초적인 연구단계로부터 실용디바이스로서의 생산으로 그 중심이 이동되고 있는 동시에 단일파장동작 또는 고출력화 등 새롭고 고성능을 목표로 계속 연구개발되고 있는 반도체 레이저를 중심으로 연구진전과 현상 및 내외의 동향을 살펴본 후 응용분야와 앞으로의 전망에 대하여 기술하여 보고자 한다.
Maiman이 루비레이저 발진에 성공하고 나서 50년, 고출력레이저는 멈추지 않고 진보를 계속하고 있다. 그 결과 광에는 한계가 없다는 물리학의 본질에 뿌리내린 한계도전이 현실로 다가왔다. 고출력레이저의 응용분야는 원자와 분자를 광(光)전계 만으로 전리, 파괴할 뿐만 아니라 전자속도를 광속까지 가속시키는 상대론광학, 그것에 의한 새로운 입자가속기와 레이저에 의한 고(高)에너지물리학으로의 전망, 그리고 실험실 우주물리학에 이르기까지 소개했다. 이들 연구에는 각각 획기적인 아이디어와 연구축적이 필요하고, 이후도 끊임없는 노력이 이어질 전망이다. 본고는 <광기술 컨텍트 2010년 1월호> 미래의 광기술 기획특집중 Ueda Ken-ichi(전기통신대학 레이저신세대연구센터)씨가 집필한 '초고출력레이저의 전망'을 전제한 것이며 (주)그린광학의 유정훈 팀장이 번역에 도움을 주었다.
펨토기술은 펨토초영역에서 일어나는 물리화학적 현상을 이용하여 공학적으로 이용하는 학문이다. 펨토초(femtosecond)는 시간의 단위로서 1펨토초는 1000조분의 1초($10^{-15}$)에 해당된다. 일반적으로 사람의 머리카락 두께는 약 100fm 인데 100 펨토초라고 하더라도 빛이 머리카락 두께의 1/2도 진행하지 못하는 극도의 짧은 시간에 불과하다. 이러한 펨토기술은 극초단 레이저의 발달로 가능해졌다. 1960년대 초 레이저 펄스폭을 줄일 수 있는 기술이 개발돼 나노초 시대가 열린 이후 60년대 중반에 펄스폭을 더욱 줄일 수 있는 모든 잠금기술이 개발돼 피코초 시대가 도래했다.(중략)
레이저응용중 산업적으로 가장 활발한 분야는 가공과 광계측이다. 레이저 가공과 관련하여 광섬유 전송특성으로 각광 받고 있는 Nd:YAG 레이저의 산업적 활용에 대하여 논하며 특히, 최근에 개발된 kW 급 Nd:YAG 레이저의 산업적활용면에서 괄목할 만한 성과를 이룬 원자령분야에서의 보수용접과 과련 용접장치 개발 및 용접특성 연구에 대하여 기술하며 산업분야에서 중요한 안루미늄의 레이저용접 추세 및 전망에 대하여 기술하였다. 또한, 광계측중 산업적으로 가장 활발히 활용되는 삼각측량과 간섭계를 이용한 비파괴검사에 대하여 적용사례 중심으로 논의하였다.
레이저 가공기술은 재료가공 분야에서 넓은 응용분야를 가지고 있으며, 특히 절단, 용접, 열처리 등의 가공분야에서 고정밀도와 자동화의 용이성으로 인해 생산성이 높은, 고부가가치의 첨단응용 기술로 부각되고 있다. 특히 레이저절단은 타 절단법에 비교되는 절단정도, 열영향, 생산성, 작업 환경등의 각종 우위성으로 박판 및 후판절단분야에서 급속한 보급을 보이기 시작하였다. 현재 대 부분의 레이저 가공기는 CNC화 되어가고 있는 추세이며, 레이저 절단의 경우 생산성증대 및 고 정밀화를 위하여 CAD/CAM인터페이스에 의한 자동화가 필연적인 상황이다. 뿐만아니라 고출력 레이저 발전기를 가공 기본체에 탑재한 탑재형 레이저가공기의 출현으로 대형부재의 절단이 가능 하게 되었으며, 더불어 절단공정의 무인화를 지향하는 각종 시스템이 개발되고 있다. 이와 같은 무인화, 생산성증대, 작업시간단축과 러닝 코스트 및 재료의 절감을 위한 노력의 일환으로 컴 퓨터에 의한 자동 및 반자동 네스팅 시스템의 개발을 들 수 있다. 레이저에 의한 2차원 절단응 용분야에서의 네스팅작업은 설계가 끝난 각 부품의 절단작업의 전단계로서 수행되며, 일반적으로 네스팅공정이 완료되면 절단경로를 결정하고 가공조건과 함께 수치제어공작기계의 제어에 필요한 NC코드를 생성하게 된다. 최근에는 이와 같은 네스팅 시스템이 일부 생산현장에 적용되고 있 으나 이러한 시스템들의 대부분이 외국에서 개발된 것을 수입하여 사용하는 실정이다. 2차원 패턴의 최적자동배치문제는 비단 레이저 절단과 같은 열가공 분야에서 뿐만 아니라 블랭킹 금형, 의류, 유리, 목재등 여러분야에서 응용이 가능하며 패키지의 국산화가 시급한 실정이다. 