[Tech Trends Ⅰ] 펨토초 기술, 국내 레이저산업 국제경쟁력 견인 한국전기연구원, ㈜이오테크닉스와 기술 이전 계약 “찰나보다 빠른 최첨단 레이저 기술, 우리가 받겠습니다.”국내 연구진이 개발한 세계 최고 수준 펨토초 레이저 기술이 국내기업에 잇달아 기술이전됐다. 국가 첨단산업분야의 주력제품군에 적용될 수 있는 고출력 극초단 레이저 시스템 기술이 국내에서 개발되고, 본격 실용화의 단계에 들어서면서 취약한 국내 차세대 레이저 가공장비 시장의 도약과 선진국과의 경쟁에 견인차 역할을 할 것으로 기대된다. 미래창조과학부 국가과학기술연구회(이사장 이상천) 산하 전기전문연구기관인 한국전기연구원(원장 박경엽)은 최첨단 산업용 레이저 광원인 ‘펨토초 레이저 소스 기술’을 ㈜이오테크닉스에 기술이전하기로 하고, 한국전기연구원(이하 ‘KERI’) 박경엽 원장, 이오테크닉스 성규동 대표 등 양 기관 임직원들이 참석한 가운데 기술이전 계약 조인식을 가졌다.펨토초(femto second) 레이저는 10-15초(1000조 분의 1초)라는 극히 짧은 시간의 폭을 갖는 펄스(pulse)를 발생시키는 레이저다. 이 극초단 레이저를 초미세 가공 분야에 적용하면, 충격파에 의한 왜곡이나 표면의 파편 잔해, 열에 의한 주변 재료 변질이나 미세 크랙 발생 등의 부작용 없이 섬세한 가공이 가능하다.최근 각 부품이나 제품의 소형화 및 정밀화 추세와 더불어, 화학적 오염물질을 부산물로 가지는 노광기술 대신 환경 친화적이면서 초미세 영역에서의 가공이 가능한 새로운 기술 개발이 절실하게 필요한 상황에서 펨토초 레이저를 이용한 초미세 그린 가공 시스템은 NT, BT, IT, 에너지, 환경 산업의 초미세 영역 가공에 매우 적합한 기술로 기대를 모으고 있다.반면, 현재 국내 레이저 산업은 매우 취약하다. 대부분의 레이저를 해외에서 수입해 레이저 응용장비 제작에 적용하고 있다. 차세대 레이저인 펨토초 레이저의 경우, 이제 막 산업용 장비에 도입하려는 단계다. 특히 기존의 전 세계적으로도 펨토초 레이저는 기초 연구를 목표로 하고 있어 크기가 크고 비싸다. 펄스 반복율도 낮아서 생산성이 낮고 장시간 동작 안정성이 나빠서 의료 및 산업현장에 적용하는데 한계가 있었다.KERI는 시장의 요구에 부응하기 위해 산업에서 직접 활용이 가능한 펨토초 레이저 광원 제작 기술을 개발했다. 러시아와의 합작연구센터인 RSS센터를 통해 러시아의 광학 기술과 KERI가 그동안 축적해 온 원천 레이저 설계 기술 및 모듈제작 기술, 레이저 제작 및 안정화 기술, 상용화기술 등을 접목해 맞춤형 펨토초 레이저 및 가공 시스템으로 탄생시킨 것이다.이는 연구 단계 수준에서 한층 진화된 것으로 상업용으로 바로 적용할 수 있는 고출력 극초단 레이저 시스템 기술이다. 크기가 작고, 장시간의 동작이나 장비를 결합했을 때에도 1% 이하의 출력 안정도를 갖는, 높은 신뢰성이 특징이다.개발된 기술을 통해 생성되는 펨토초 레이저는 펄스폭 180 펨토초, 최대 평균 출력 10와트(W), 반복율 500킬로헤르츠(kHz · 1,000헤르츠)의 특징을 나타낸다.