펨토초 레이저를 사용한 드릴링 유리가 더욱 향상되었습니다.

유리! 그것은 까다로운 일입니다. 지옥처럼 강력하지만 칩을 쳐서 잘못된 방향으로 보면 날카로운 쓰레기 더미가 남습니다. 그것은 명확성과 부드러움으로 인해 즉시 사랑받는 동시에 기계적, 열적 또는 기타 충격이 가해질 수 있는 경우에 얼마나 변덕스러울 수 있는지에 대해 비난합니다.

유리에 구멍을 뚫어본 적이 있다면 그것이 힘든 일이라는 것을 알게 될 것입니다. 깨지지 않고 그렇게 하는 것은 화성에서 복권에 당첨되는 것과 거의 같습니다. 심지어 레이저도 별로 좋지 않습니다. 그러나 프랑스 연구팀은 펨토초 레이저를 사용하여 유리에 최소한의 테이퍼링과 균열 없이 미세한 구멍을 뚫는 새로운 기술을 개발했습니다! 훌륭하지 않습니까?

펨토초 레이저는 강력하고 유용한 도구이지만 여전히 설명이 필요할 만큼 모호합니다. 이는 1펨토초에서 수백 펨토초 정도의 매우 짧은 펄스를 발사하는 레이저입니다. 펨토초가 익숙하지 않다면 1 x 1015초, 즉 100만분의 1나노초입니다. 이 레이저는 매우 짧은 시간에 많은 양의 에너지를 방출하는데, 이는 물리학적으로 말하면 높은 피크 출력을 의미합니다. 이러한 레이저는 단일 펄스를 발사할 수 있지만 다양한 속도로 반복적으로 발사할 수도 있습니다. 예를 들어, 일부 펨토초 레이저는 기가헤르츠 속도로 초단 펄스를 반복적으로 발사할 수 있습니다.

이 레이저가 제공하는 것은 고강도 빛 에너지 펄스를 매우 정확하게 전달하는 능력입니다. 이는 과학자들이 절제라고 부르는 매우 적은 양의 재료를 파괴하는 매우 미세하고 섬세한 작업에 매우 유용합니다. 고강도 펄스는 많은 재료를 제거할 수 있는 반면, 펨토초 펄스의 지속 시간은 짧기 때문에 주변 영역에 열 영향이 최소화됩니다. 이러한 방식으로 펨토초 레이저는 레이저 눈 수술부터 다양한 미세 가공 작업에 이르기까지 모든 분야에 유용한 것으로 입증되었습니다.

하지만 유리에 구멍을 뚫을 때 펨토초 레이저는 전통적으로 성능이 좋지 않았습니다. 일반적인 기술에는 긴 시간 간격으로 배치된 단일 펨토초 펄스가 포함됩니다. 이로 인해 침투가 제한된 구멍이 생성되어 상당히 가늘어지고 내부 표면이 거칠어지는 경향이 있습니다. 새로운 방법은 보르도 대학 연구진의 연구이다. 대신 유리에 미세한 구멍을 뚫기 위해 기가헤르츠 폭발로 발사되는 펨토초 펄스에 의존합니다.

연구 논문에 따르면 이 기술은 유리에 훨씬 더 미세한 구멍을 가공합니다. 연구원들은 소다석회 유리에서 최대 37:1, 용융 실리카에서 최대 73:1의 종횡비로 깊은 균열 없는 구멍을 생성할 수 있었습니다. 구멍 자체의 직경은 27~52μm에 불과하고 깊이는 510μm~1620μm에 이릅니다. 용융 실리카의 경우 구멍의 표면 마감 품질도 매우 뛰어났습니다. 보르도 대학의 Inka Manek-Hönningerto 교수는 "광택이 나고 거의 투명했습니다"라고 Photonics Media에 말했습니다.

연구팀은 이터븀이 첨가된 펨토초 레이저인 Amplitude의 Tangor 100 레이저를 연구에 사용했습니다. 레이저는 1030nm에서 최대 평균 전력 100W를 출력하고 500펨토초 펄스를 발사합니다. 구멍을 뚫기 위해 레이저는 1GHz의 반복 속도로 500fs 펄스 50개를 발사했습니다. 50개 펄스의 각 버스트는 50나노초 동안 지속되었습니다. 그런 다음 버스트는 1KHz의 속도로 반복되었습니다. 이는 파열 사이에 열이 소멸될 수 있는 충분한 시간을 제공하여 구멍 주변의 재료에 열 영향 영역이 생성되는 것을 방지했습니다. 팀은 비선형 흡수 동작과 레이저 버스트의 누적 열 효과가 고품질 구멍을 생성하는 데 핵심이라고 지적했습니다. 반복적이고 강렬한 파열로 인해 재료의 절삭 속도가 증가하여 더 깊고 깔끔한 구멍을 생성하는 데 도움이 됩니다.

이 기술이 다양한 산업 응용 분야에 유용할 것으로 기대됩니다. 열 효과로 인해 유리가 손상되는 것을 방지하기 위해 기술의 속도가 제한됩니다. 그러나 소다석회나 용융 실리카로 정교하게 가공된 매우 작은 구멍이 필요한 응용 분야가 있는 경우 이 기술이 딱 맞는 방법이 될 수 있습니다. 비록 고급 레이저 하드웨어이기는 하지만 기성품을 사용한다는 점을 고려하면 다른 실험실에서 쉽게 재현할 수 있어야 합니다.