레이저 가공 시스템

표 3 은 실험에 사용된 펨토초 레이저와 CO2 레이저의 스테이지의 사양을 보여 주고 있다. 펨토초 레이저 가공시스템에 사용된 스테이지 X Y 축은 선형 모터 스 테이지로 구성되어 있으며, 300 mm × 300 mm 의 가공 범위와 300 mm/s 의 최대 이송 속도를 가진다. Z 축은 100 mm 의 가공 범위를 가진다.

X-Y축 스테이지 Z축 스테이지

스테이지 선형 모터 스테이지 Ballscrew 스테이지 이동거리 300 × 300 (mm ) 100 (mm ) 분 해 능 20 nm / count 0.5 m / count

최대속도 300 (mms) 20 (mms)

표 3. pharos 펨토초 레이저 가공 시스템 사양

CO2 레이저 가공 시스템의 X, Y축 가공 범위는 300 mm ⅹ 300 mm이며, 1 µm 의 정밀도를 가진다. 또한, Z축 스테이지의 최대 이동 범위는 150 mm이며, 1 µm 의 정밀도를 가진다.

X-Y축 스테이지 Z축 스테이지

스테이지 선형 모터 스테이지 Ballscrew 스테이지 이동거리 300 × 300 (mm ) 50 () 분 해 능 1 m / count 1 m / count

최대속도 100 (mms)

표 4. CO2 레이저 가공 시스템 사양

그림 13은 실험에 사용된 펨토초 레이저 가공 시스템의 모식도이다. 1030 nm의 파장을 가지는 레이저 빔이 방출되어 아래의 광학계 빔 경로를 통해 대물렌즈로 집속 시켜 가공을 하도록 설계 되어 있다. 또한, 감쇄기 (attenuator)를 통해 레이저 의 출력을 조절 할 수 있고, 이색성 거울이 설치되어 있어 CCD를 통해 실시간으로 가공되는 모습과 가공위치를 볼 수 있다.

그림 13. 펨토초 레이저 가공시스템 모식도

그림 14는 실제 펨토초 레이저 가공 시스템 모습이다. Z축 스테이지는 위아래로 초점 거리를 맞출 수 있도록 움직일 수 있다. X, Y 스테이지에 가공 물체를 놓고 빔의 위치로 옮겨 가공 할 수 있도록 되어있다. 또한 블로윙이 설치되어 있어 가공 중에 생기는 미세 데브리 (debris)를 날릴 수 있도록 설계되어 있다.

그림 14. 펨토초 레이저 가공시스템

그림 15는 CO2 레이저의 가공 모식도이다. 10.6 m의 파장의 레이저가 감쇄기를 통해 들어와 빔의 출력을 조절 할 수 있도록 설계 되어있다. CO2 레이저의 경우에 는 기체 레이저이므로 레이저의 출력을 최대 상태인 55 W에서 감쇄기를 이용해 레이저 출력을 미세하게 조절이 가능하도록 되어있다.

그림 15. CO2 레이저 가공시스템 모식도

그림 16은 실제 광섬유 끝단을 녹여 곡률을 제작 할 때 사용한 CO2 레이저 가공 시스템이다. 초점거리를 f = 25 mm를 가지는 단 렌즈를 사용하여 광섬유를 Z축 방향으로 평행하게 세워서 가공 하였다. CCD를 통해 광섬유의 끝단 위치 확인 한 후, X-Y 스테이지를 움직여 CO2 레이저 초점의 위치에서 광섬유 끝단을 녹여 가 공 하였다. 광섬유 끝단에 곡률 제작하기 위해 CO2 레이저빔의 노출시간을 조절 하였다. 노출 시간 조절을 위해 CO2 레이저 매뉴얼 셔터는 프로그램을 이용하여 설정할 수가 있다.

그림 16. CO2 레이저 가공시스템

제 2절 실험 방법