펄스 반복율 및 평균 출력이 높을 뿐만 아니라 장시간 동작 안정성이 매우 우수하다. 향후 초미세 가공이 요구되는 산업현장에 직접 적용될 수 있다.KERI는 모든 재료의 비열 가공 및 선택적 가공이 가능한 극초단 레이저 광원의 원천기술을 확보함으로써 반도체, 디스플레이, 태양전지, 발광반도체 등 다양한 산업분야에서 차세대 초미세 레이저 가공 응용성을 확보했으며, 핵심 전기전자 시장의 발전에도 큰 영향을 끼칠 것으로 기대된다. 한편 이번 연구개발에 서울시 지역연구개발사업인 ‘서울시 R&D 지원사업’ 의 전폭적 지원을 받은 것으로 알려졌다.바이오 및 레이저 산업 기여 전망KERI 박경엽 원장은 “이번 기술개발과 기술이전은 그동안 연구실 수준에서 확인된 우수한 연구결과들을 산업현장에서 구현 가능한 수준의 최첨단 레이저 기술로 최초 개발함으로써 초정밀 안과수술 등과 같은 의료산업이나 차세대 정보 저장장치 등과 같은 IT산업, 초고속 영상 등과 같은 바이오 산업 등을 아우르는 초미세 레이저 가공장비 시장의 문을 열게 됐다는데 큰 의의가 있다”고 강조하고 “특히 빈약한 국내 레이저 산업을 국제 경쟁력을 갖춘 차세대 레이저 분야 미래 산업으로 성장시키는데 크게 기여할 것으로 전망된다”고 말했다. 이오테크닉스 성동규 대표는 “이번 한국전기연구원과의 기술 이전 계약을 통해 전기연구원의 개발 기술과 이오테크닉스가 자체 보유한 광섬유 극초단 씨드 및 고출력 증폭기술과의 결합시켜 세계 최고수준의 펨토초레이저 상용화를 성공시켜 머지않아 한국의 레이저산업이 세계로 뻗어나가는 도약의 계기가 되기를 기대한다”고 밝혔다.KERI는 이 기술을 착수기술료(Initial payment) 및 최저 경상기술료(Running royalty)를 포함해 10억 원에 기술 이전한다. 해당 기술이 올 상반기 국내 다른 중견기업인 한빛레이저에 총 8억원에 기술이전 돼 상용화가 추진 중인 것을 감안하면, 벌써 18억 원의 기술이전 수입을 창출한 셈이다. 이는 KERI의 개발 기술이 시장의 요구에 부합하는 한편, 높은 가치를 인정받고 있다는 의미이자, 그만큼 기업들이 상업화에 적합한 세계 최고 수준 기술에 그만큼 목말랐다는 방증으로 여겨진다. 시장조사기관 등에 따르면 현재 세계 레이저 가공기 시장은 연평균 28% 이상 성장할 것으로 전망된다.한편 ㈜이오테크닉스(대표이사 성규동)는 1989년 설립 이래 지난 25년간 국내 최고 및 세계적인 산업용 레이저 장비회사로 발전해오고 있다.특히, 기존 레이저응용장비 외에 10년 전부터 레이저 및 펌핑용 다이오드 개발을 통하여 광학부품, 레이저 다이오드, 레이저, 레이저 장비로 이어지는 수직계열화를 완성, 어느 곳이든지 고객이 원하는 최적의 레이저 응용 장비를 적기에 개발, 공급하고 있다.지금까지 이오테크닉스는 반도체, 디스플레이, PCB 등 IT산업에 사용되는 나노초 광섬유 펄스레이저, YVO4, YAG 레이저 개발 및 생산에 집중해왔지만, 앞으로는 시장이 요구하는 차세대 레이저 개발을 앞당기기 위해 더욱 모든 노력을 경주할 예정이다.