네스 팅작업은 적용되는 분야에 따라 요구사항과 구속조건이 달라지며 이로 인해 알고리즘과 자료구 조도 달라지게 되나 공통적인 목표는 주어진 영역안에서 겹침없이 배치하면서 버림율을 최소화 하는 것이다. 지난 10여년간 여러 산업의 응용분야에서는 네스팅시스템의 도입이 활발하게 이 루어지고 있는데 수동에 반자동 및 자동에 이르기까지 다양하나 자동네스팅시스템의 경우 배치 효율의 신뢰성이 비교적 부족하기 때문에 아직까지는 생산현장에서 기피하는 실정이다. 배치알 고리즘의 관점에서 볼 때 이러한 문제들은 NP-complete문제로 분류하며 제한된 시간안에 최적의 해를 구하기가 가능한 조합 최적화 문제로 알려져 있다. 따라서 이 글에서는 레이저 절단분야 에서의 네스팅시스템에 관한 개요와 최근의 연구동향 그리고 몇 가지 전형적인 네스팅 알고리 즘들을 소개하고 비교분석을 통해 개선점을 간략하게 논의하고자 한다.
기상과 환경 분야에서 원격 탐사의 중요성이 부각되고 있다. 레이저를 사용하여 원격 탐사를 수행하는 라이다는 대기 중으로 쏘아올린 레이저 빛이 대기 중 에어러솔이나 기체 분자에 의해 후방산란 된 신호를 측정한다(원재광, 1998). 이러한 라이다를 응용하여 탐지 대상의 공간적 분포와 연속적인 탐사를 통한 시간 변화를 획득할 수 있다. 극저출력(/고반복율) 레이저를 사용하여 망막안전을 보장하고 스캔시스템과 결합된 마이크로 펄스 라이다가 국내기술로 개발되어 에어러솔 관측에 활용되었으며, 향후 여러 분야에서 응용될 것으로 기대된다. (중략)
최근 환경오염이 심각한 사회문제로 대두됨에 따라 환경오염원을 제거하기 위한 여러 가지의 집진장치가 개발되고 있는데 화력발전소에서는 건식정전집진장치(dry electrostatic precipitator)를 이용하고 있다. 건식정전집진장치는 햄머(hammer) 방식의 충격장치를 설치하여 집진극과 방전극에 충격을 가함으로써 충격력을 극대화시키고 높은 분진박리 효과를 꾀하고 있는데 환경오염원이 되고 있는 집진판의 분진의 분리율을 높이기 위해서는 집진판의 전체 영역에서 분진을 동일하게 떨어뜨릴 수 있는 충격장치가 설계되어야 하는데, 이를 위해서는 충격하중에 따른 집진판의 진동 형태를 정확하게 분석하여야 한다. 본 연구에서는 집진판의 충격하중에 따른 진동의 형태를 분석하기 위해 펄스 레이저를 이용한 2중 노출 홀로그래피 시스템을 구성하였다. 홀로그래픽 간섭계는 이미 오래 전에 개발된 레이저 응용 계측기법으로서 주로 정현적인 진동을 하는 진동체의 진동 현상을 연구하는 데에 많이 사용되어 왔는데 그 기술 개발은 상당한 수준에 있다. 그러나 종래의 기술들은 주로 헬륨-네온(He-Ne)레이저와 같은 연속 레이저(continuous wave laser)를 이용한 기술들인데 최근에는 루비(ruby) 레이저와 같은 펄스 레이저 (pulse laser)를 이용한 기술이 많이 응용되고 있다. 이 펄스 레이저 홀로그래픽 간섭계를 Gottenberg는 응력파에 의해서 발생된 변형을 측정하기 위해 사용하였고 Aprahamian등은 보(beam)와 평판의 굽힘파(bending wave)의 전파 특성 연구에 이용하였다. 그 실험적 결과는 수치적 해석 결과와 비교되어 매우 좋은 일치성을 보였는데 이러한 펄스 레이져 홀로그래픽 간섭계 기법의 주요 장점은 어떠한 특정한 순간에 관찰하고자 하는 시험편의 전체 영역의 파동 전파 형상을 관찰할 수 있다는 것이다. 따라서 본 연구에서는 펄스 레이저를 응용한 2중 노출 홀로그래피법(double exposure holography method)을 이용해서 집진판에 충격하중이 가해졌을 때 발생하는 진동이 발생과 전파 특성을 충격하중의 방향에 따라서 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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