펨토초 레이저를 사용한 투명재료 내부의 필라멘트 형성에 대한 연구 :A Study of Generation of Filament using a Femtosecond Laser in a Transparent Material

최원석

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최원석 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 김주한

발행연도: 2013

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (5)

2017

펨토초 레이저 펄스 컨트롤을 이용한 유리 내부의 필라멘트 발생

최원석 , 김훈영 , 지석영 외 6명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2017.04 학술대회자료

2015

펨토초 레이저 펄스 수에 따른 투명 유리 내부의 필라멘트 발생에 대한 연구

최원석 , 윤지욱 , 김훈영 외 1명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2015.04 학술대회자료

2014

펨토초 레이저 펄스 수에 대한 투명 재료 내부의 필라멘트 발생에 대한 연구

최원석 , 윤지욱 , 김훈영 외 3명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2014.04 학술대회자료

펨토초 레이저 펄스를 이용한 투명 재료 내부의 필라멘트 발생에 대한 연구

최원석 , 윤지욱 , 김훈영 외 3명 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2014.04 학술대회자료

2013

펨토초 레이저를 사용한 투명재료 내부의 필라멘트 형성에 대한 연구

최원석 2013.01 학위논문

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재료의 가공에 있어서 펨토초 레이저는 짧은 펄스폭으로 인한 높은 순간출력에 의하여 나노초 레이저나 CW 레이저와는 다른 거동을 보인다. 일반적으로 재료의 레이저에 의한 가공은 자유전자의 포톤에너지 흡수로부터 시작된다. 자유전자가 흡수한 에너지를 주변격자로 전달되면서 가공이 이루어진다. 그러나 투명한 유리는 자유전자가 거의 없다. 이와 같은 이유 때문에 기존의 나노초 레이저나 CW 레이저는 유리에 투명한 파장에 대해서 가공이 불가능하였다. 그러나 펨토초 레이저를 사용하면 높은 순간출력에 의해 발생하는 비선형적 현상 때문에 유리에 대하여 투명한 파장의 레이저라도 가공이 가능하다. 또한, 높은 순간출력을 가지는 빛이 투명한 물질을 지날 때 발생하는 커효과(Kerr effect)에 의해 일반적으로는 보기 힘든 비선형적인 현상인 자기집속(self-focusing) 현상이 발생한다. 그리고 초점부에서 발생하는 플라즈마에 의해 레이저 펄스가 분산된다. 자기집속과 플라즈마에 의해 분산되는 현상이 반복해서 일어나는 현상을 필라멘테이션(filamentation)이라 한다.
본 논문에서는 펨토초 레이저를 이용하여 일반적으로 많이 사용되는 소다라임 유리(soda-lime glass)내부에 각 파라메터가 필라멘테이션에 영향을 미치는 것에 대한 연구를 하였다. 그리고 레이저 조사방향과 수직하게 스캔하여 필라멘테이션을 중첩시켜 2차원의 굴절률 변화를 주어 유리절단 가능성을 제시하였다.

#필라멘테이션 #펨토초레이저 #투명재료가공 #내부가공

I. 서 론 1
1. 연구의 배경 및 필요성 1
2. 응용 2
3. 연구의 목표 3
II. 이론적 고찰 4
1. 레이저 정밀가공의 특징 4
2. 투명재료의 레이저 가공 5
3. 필라멘테이션 6
4. 펨토초 레이저-재료 간의 레이저 에너지 흡수, 전달 메커니즘 7
5. 레이저 어블레이션 12
6. 필라멘테이션 - (자기집속과 플라즈마 분산) 13
7. 필라멘테이션 현상을 이용한 유리절단 가능성 15
8. 레이저 가공에서의 파라메터 15
III. 실험 장치 및 실험 방법 17
1. 펨토초 레이저의 구성 17
1.1. 티타늄 사파이어 크리스털 17
1.2. 처프 펄스 증폭기술(Chirped pulse amplification) 18
1.3. 스트레처(stretcher), 컴프레서(compressor) 19
2. 펨토초 레이저의 일반적인 가공 시스템 구성 20
3. 실험에 사용된 레이저 21
3.1. Spectra-Physics 레이저 21
3.2. Amplitude 레이저 23
3.3. Jenoptic 레이저 24
4. 실험에 사용된 샘플 26
5. 실험 준비 및 세팅, 실험방법 27
6. 실험 파라메터 28
IV. 실험 결과 및 고찰 29
1. 유리 내부가공 특성 29
1.1. 펄스에너지, 개구수에 따른 필라멘테이션 29
1.1.1. 펄스에너지에 따른 필라멘테이션 29
1.1.2. 개구수에 따른 필라멘테이션 32
1.2. 펄스수에 따른 필라멘테이션 37
1.3. Offset에 따른 필라멘테이션 39
1.4. 필라멘테이션 배열 40
1.5. 필라멘테이션 스캐닝 43
1.6. 파장별 필라멘테이션 44
1.7. 재료 조성별 필라멘테이션 45
1.8. 펄스 간격별 필라멘테이션 46
V. 결 론 47
참고문헌 48
영문초록(Abstract) 50
감사의 글 51

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