펨토초 레이저 기술 개발의 의미펨토초 레이저 기술은 대한민국이 주도하고 있는 주력산업군에 적용범위와 산업적 부가가치가 매우 크다. 첨단 영상 의료 기술과 레이저, 우주 항공 전기전자 분야에서 세계 최고의 원천, 기초 기술을 보유하고 있는 러시아 국립광학연구소(SOI)를 비롯한 러시아 파트너 연구기관과 전기전자 제어기술 및 상용화 시스템 기술에서 탁월한 기술역량을 보유한 한국전기연구원의 협력이 실질적인 열매를 맺게 됐다는 점에서 한-러 기술합작 연구의 바람직한 모델로 평가받고 있다.현재 각국 과학자들은 가장 강력하고 가장 짧은 펄스폭을 갖고, 가장 작고 안정적인 레이저 시스템을 만들기 위해 노력하고 있다. 레이저 초미세 가공기술은 국가 첨단산업분야(IT, NT, BT, ET 등)의 주력제품군에 적용될 수 있는 국가주력 청정 제조기반기술이다. 특히 펨토초 레이저를 이용한 초미세 가공은 가공물을 플라즈마 상태로 직접 변화시켜 가공하므로, 열영향 영역이나 열손상 및 크랙 등을 최소화할 수 있어, 차세대 초미세 가공으로 각광받고 있다. 또한, 펨토초 레이저를 이용하면 다광자 흡수라고 불리는 비선형 광학현상에 의해 가공이 이루어지므로, 레이저 빔의 회절한계보다 미세한 형상의 가공이 가능해 최상의 정밀가공을 필요로 하는 반도체, 디스플레이, 태양전지, 발광다이오드, 인쇄전자회로기판, 바이오 및 의료 분야 등에 다양하게 응용될 수 있는 환경 친화적인 기술로 평가받고 있다. 예를 들어, 초고정밀도의 미세구조 가공 외에도 외과 수술(안과, 피부과, 치과)에 사용하면 주위 조직의 손상 없이 깨끗한 수술이 가능하다.펨토초 레이저는 10-15초(1000조 분의 1초)의 아주 짧은 시간 폭을 갖는 펄스를 발생시키는 레이저를 말한다.이 펨토초 레이저 펄스가 가지는 시간의 극한성은 10-15초 시간 동안에 발생하는 자연현상을 이해할 수 있는 기반을 제공해 주며 또한 작은 에너지로도 큰 첨두출력(尖頭出力)이 가능하다. 따라서 펨토초 레이저 기술은 나노기술, 생명기술, 정보기술, 환경기술, 우주 기술 및 테라헤르츠파 기술, 에너지 기술 등 광범위한 분야에 적용 가능한 미래 산업에 대비한 과학의 기본 기술로 인식되고 있다.기존의 펨토초 레이저는 기초 연구를 목표로 하기 때문에 크기가 크고 고가일 뿐만 아니라 펄스 반복율이 낮아서 생산성이 낮고 장시간 동작 안정성이 나빠서 의료 및 산업현장에 적용하는데 한계가 있어왔다.이 기술은 연구 단계 수준이 아닌 상용으로 바로 적용할 수 있는 컴팩트한 크기와, 장시간 동작 및 장비 결합 시에도 출력 안정도 1%이하를 갖는 신뢰성이 높은 고출력 극초단 레이저 시스템 기술이다.KISTEP에서 조사한 과학기술예측조사(2000-2025)자료에 따르면, 레이저 기술에 대한 주요 선진국 대비 국내 기술수준은 전체적으로 44.5% 정도로 전체 산업분야의 평균인 47.1%에도 미치지 못하고 있다. ITEP에서 분석한 2010년 산업기술예측과 장기발전전략에 의하면 주요 레이저 기술분야에서 현재 선진국과 2~5년의 기술격차를 보이고 있는 것으로 분석하고 있다.