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펨토초 레이저를 이용한 식품포장 필름의 표면 패터닝 및 특성 (Surface Patterning and Characterization of Food Packaging Films Using Femtosecond Laser)

  • 조영진
    • 한국포장학회지
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    • 제29권2호
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    • pp.111-118
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    • 2023
  • 본 연구에서 연속형 레이저와 나노초 레이저의 경우에는 고분자와 물성 조건이 맞지 않아서, 고분자 필름 표면에 특정 패터닝이 구현되지 않았다. 그러나, 펨토초 레이저를 활용하여 HDPE, PP, PET 등의 식품포장 필름의 표면에 패터닝이 구현됨을 확인하였다. 따라서, 본 연구에서 식품포장 필름에서 펨토초 레이저 패터닝 공정 조건을 확립하였고, 싱글 펄스에 의한 대면적 원형 패턴, 싱글 펄스를 30%를 중첩한 대면적 거칠기 패턴, 직선 패턴, 직선 패터닝을 중첩한 대면적 거칠기 패턴, 직선 패터닝을 교차하여 격자 패턴 등의 표면 패터닝 필름을 제작하였다. 또한, 표면 패턴 구조와 크기에 따른 패터닝 HDPE, PP, PET 필름은 SEM, AFM, 접촉각 분석을 통하여 그 특성을 확인하였다. 펨토초 레이저 패터닝을 하지 않은 각 대조군 필름의 표면 대비 대면적 원형 패터닝 HDPE 및 PP 필름, 싱글 펄스를 30%를 중첩한 대면적 거칠기 패터닝 및 직선 패터닝을 중첩한 대면적 거칠기 패터닝 PET 필름의 표면은 27.1-37.5°의 접촉각을 나타냄으로써, 패터닝 후에 HDPE, PP, PET 필름은 친수성 표면으로 변화되었다. 반면, 나노-마이크로 크기의 돌기 표면구조를 갖고 있는 대면적 격자 패터닝 HDPE 필름의 경우에는 120.4°의 접촉각을 보임으로써, 패터닝 후에 소수성 표면으로 변화되었다. 따라서, 패터닝을 통해 친수성 표면으로 바뀐 필름들은 단백질, 세포, 바이러스 등을 비롯하여 식품의 물질들이 달라붙지 못하거나, 쉽게 떨어지는 엔티파울링 응용분야에 활용이 가능하다. 또한, 향후 좀더 정밀한 나노 및 마이크로 돌기 구조를 갖는 격자 패터닝을 통해 150° 이상의 초소수성 표면을 제작하게 된다면, 자가 청소(Self-cleaning) 등의 초소수성 표면 응용분야에 활용 가능할 것이다.

펨토초 레이저에 의한 투명 유리내부 미세가공특성 (Micromachining Characteristics inside Transparent Materials using Femtoseocond Laser Pulses)

  • 남기곤;조성학;장원석;나석주;황경현;김재구
    • 한국정밀공학회지
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    • 제23권5호
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    • pp.190-196
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    • 2006
  • Transparent materials are widely used in the fields of optic parts and bio industry. We have experiment to find out the characteristics of the micromachining inside transparent materials using femtosecond laser pulses. With its non-linear effects by very high peak intensity, filament (plasma channel) was formed by the cause of the self-focusing and the self-defocusing. Physical damage could be found when the intensity is high enough to give rise to the thermal stress or evaporation. At the vicinity of the power which makes the visible damage or modification, the structural modification occurs with the slow scanning speed. According to the polarization direction to the scanning direction, the filament quality is quite different. There is a good quality when the polarization direction is parallel to the scanning direction. For fine filament, we could suggest the conditions of the high numerical aperture lens, the short shift of focusing point, the low scanning speed and the low power below 20 mW. As the examples of optics parts, we fabricated the fresnel zone plate with the $225{\mu}m$ diameter and Y-bend optical wave guide with the $5{\mu}m$ width.

