초단펄스레이저 동향(2023년 5월 조사)(일본어판)

조사결과 포인트

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~광에너지가 흡수되어 열변환되는데 약 10피코초 걸린다

　초단펄스레이저는 열손상이 적은 레이저 가공이 가능~

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1. 초단펄스레이저란

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2. 초단펄스레이저 응용

2-1. 가공

2-2. 의료

2-3. 기타 응용

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3. 초단펄스레이저에 관한 시장규모

그림·표 1. 초단펄스/단펄스레이저의 일본 국내 및 세계 시장규모 추이와 예측(금액: 2021-2026년 예측)

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4. 초단 펄스 레이저와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향

4-1. 국립연구개발법인 산업기술종합연구소

(1) 초단펄스레이저 가공기술

①자동 파라미터 가변 레이저 가공을 통한 고속 조건 탐색

그림1. 자동 파라미터 가변 레이저 가공에 의한 고속 조건 탐색

②NEDO 선도 프로젝트 'ICT 데이터 활용형 액티브 제어 레이저 가공기술 개발'

그림2. NEDO 주도 PJ ‘ICT 데이터 활용형 액티브 제어 레이저 가공 기술 개발’의 개요

③새로운 초단펄스레이저 가공 프로세스 모니터링

　‘유리 표면에 나노 주기 구조 형성을 빛으로 검출할 수 있는 기술 개발

~광학부품에 새로운 기능부가 가능성~’

그림3. 이번에 개발한 기술에 의한 관찰결과(좌)와 가공 후 전자현미경으로 관찰한 표면과 단면형상(주),

(위)유리 표면에 나노 주기 구조가 형성된 경우, (아래)형성되지 않은 경우의 결과

(2) 초단펄스레이저 가공×기계학습

그림4. 심층학습을 이용한 레이저 가공 조건 최적화

(3) 초단펄스레이저 가공기술×생체재료

①LIPSS에 의한 표면수식과 의료용 부재에 대한 적용

그림5. LIPSS의 의료용 세라믹 부재 등에 적용

②펨토초 레이저 펄스 조합을 통한 다양한 표면 형상 형성과 기능 부여

그림6. LIPSS에 의한 세포 분화 촉진 효과[8, 9]

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4-2. 학교법인 시바우라공업대학

(1) 단펄스레이저를 이용한 고체 재료의 내부미세가공

그림7. 펨토초 레이저를 이용한 유리 내부 미세제거 가공방법 모식도

(a)액중 레이저 어브레이션, (b)레이저 지원 에칭, (c)다공질 유리에 대한 펨토초 레이저 조사

그림8. 제작한 S0.5 미니어처 나가. (a)단면 광학현미경 사진, (b)레이저 현미경으로 계측한 단면 입체형상

(2) 단펄스레이저를 이용한 고체 재료의 표면미세가공

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4-3. Spectra-Physics 주식회사

(1) 초단펄스레이저 라인업

그림9. MKS|Spectra-Physics의 산업용 초단펄스레이저 라인업

①펨토초레이저

②피코초레이저

③나노초레이저

(2)주목 제품과 가공사례

①펨토초 UV 레이저 IceFyre FSUV50

그림10. 'IceFyre FSUV50': 프로그래머블한 버스트 가능

②펨토초레이저 Spirit 1030-100

그림11. ‘Spirit 1030-100’: PCD(다결정 다이아몬드)에 대한 버스트 가공

③피코초레이저 IceFyre IR50

그림12. ‘IceFyre IR50’: Si에 대한 버스트 모드 가공 예

그림13. 'IceFyre IR50': 얇은(50µm 두께) 유리(AF32) 시트 절단 가공 예

④나노초레이저 Quasar UV

그림14. 'Quasar' Time Shift 기술

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4-4 국립대학법인 나고야공업대학

(1) LIPSS란

(2) 펄스 적중에 의한 LIPSS 형성과정

그림15. 레이저 펄스 적중에 따른 LIPSS의 형상 및 주기 변화

(3) LIPSS의 펄스 폭 의존에 의한 형상·결정 상태 제어

그림16. LIPSS 결정 상태의 레이저 펄스 폭 의존

(4) 원편광 LIPSS

그림17.원 편광 LIPSS

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4-5 국립대학법인 나라첨단과학기술대학원대학교(NAIST)

(1) 바이오 연구의 강력한 도구가 되는 펨토초레이저를 구사한 세포조작·측정방법

그림18. 원자력현미경에 의한 펨토초레이저 유도 충격파 생성(좌)과 그 검출(우)

(2) 충격파 발생과 작용 메커니즘

그림19. 펨토초레이저를 집광했을 때 일어나는 광흡수에서 충격파와 응력파 발생에 이르는 과정

그림20. 고속카메라로 촬영한 물에 레이저를 집광 조사했을 때의 충격파, 응력파 및 캐비테이션 버블의 거동

(3) 펨토초레이저와 마이크로유체칩에 의한 초고속 유세포 자동분리기 개발

그림21. 펨토초레이저를 이용한 미립자 분리의 대표적인 예

(4) 유글레나의 메타보 진단법 개발

그림22. 유글레나가 축적하는 파라밀론 검출 예. 형광 펩타이드를 함유한 수중에

그림23. 형광 펩타이드 시약 개발 개요. 파라밀론에 특이적으로 결합하는

형광 펩타이드 시약의 제작방법(A), 얻은 형광 펩타이드 시약의 반응성(B)

그림24. 형광 펩타이드 시약의 세포 내 도입방법 개요.

만니톨에 의한 유글레나 운동 일시정지(A), 대사증후군 진단절차(B)

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4-6. 국립연구개발법인 이화학연구소

(1) 펨토초레이저에 의한 3차원 가공

그림25. 펨토초레이저를 이용한 감광성 투명 유리에 대한 3차원 가공

그림26. 펨토초레이저를 이용한 다양한 3차원 가공 사례:

(좌)3차원 마이크로 유체 구조, (우)마이크로 펌프

(2) 바이오 응용사례: 암세포 마이그레이션 관찰에 대한 응용

그림27. 암세포가 협착부를 통해 이동하는 모습을 관찰할 수 있다

인체 내부의 미소조직을 본떠 제작한 바이오칩

(3)고감도 3차원 마이크로유체 SERS 센서

그림28.3 차원 마이크로 유체 SERS 칩 제작순서

(4) 펨토초 베셀 빔에 의한 미세가공

그림29. 설계한 위상판에 의한 성형 베셀빔 시뮬레이션 평가결과

(a)일반 베셀빔, (b)성형 베셀빔1, (c)성형 베셀빔2

그림30. 성형 베셀빔에 의한 Si의 구멍 뚫기 가공 예

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5. 초단펄스레이저 장래 전망