펨토초 레이저 또한 주로 대학교, 연구소 등에서 기초연구(물리, 화학, 기계) 목적으로 전량 수입품에 의존하고 있는 실정이다. 연구 내용연구팀은 산업용으로 적합한 소형 고출력 레이저를 개발하기 위해 다이오드 레이저 펌핑이 가능한 이득매질 Yb:KGW 또는 Yb:KYW를 활용해 펨토초 레이저 시스템을 개발했다.낮은 에너지의 펨토초 종자 펄스를 발생시키기 위한 펨토초 마스터 오실레이터를 개발했고, 출력된 펄스는 파장 1035 nm, 펄스폭 111 fs, 반복율 80 MHz에서 평균 출력 1.4 W를 보였다.또한 하나의 투과형 회절격자를 사용해 크기가 작으면서도 확장/압축 효율이 75%에 달하는 펄스 확장/압축기를 제작했다.펄스 확장기를 통해 긴 펄스로 확장된 펄스는 두 개의 이득 매질을 이용한 재생증폭기를 통해 10 W까지 증폭됐으며, 압축기를 통과한 후 1034 nm에서 펄스폭 180 fs를 보였고 이 때 반복율은 한 개의 펄스에서 500 kHz까지 변경 가능하다. 이렇게 개발된 펨토초 레이저 시스템은 장시간 동작 시에도 1 % 미만의 출력 안정도를 보였으며, 빔 품질 또한 M2 값 1.1이하의 좋은 특성을 나타냈다. 연구팀에서 개발한 펨토초 레이저는 산업용 펨토초 레이저에서 중요한 요소인 출력값, 반복율, 펄스폭 모든 조건에서 글로벌 기업들과 대등한 기술 수준을 보여줬다..기대효과 에너지와 자원의 효율적인 사용과 비용효과를 위해서 각 부품 및 제품의 소형화 및 정밀화가 지속적으로 요구되고 있을 뿐만 아니라, 화학적 오염물질을 부산물로 가지는 노광기술 대신 환경 친화적이고 초미세 영역에서의 가공이 가능한 기술 개발이 절실하게 필요하다. 이러한 관점에서 펨토초 레이저를 이용한 초미세 그린 가공 시스템은 NT, BT, IT, 에너지, 환경 산업의 초미세 영역 가공에 매우 적합하다.모든 재료의 비열 가공 및 선택적 가공이 가능한 극초단 레이저 광원의 원천기술을 확보함으로써 반도체, 디스플레이, 태양전지, 발광반도체 등 다양한 산업분야에서 차세대 초미세 레이저 가공 응용성을 확보하고 핵심 전기전자 시장의 발전에도 큰 영향을 끼칠 것으로 기대를 모으고 있다.특히 생체 조직 및 유기재료 기반의 물질은, 가공 시에 발생하는 열에 취약하므로, 열적 변성 없는 고품질의 초정밀 절개 및 가공이 가능한 극초단 레이저를 이용해 생체조직의 미세 수술 뿐만 아니라 OLED, 유연디스플레이(Flexible display)를 포함하는 유기재료와 전기전자 소재 등 다양한 형태의 물질을 정밀하게 절개 및 가공하는데 활용될 것으로 예상된다.한편 시장조사자료에 따르면 레이저 가공장비는 2011년 세계시장 규모 100억 달러에 달하며 성장률(CAGR)이 28%로 시장규모가 급속히 증가하고 있는 경제적 가치가 높은 분야다. 특히 최근에 초정밀 전기/전자 부품의 수요가 증가하고 산업용 펨토초 레이저가 개발됨에 따라 향후에 펨토초 레이저 가공 장비 시장이 급격히 확대될 것으로 전망된다.