펨토초 및 나노초 레이저를 이용한 박막태양전지의 레이저 플라즈마 분광 분석 (Application of a LIBS technique using femtosecond and nanosecond pulses for the CIGS films analysis)

  • 이석희;최장희;;;;;정성호
    • 한국레이저가공학회지
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    • 제17권4호
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    • pp.7-13
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    • 2014
  • In this work, the application of laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) for the composition analysis of thin $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) solar cell films ($1-2{\mu}m$ thickness) is reported. For the ablation of CIGS films, femtosecond (fs) laser (wavelength = 343nm, pulse width = 500fs) and nanosecond (ns) laser (wavelength = 266nm, pulse width = 5ns) were used under atmospheric environment. The emission spectra were detected with an intensified charge coupled device (ICCD) spectrometer and multichannel CCD spectrometer for fs-LIBS and ns-LIBS, respectively. The calibration curves for fs-LIBS and ns-LIBS intensity ratios of Ga/Cu, In/Cu, and Ga/In were generated with respect to the concentration ratios measured by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES).

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펨토초 레이저 유발 shock 형성 및 그 응용 (Femtosecond laser induced shock generation and its application)

  • 정세채;이흥순;시두;문혜영
    • 한국레이저가공학회지
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    • 제17권4호
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    • pp.1-6
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    • 2014
  • Femtosecond laser induced shock generation in water and vitreous humor of enucleated porcine eyeball was investigated. When focusing the femtosecond laser into the liquid mediums, the acoustic waves with a frequency of about 15.6kHz could be observed by using wide-band microphone. The amplitude of the acoustic signals from water has attained a maximum under a laser power of about 5mW. Further increment of the power results in a decrement of the acoustic signals due to nonlinear optical process including filamentation of laser beam. We have further investigated the effect of femtosecond laser induced acoustic waves by applying the laser pulse into enucleated porcine eyeball. The comparative studies on both healthy and diseased eyeballs led us propose that the femtosecond laser pulses could be utilized as a novel tools for treatment of partially detached retina layers from their choroid structures.

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펨토초 레이저를 이용한 회절격자와 Fresnel Zone Plate 제작 및 광학적 분석 (Optical Analysis of Diffraction Grating and Fresnel Zone Plate Fabricated on Fused Silica Glass by a Femtosecond Laser)

  • 유진창;김진태;손익부
    • 한국정밀공학회지
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    • 제27권3호
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    • pp.18-26
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    • 2010
  • Diffraction gratings with precise spatial periods of 2 ${\mu}m$ and 5 ${\mu}m$ have been fabricated by using a femtosecond laser which does not have limits on materials of micromachining and small thermal effects due to high peak power. Diffraction angle and diffraction efficiency of those were measured. Simulation results of diffraction angle and diffraction efficiency of the diffraction grating calculated with the parameters such as line width, depth, and spatial period of the fabricated gratings were compared with experimental results measured with a He-Ne laser. Besides these, Fresnel Zone Plates (FZPs) with focal distances of 50 mm and 25 mm were fabricated and focal distances of fabricated FZP were measured. Those experimental results for diffraction gratings and FZPs match well with experimental results.

40펨토초 미만 펄스폭의 고출력 파장가변 티타늄사파이어 레이저 (High power tunable Ti:sapphire laser with sub-40fs pulsewidth)

  • 임용식;노영철;이기주;김대식;장준성
    • 한국광학회지
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    • 제10권5호
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    • pp.430-438
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    • 1999
  • 근적외선 파장영역에서 시분해 분광용 레이저 광원개발을 위해 발진파장이 반사경의 파장 선폭에 의해 제한된 수십 펨토초 펄스폭의 고출력 티타늄 사파이어 레이저를 개발하였다. 한쪽 프리즘 끝에 미세 stepping-motor로 제어되는 kniff-edge slits를 사용하여 발진파장을 선택하였으며, 파장가변영역은 770nm~870nm이었고, 이 파장영역에서 얻은 펄스폭은 40 fs 미만이었다. 가장 짧은 펄스폭은 약 17 fs 이었으며 이때의 파장중심은 820nm이고 선폭은 72nm이었다. 약 5W 출력의 아르곤 레이저 여기광을 사용하여 위의 파장영역에서 얻은 평균출력은 440 mW~580 mW 이었다. 연속발진 경우와 Kerr-lens mode locking 경우의 이득매질에서의 빔의 크기를 계산하여 이득변조값 ${\lambda}=2.5{\times}10_{-8}$ W을 수치적으로 얻었고, 이로부터 Ginzberg Landau 방정식을 사용하여 40 fs 미만의 펄스폭이 발생됨을 보였다.

