고출력 반도체 레이저의 재료 가공의 응용(Application of High Power Direct Diode Lasers to Materials Processing)

전문가 제언

□ 반도체 레이저는 레이저 다이오드(LD; Laser Diode), 또는 인젝션 레이저(Injection Laser)라고도 불리며, 정보통신의 발광용 소자로 사용되어 왔다. GaAlAs 결정의 통신용 파장이 750~880nm 범위이고, 810nm 근처가 보통이다. LD에는 마주 보는 2개의 거울 사이에서 공진이 일어나는 Fabry-Perot type과, Bragg 반사기가 많이 들어 있는 DFB LD 타입으로 나뉜다. 출력이 보통 5~100mW 정도이고, 안정된 파장이나 위상의 특성이 중시되는 LD는 고출력용은 아니었다.

□ 최근에 레이저 다이오드를 직선으로 20~70개 연결한 다이오드 바가 개발되고, 이들을 6~36개 다시 상하로 쌓은 다이오드 스택이 나왔다. 집광 효율상 1kW 정도로 한 여러 다이오드 스택에서 나온 레이저를 파장합성이나 편광합성을 사용하여, 동일 광축으로 중첩되도록 거울로 합성하여 한 가닥의 빔으로 만든 후, 광섬유로 전송하여 초점렌즈로 집광하여 최대 6kW까지 고출력화 하는 기술이 개발되고 있다.

□ 강철에 대한 흡수율이 파장 10.6㎛의 탄산가스 레이저는 약 13%이고, 1.06㎛ 파장의 Nd:YAG 레이저는 약 35%이며, 810nm 파장의 반도체 레이저는 약 50%이므로 반도체 레이저는 강철 가공 시 강점이 있다. 알루미늄에 대한 흡수율은 반도체 레이저가 15%로 재래의 레이저와 비교가 안 될 정도로 높다. 따라서 최근 4kW 이상의 High Power Direct Diode Laser가 두께 2.5mm 이상의 후판(厚板) 알루미늄 열원으로 인기가 높다.

□ 빔의 가이드가 없는 다이렉트 반도체 레이저는 빔의 크기가 길고 좁은 타원형이어서, 장축이 용접방향이 되면 본래 중간 정도의 에너지밀도에서 장점이 있는 반도체 레이저가 더욱 균일한 에너지 분포를 가져 얼룩점이 없는 깨끗한 용접 빔이 되어 강철 및 알루미늄의 박판 용접, 클래딩, 플라스틱의 접합, 납땜, 포밍, 표면 열처리 등에 적합하다.

□ 반도체 레이저는 콤팩트하고 에너지 변환효율이 높고, 출력의 정밀 제어가 간편하여, 로봇 등에 탑재가 쉬운 차세대의 고기능 레이저이다. 지속적인 연구로 더욱 높은 출력, 고에너지밀도의 응용이 기대된다.

저자

N. Abe

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

전기·전자

연도

2005

권(호)

125(2)

잡지명

Transactions of the institute of electrical engineers of Japan(C402)

과학기술
표준분류

전기·전자

페이지

182~186

분석자

변*호

분석물

• 고출력 반도체 레이저의 재료 가공의 응용.pdf [179,228 byte]

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