[Tech Trends Ⅰ] 펨토초 기술, 국내 레이저산업 국제경쟁력 견인

한국전기연구원, ㈜이오테크닉스와 기술 이전 계약

기사입력 2014-12-31 02:03:31

[산업일보]

“찰나보다 빠른 최첨단 레이저 기술, 우리가 받겠습니다.”
국내 연구진이 개발한 세계 최고 수준 펨토초 레이저 기술이 국내기업에 잇달아 기술이전됐다. 국가 첨단산업분야의 주력제품군에 적용될 수 있는 고출력 극초단 레이저 시스템 기술이 국내에서 개발되고, 본격 실용화의 단계에 들어서면서 취약한 국내 차세대 레이저 가공장비 시장의 도약과 선진국과의 경쟁에 견인차 역할을 할 것으로 기대된다.

KERI RSS센터에서 펨토초 레이저를 연구하는 한-러 연구자들 모습

미래창조과학부 국가과학기술연구회(이사장 이상천) 산하 전기전문연구기관인 한국전기연구원(원장 박경엽)은 최첨단 산업용 레이저 광원인 ‘펨토초 레이저 소스 기술’을 ㈜이오테크닉스에 기술이전하기로 하고, 한국전기연구원(이하 ‘KERI’) 박경엽 원장, 이오테크닉스 성규동 대표 등 양 기관 임직원들이 참석한 가운데 기술이전 계약 조인식을 가졌다.
펨토초(femto second) 레이저는 10-15초(1000조 분의 1초)라는 극히 짧은 시간의 폭을 갖는 펄스(pulse)를 발생시키는 레이저다. 이 극초단 레이저를 초미세 가공 분야에 적용하면, 충격파에 의한 왜곡이나 표면의 파편 잔해, 열에 의한 주변 재료 변질이나 미세 크랙 발생 등의 부작용 없이 섬세한 가공이 가능하다.
최근 각 부품이나 제품의 소형화 및 정밀화 추세와 더불어, 화학적 오염물질을 부산물로 가지는 노광기술 대신 환경 친화적이면서 초미세 영역에서의 가공이 가능한 새로운 기술 개발이 절실하게 필요한 상황에서 펨토초 레이저를 이용한 초미세 그린 가공 시스템은 NT, BT, IT, 에너지, 환경 산업의 초미세 영역 가공에 매우 적합한 기술로 기대를 모으고 있다.
반면, 현재 국내 레이저 산업은 매우 취약하다. 대부분의 레이저를 해외에서 수입해 레이저 응용장비 제작에 적용하고 있다. 차세대 레이저인 펨토초 레이저의 경우, 이제 막 산업용 장비에 도입하려는 단계다. 특히 기존의 전 세계적으로도 펨토초 레이저는 기초 연구를 목표로 하고 있어 크기가 크고 비싸다. 펄스 반복율도 낮아서 생산성이 낮고 장시간 동작 안정성이 나빠서 의료 및 산업현장에 적용하는데 한계가 있었다.
KERI는 시장의 요구에 부응하기 위해 산업에서 직접 활용이 가능한 펨토초 레이저 광원 제작 기술을 개발했다. 러시아와의 합작연구센터인 RSS센터를 통해 러시아의 광학 기술과 KERI가 그동안 축적해 온 원천 레이저 설계 기술 및 모듈제작 기술, 레이저 제작 및 안정화 기술, 상용화기술 등을 접목해 맞춤형 펨토초 레이저 및 가공 시스템으로 탄생시킨 것이다.
이는 연구 단계 수준에서 한층 진화된 것으로 상업용으로 바로 적용할 수 있는 고출력 극초단 레이저 시스템 기술이다. 크기가 작고, 장시간의 동작이나 장비를 결합했을 때에도 1% 이하의 출력 안정도를 갖는, 높은 신뢰성이 특징이다.
개발된 기술을 통해 생성되는 펨토초 레이저는 펄스폭 180 펨토초, 최대 평균 출력 10와트(W), 반복율 500킬로헤르츠(kHz · 1,000헤르츠)의 특징을 나타낸다.
펄스 반복율 및 평균 출력이 높을 뿐만 아니라 장시간 동작 안정성이 매우 우수하다. 향후 초미세 가공이 요구되는 산업현장에 직접 적용될 수 있다.
KERI는 모든 재료의 비열 가공 및 선택적 가공이 가능한 극초단 레이저 광원의 원천기술을 확보함으로써 반도체, 디스플레이, 태양전지, 발광반도체 등 다양한 산업분야에서 차세대 초미세 레이저 가공 응용성을 확보했으며, 핵심 전기전자 시장의 발전에도 큰 영향을 끼칠 것으로 기대된다.
한편 이번 연구개발에 서울시 지역연구개발사업인 ‘서울시 R&D 지원사업’ 의 전폭적 지원을 받은 것으로 알려졌다.