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펨토초 레이저와 나노초 레이저를 이용한 ITO Glass의 어블레이션 비교 연구 (A Comparative Study of ITO Glass Ablation Using Femtosecond and Nanosecond Lasers)

  • 전진우;신영관;김훈영;최원석;지석영;강희신;안상훈;장원석;조성학
    • 한국광학회지
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    • 제28권6호
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    • pp.356-360
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    • 2017
  • ITO는 높은 전기 전도도와 가시광선, 근적외선 영역에서 투명성을 가진다. LCD, OLED 등을 포함한 광학에 적용되는 부품들의 제조에 투명전극으로 ITO가 사용되고 있다. 가시광선 영역에서의 투명성과 높은 전도도 때문에 다양한 전기, 디스플레이 센서의 전극으로 이용되었다. 한 가지 사안은 기판의 특성에 충격없이 ITO, 금속 필름같은 특정한 영역의 층을 제거하는 부분이다. 레이저를 사용한 유리 위의 ITO 제거는 기존 방법에 비해 친환경적이다. 본 연구는 펨토초 레이저와 나노초 레이저를 사용하여 ITO를 제거하는 비교분석이다.

펨토초레이저 충격파에 의한 형광 나노입자 제거 (Removal of Nano-scaled Fluorescence Particles on Wafer by the Femtosecond Laser Shockwave)

  • 박정규;조성학;김재구;장원석;황경현;유병헌;김광열
    • 한국정밀공학회지
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    • 제26권5호
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    • pp.150-156
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    • 2009
  • The removal of tiny particles adhered to surfaces is one of the crucial prerequisite for a further increase in IC fabrication, large area displays and for the process in nanotechnology. Various cleaning techniques (wet chemical cleaning, scrubbing, pressurized jets and ultrasonic processes) currently used to clean critical surfaces are limited to removal of micrometer-sized particles. Therefore the removal of sub-micron sized particles from silicon wafers is of great interest. For this purpose various cleaning methods are currently under investigation. In this paper, we report on experiments on the cleaning effect of 100nm sized fluorescence particles on silicon wafer using the plasma shockwave occurred by femtosecond laser. The plasma shockwave is main effect of femtosecond laser cleaning to remove particles. The removal efficiency was dependent on the gap distance between laser focus and surface but in some case surface was damaged by excessive laser intensity. These experiments demonstrate the feasibility of femtosecond laser cleaning using 100nm size fluorescence particles on wafer.

펨토초 레이저에 의한 크롬박막 미세 회절패턴 제작 (Diffractive patterning on Cr thin film using femtosecond laser pulses)

  • 김재구;조성학;장원석;나석주;황경현
    • 한국레이저가공학회지
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    • 제10권4호
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    • pp.18-22
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    • 2007
  • In this paper, we suggested the femtosecond laser processing using the mask which makes Gaussian spatial beam distribution to a normalized distribution by Fresenel diffraction. Holography pattern of the size of $320{\times}320{\mu}m^2$ on the Cr thin film on glass substrate with a pixel size of $5{\times}5{\mu}m^2$ was fabricated according to the pattern generated by the iterative Fourier transform algorithm(IFTA) algorithm. We analysed the damage threshold with an assumption the power distribution as Gaussian profile as 45 $mJ/cm^2$. The regenerated image of letters through the diffractive pattern was well recognized at the screen.

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펨토초 레이저를 이용한 평판 디스플레이 유리기판 절단 연구 (Femto-Second Laser Glass Cutting for Flat Panel Display)

  • 김광열
    • 한국재료학회지
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    • 제18권5호
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    • pp.247-252
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    • 2008
  • A laser glass cutting system using a femto-second laser was evaluated for Flat Panel Display (FPD) glass. A theoretical analysis of the ablation threshold and depth is described using an explicit analytic form. Experiments for clean and deep grooves were performed using a 3W femto-second laser, and the relationships between the input energy and the scribing depth as well as the threshold energy are presented. Mechanical breaking after the scribing process was carried out and the results are compared with a theoretical method. It was found that a two-sided LCD panel glass can be cut clearly using the laser cutting method. The methodology was found to be very effective as a mass-production cutting system.