[첨단 헬로티]
높은 빔 품질을 갖춘 고강도, DDL 레이저 기술로 추후 미세제조 분야 적용 가능성 높아
파나소닉 코퍼레이션이 지난 29일(수) 세계 최고 수준의 휘도(brightness)를 자랑하는 블루 레이저를 시연하는 데 성공했다고 발표했다.
▲파장빔 결합 기술
이는 파장빔 결합(WBC) 기술을 디렉트 다이오드 레이저(DDL)에 적용해 고품질 아웃풋 빔을 만들어냄으로써 가능했다고 한다. 이 기술을 통해 파워 스케일링이 가능해졌고 그와 동시에 단순히 레이저 광원의 수를 늘림으로써 빔의 품질을 유지할 수 있게 됐다.
이번의 시연은 기존의 블루 레이저 시스템에 비해 100배나 더 높은 강도의 레이저를 만들 수 있는 가능성을 열었다.
이 기술은 새롭게 개발 중인 미세제조(microfabrication) 프로세스 완성에 기여할 것으로 예상되며 이 프로세스에 대한 수요는 자동차 산업 등 산업용 애플리케이션에서 급속하게 성장할 것으로 보인다.
오늘날 자동차 산업은 점차 ‘전자화’ 및 ‘극소화’ 방향으로 치닫고 있는 한편 ‘고강도’ ‘디자인 유연성’ ‘생산성’ 측면에서의 요구도 높아지고 있는 추세다.
이러한 환경 속에서 동, 금, 플라스틱 등 다양한 재료를 처리할 수 있는 미세제조 용도의 레이저에 대한 기대가 갈수록 높아지고 있다.
이 가운데서도 특히 높은 광학적 흡수효율을 갖춘 블루 레이저는 자동차 엔진과 배터리 등 동(copper) 제조 분야에서 높은 수요가 존재한다. 높은 수준의 정밀 프로세싱 과정에서는 높은 아웃풋 파워와 우수한 빔 품질을 갖춘 레이저 빔 광원을 필요로 한다.
그러한 빔 광원을 개발하기 위해 파나소닉은 2013년 미국 매사추세츠 소재 회사 테라다이오드(TeraDiode, Inc., TDI)와 손을 잡고 다수의 상이한 파장을 한데 결합한 빔인 WBC 기술을 개발해왔다.
2014년에 파나소닉은 WBC 기술을 사용한 적외선 DDL를 장착한 세계 최초의 레이저 용접 로봇 시스템인 LAPRISS를 공개했다. 한편, 2017년 회사는 TDI를 100% 소유 자회사로 인수하고, WBC 상에서의 아웃풋 파워 최적화와 파장 단축화 작업에 돌입했다.
고품질 빔 블루 레이저(파장대역폭 400~450nm)의 아웃풋 파워 최적화 작업은 WBC 기술을 통해 다수의 다이오드 바로부터 나오는 100개 이상의 방사체를 결합시킴으로써 성공할 수 있었다.
이 WBC 기술은 각 파장 각도에서의 회절격자(diffraction grating)에 따른 각기 다른 파장을 갖는 다수의 방사체로부터 나오는 빔을 결합시켜준다. 그런 다음 부분적으로 투명한 거울들과 각 방사체 표면 가장자리 사이에서 공진기(resonator)가 형성된다.
그런 결과 아웃풋 빔은 BPP 1.5mm·mrad라는 높은 수준의 빔 품질을 갖춘 135W의 출력을 낼 수 있게 된다. 추후에 파나소닉은 이 레이저 빔 광원이 장착된 프로세싱 시스템과 레이저 프로세싱 최적화 기술을 개발할 예정이다.
파나소닉은 오는 2월 1일부터 6일 사이에 샌프란시스코에서 개최되는 PHOTONICS WEST 2020 행사에 참가해 회사의 기술적 성과를 설명하는 전시회와 강의 세션을 가질 예정이다.
이 연구개발 사업은 일본 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)가 의뢰한 'TACMI 프로젝트(고휘도·고효율 차세대 레이저 기술 개발)'의 데이터의 일부를 활용해서 이뤄진 것이다.