개발된 펨토초 레이저 장비

바이오 및 레이저 산업 기여 전망

KERI 박경엽 원장은 “이번 기술개발과 기술이전은 그동안 연구실 수준에서 확인된 우수한 연구결과들을 산업현장에서 구현 가능한 수준의 최첨단 레이저 기술로 최초 개발함으로써 초정밀 안과수술 등과 같은 의료산업이나 차세대 정보 저장장치 등과 같은 IT산업, 초고속 영상 등과 같은 바이오 산업 등을 아우르는 초미세 레이저 가공장비 시장의 문을 열게 됐다는데 큰 의의가 있다”고 강조하고 “특히 빈약한 국내 레이저 산업을 국제 경쟁력을 갖춘 차세대 레이저 분야 미래 산업으로 성장시키는데 크게 기여할 것으로 전망된다”고 말했다.
이오테크닉스 성동규 대표는 “이번 한국전기연구원과의 기술 이전 계약을 통해 전기연구원의 개발 기술과 이오테크닉스가 자체 보유한 광섬유 극초단 씨드 및 고출력 증폭기술과의 결합시켜 세계 최고수준의 펨토초레이저 상용화를 성공시켜 머지않아 한국의 레이저산업이 세계로 뻗어나가는 도약의 계기가 되기를 기대한다”고 밝혔다.

협약관련참석자단체

KERI는 이 기술을 착수기술료(Initial payment) 및 최저 경상기술료(Running royalty)를 포함해 10억 원에 기술 이전한다.
해당 기술이 올 상반기 국내 다른 중견기업인 한빛레이저에 총 8억원에 기술이전 돼 상용화가 추진 중인 것을 감안하면, 벌써 18억 원의 기술이전 수입을 창출한 셈이다. 이는 KERI의 개발 기술이 시장의 요구에 부합하는 한편, 높은 가치를 인정받고 있다는 의미이자, 그만큼 기업들이 상업화에 적합한 세계 최고 수준 기술에 그만큼 목말랐다는 방증으로 여겨진다.
시장조사기관 등에 따르면 현재 세계 레이저 가공기 시장은 연평균 28% 이상 성장할 것으로 전망된다.
한편 ㈜이오테크닉스(대표이사 성규동)는 1989년 설립 이래 지난 25년간 국내 최고 및 세계적인 산업용 레이저 장비회사로 발전해오고 있다.
특히, 기존 레이저응용장비 외에 10년 전부터 레이저 및 펌핑용 다이오드 개발을 통하여 광학부품, 레이저 다이오드, 레이저, 레이저 장비로 이어지는 수직계열화를 완성, 어느 곳이든지 고객이 원하는 최적의 레이저 응용 장비를 적기에 개발, 공급하고 있다.
지금까지 이오테크닉스는 반도체, 디스플레이, PCB 등 IT산업에 사용되는 나노초 광섬유 펄스레이저, YVO4, YAG 레이저 개발 및 생산에 집중해왔지만, 앞으로는 시장이 요구하는 차세대 레이저 개발을 앞당기기 위해 더욱 모든 노력을 경주할 예정이다.

