한양대학교는 김지원 한양대 ERICA 국방지능정보융합공학부 교수 연구팀이 1조분의 1초 동안 발광하는 초고속 펨토초 레이저로 1kW 이상의 고출력을 안정적으로 구현하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.
이 성과는 초정밀 가공·반도체 공정·국방 등 다양한 분야에서 활용되는 고출력 펨토초 레이저 기술의 국산화 가능성을 높였다는 점에서 주목받는다.
기존 펨토초 레이저 기술은 열이 나지 않으면서 가공성이 높아 반도체 기판 가공, OLED 필름 가공 등 반도체 및 디스플레이 분야 첨단 정밀 산업에 널리 사용된다. 하지만 고출력 구현이 어렵고, 연속발진 레이저에 비해 안정성이 떨어져 시스템 전체의 부피가 크다는 한계가 있었다.
김 교수팀 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 고출력 연속발진 레이저의 효율성과 펨토초 레이저의 고첨두 출력 특성을 만족시키는 광섬유 기반 펨토초 레이저 시스템을 개발했다.
연구팀이 개발한 레이저는 평균 출력 1.1kW 수준에서 약 360펨토초 동안 800 kW에 이르는 순간 출력을 구현하며, 모든 시스템이 광섬유 기반으로 구성돼 높은 안정성과 소형화라는 장점을 동시에 확보했다.
또한 연구팀은 2022년 한국생산기술연구원과의 공동 연구를 통해 국내 최초로 3kW급 연속발진 고출력 광섬유 레이저를 개발한 바 있다. 이번 성과는 그 연장선에서 국내에서도 세계 최고 수준의 펨토초 레이저 플랫폼을 구현할 수 있음을 입증한 것으로 초정밀 가공·반도체 소재 처리·3D 유리 가공 등 다양한 분야로의 확장 가능성을 확인했다.
김 교수는 “이번 성과는 한국이 고성능 광섬유 기반 초고출력 레이저 기술에서 세계 정상급 수준에 올라섰다는 신호탄”이라며 “향후 반도체·정밀 가공·국방 분야에서 혁신을 이끌 핵심 기술로 발전할 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 산업통상자원부 소재부품기술개발사업, 한국기계연구원 기관고유사업 지원을 받아 수행됐으며, 대한광통신이 제공한 이득 광섬유를 기반으로 기술 완성도를 높였다. 연구 결과는 지난 11월 26일 열린 제35회 광자기술학회에서 발표돼 우수논문상을 수상했다.
권미현 기자 mhkwon@etnews.com
