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M. Kaiser,M. Kumkar,R Leute,J. Schmauch,R. Priester,J. Kleiner,M. Jenne,D. Flamm,F. Zimmermann 한국레이저가공학회 2021 Laser Solutions Vol.24 No.9
단단하고 긁힘에 강한 사파이어는 가전제품 등의 다양한 고품질 응용 분야에서 선호하는 재료이다. 이러한 우수한 특성 때문에 사파이어는 가공에 있어 까다로운 재료이다. 성형된 빔과 초단파 펄스를 사용하면 에너지를 정확하게 재료에 축적하고 개질하여 열 유도 응력을 줄이고 미세 균열을 방지할 수 있다. 특히 내부 윤곽에 대해 개질된 경로를 따라 분리하는 것은 여전히 해결되지 않은 과제이다. 레이저에 의해 개질된 사파이어의 선택적 식각은 외부 윤곽은 물론 내부 윤곽, 심지어 가장 작은 관통 구멍까지 방출할 수 있는 유망한 기술이다. 베셀 형 빔 프로파일을 사용하여 전체 두께의 단결정 비정질화된 긴 개질을 단일 펄스로 달성할 수 있다. 단결정 사파이어와 달리 비정질 상에서는 30 wt% KOH 용액에서 에칭할 수 있다. 성공적인 공정 개발을 위해 1030 nm 파장에서 펄스폭, 펄스 에너지, 펄스 수, 빔의 시공간적 거리에 따른 다양한 유형의 개질 및 에칭 양상을 기본적으로 비교한다. 에칭 속도는 가공 및 에칭 조건에 따라 달라지며 10 µm/min으로 최적화된다. 윤곽 외에도 2차원으로 배열된 균열 없는 나노 구멍(직경 200 nm, 거리 5 µm)으로 구성된 나노 분리막은 1:1500의 가로세로 비율로 구현된다.
F. Zimmermann,M. Jenne,D. Grossmann,A. Grubera,M. Kumkar 한국레이저가공학회 2021 Laser Solutions Vol.24 No.8
극초단 레이저 펄스에 의한 투명 소재의 용접이 최근에 특히 주목을 받고 있다. 짧은 펄스폭은 면적 내에서 유리를 국부적인 개질 영역을 만들 수 있는 반면 높은 펄스 반복률의 펄스에서 펄스로의 열을 축적하여 국부적인 응용 현상을 초래한다. 재 응고 후 접착제 등 추가 재료없이 강력하게 접합이 가능하다. 특히 이종 소재 유리에서도 강한 파괴 강도로 용접될 수 있으며, 용접 심 또한 가스 밀도가 높고 장기적으로도 안정적이다. 그러나 산업의 응용 분야에서는 높은 생산 속도를 요구한다. 공정 속도를 높이려면 레이저 열을 시간 및 공간적으로 조정하기 위한 맞춤화가 필요하다. 짧은 레이저 펄스 열 (Pulse train)을 사용하면 소위 버스트를 통해 유도 응력을 줄이거나 재분배하여 용접된 샘플의 용접 강도를 높일 수 있다. 사용된 레이저 파라미터 외에도, 표면 품질과 최종 간격(Gap)은 산업용으로서의 레이저 용접에 결정적인 문제를 제기한다. 이 프레임워크에서 시분할 펌프 프로브 측정은 용접 심의 진화, 특히 공정 개발을 촉진하는 샘플 사이에 용융 이동을 분석하는 데 사용된다. 편광 광학으로 시간 분해 펌프 프로브 설정을 확장하면 달성 가능한 파괴 강도를 최적화하기 위해 필요로 하는 레이저 유도 응력을 정량적으로 연구할 수도 있다.