펨토초 레이저 기술 개발의 의미

기존 레이저와 펨토초 레이저의 초미세 가공 비교

펨토초 레이저 기술은 대한민국이 주도하고 있는 주력산업군에 적용범위와 산업적 부가가치가 매우 크다.
첨단 영상 의료 기술과 레이저, 우주 항공 전기전자 분야에서 세계 최고의 원천, 기초 기술을 보유하고 있는 러시아 국립광학연구소(SOI)를 비롯한 러시아 파트너 연구기관과 전기전자 제어기술 및 상용화 시스템 기술에서 탁월한 기술역량을 보유한 한국전기연구원의 협력이 실질적인 열매를 맺게 됐다는 점에서 한-러 기술합작 연구의 바람직한 모델로 평가받고 있다.
현재 각국 과학자들은 가장 강력하고 가장 짧은 펄스폭을 갖고, 가장 작고 안정적인 레이저 시스템을 만들기 위해 노력하고 있다. 레이저 초미세 가공기술은 국가 첨단산업분야(IT, NT, BT, ET 등)의 주력제품군에 적용될 수 있는 국가주력 청정 제조기반기술이다. 특히 펨토초 레이저를 이용한 초미세 가공은 가공물을 플라즈마 상태로 직접 변화시켜 가공하므로, 열영향 영역이나 열손상 및 크랙 등을 최소화할 수 있어, 차세대 초미세 가공으로 각광받고 있다.

레이저 발생과정

또한, 펨토초 레이저를 이용하면 다광자 흡수라고 불리는 비선형 광학현상에 의해 가공이 이루어지므로, 레이저 빔의 회절한계보다 미세한 형상의 가공이 가능해 최상의 정밀가공을 필요로 하는 반도체, 디스플레이, 태양전지, 발광다이오드, 인쇄전자회로기판, 바이오 및 의료 분야 등에 다양하게 응용될 수 있는 환경 친화적인 기술로 평가받고 있다. 예를 들어, 초고정밀도의 미세구조 가공 외에도 외과 수술(안과, 피부과, 치과)에 사용하면 주위 조직의 손상 없이 깨끗한 수술이 가능하다.
펨토초 레이저는 10-15초(1000조 분의 1초)의 아주 짧은 시간 폭을 갖는 펄스를 발생시키는 레이저를 말한다.
이 펨토초 레이저 펄스가 가지는 시간의 극한성은 10-15초 시간 동안에 발생하는 자연현상을 이해할 수 있는 기반을 제공해 주며 또한 작은 에너지로도 큰 첨두출력(尖頭出力)이 가능하다. 따라서 펨토초 레이저 기술은 나노기술, 생명기술, 정보기술, 환경기술, 우주 기술 및 테라헤르츠파 기술, 에너지 기술 등 광범위한 분야에 적용 가능한 미래 산업에 대비한 과학의 기본 기술로 인식되고 있다.
기존의 펨토초 레이저는 기초 연구를 목표로 하기 때문에 크기가 크고 고가일 뿐만 아니라 펄스 반복율이 낮아서 생산성이 낮고 장시간 동작 안정성이 나빠서 의료 및 산업현장에 적용하는데 한계가 있어왔다.
이 기술은 연구 단계 수준이 아닌 상용으로 바로 적용할 수 있는 컴팩트한 크기와, 장시간 동작 및 장비 결합 시에도 출력 안정도 1%이하를 갖는 신뢰성이 높은 고출력 극초단 레이저 시스템 기술이다.

팸토초레이저적용분야

KISTEP에서 조사한 과학기술예측조사(2000-2025)자료에 따르면, 레이저 기술에 대한 주요 선진국 대비 국내 기술수준은 전체적으로 44.5% 정도로 전체 산업분야의 평균인 47.1%에도 미치지 못하고 있다.
ITEP에서 분석한 2010년 산업기술예측과 장기발전전략에 의하면 주요 레이저 기술분야에서 현재 선진국과 2~5년의 기술격차를 보이고 있는 것으로 분석하고 있다.
펨토초 레이저 또한 주로 대학교, 연구소 등에서 기초연구(물리, 화학, 기계) 목적으로 전량 수입품에 의존하고 있는 실정이다.

연구 내용
연구팀은 산업용으로 적합한 소형 고출력 레이저를 개발하기 위해 다이오드 레이저 펌핑이 가능한 이득매질 Yb:KGW 또는 Yb:KYW를 활용해 펨토초 레이저 시스템을 개발했다.
낮은 에너지의 펨토초 종자 펄스를 발생시키기 위한 펨토초 마스터 오실레이터를 개발했고, 출력된 펄스는 파장 1035 nm, 펄스폭 111 fs, 반복율 80 MHz에서 평균 출력 1.4 W를 보였다.
또한 하나의 투과형 회절격자를 사용해 크기가 작으면서도 확장/압축 효율이 75%에 달하는 펄스 확장/압축기를 제작했다.
펄스 확장기를 통해 긴 펄스로 확장된 펄스는 두 개의 이득 매질을 이용한 재생증폭기를 통해 10 W까지 증폭됐으며, 압축기를 통과한 후 1034 nm에서 펄스폭 180 fs를 보였고 이 때 반복율은 한 개의 펄스에서 500 kHz까지 변경 가능하다.
이렇게 개발된 펨토초 레이저 시스템은 장시간 동작 시에도 1 % 미만의 출력 안정도를 보였으며, 빔 품질 또한 M2 값 1.1이하의 좋은 특성을 나타냈다.
연구팀에서 개발한 펨토초 레이저는 산업용 펨토초 레이저에서 중요한 요소인 출력값, 반복율, 펄스폭 모든 조건에서 글로벌 기업들과 대등한 기술 수준을 보여줬다..

기대효과
에너지와 자원의 효율적인 사용과 비용효과를 위해서 각 부품 및 제품의 소형화 및 정밀화가 지속적으로 요구되고 있을 뿐만 아니라, 화학적 오염물질을 부산물로 가지는 노광기술 대신 환경 친화적이고 초미세 영역에서의 가공이 가능한 기술 개발이 절실하게 필요하다. 이러한 관점에서 펨토초 레이저를 이용한 초미세 그린 가공 시스템은 NT, BT, IT, 에너지, 환경 산업의 초미세 영역 가공에 매우 적합하다.
모든 재료의 비열 가공 및 선택적 가공이 가능한 극초단 레이저 광원의 원천기술을 확보함으로써 반도체, 디스플레이, 태양전지, 발광반도체 등 다양한 산업분야에서 차세대 초미세 레이저 가공 응용성을 확보하고 핵심 전기전자 시장의 발전에도 큰 영향을 끼칠 것으로 기대를 모으고 있다.
특히 생체 조직 및 유기재료 기반의 물질은, 가공 시에 발생하는 열에 취약하므로, 열적 변성 없는 고품질의 초정밀 절개 및 가공이 가능한 극초단 레이저를 이용해 생체조직의 미세 수술 뿐만 아니라 OLED, 유연디스플레이(Flexible display)를 포함하는 유기재료와 전기전자 소재 등 다양한 형태의 물질을 정밀하게 절개 및 가공하는데 활용될 것으로 예상된다.
한편 시장조사자료에 따르면 레이저 가공장비는 2011년 세계시장 규모 100억 달러에 달하며 성장률(CAGR)이 28%로 시장규모가 급속히 증가하고 있는 경제적 가치가 높은 분야다. 특히 최근에 초정밀 전기/전자 부품의 수요가 증가하고 산업용 펨토초 레이저가 개발됨에 따라 향후에 펨토초 레이저 가공 장비 시장이 급격히 확대될 것으로 전망된다.

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