공업기술원의 레이저빔 연구팀(팀장 홍종희과장.41)이 최첨단 기술분야인
광섬유를 이용한 레이저빔 균일화장치를 개발했다.

레이저빔의 균일화는 레이저 응용기술의 발전을 위해서는 반드시 해결
해야만하는 과제로 미국이나 유럽 선진국에서도 광섬유를 이용한 기술
개발에 노력하고 있으나 성과를 거두지 못하고 있다.

그들은 레이저가 광섬유를 통과할때 광섬유의 단면이 타는 소손현상과
레이저빔의 투과율이 크게 저하되는 문제점을 해결하지못 하고 있는
것이다.

개발팀은 광섬유의 단면이 소손되지않고 레이저빔이 균일화될 수 있도록
3차원의 모드변환장치를 개발했다. 이기기로 야그및 헬륨네온 레이저빔을
투과시켜 투과율 80% 이상의 균일한 레이저빔을 얻는데 성공했다.

홍팀장은 "본래 이기기를 개발하게된 동기는 열확산계수계측시 정확하고
오차가 거의 없는 데이타를 뽑아내기 위해서였다"고 말했다.

세계적으로 통용되고 있는 레이저섬광법에 의한 열확산계수계측시 약5%의
오차가 생기는데 이는 레이저빔의 불균형때문이라는 설명이다.

"이번에 개발된 균일화된 레이저빔으로 계측했더니 오차가 1.5%였다"면서
"무엇보다도 열확산 열전도 비열계수를 하나의 시료로 동시에 계측할수
있는 다중물성계측기술을 확보할수 있게 된 점이 큰 성과"라고 홍팀장은
자랑했다.

또 레이저빔을 균일화시킴으로써 절단면을 매끄럽게하고 얇은 재료의
용접이 가능하고 글씨나 무늬등을 새기는 마킹등을 균일하게 하여
정밀가공과 생산성향상에 크게 도움을 줄수있다.

홍팀장이 이기기를 개발하게 계기는 이렇다. 지난 87년 일본공업기술원에
유학을 갔었는데 일본측이 공동연구를 제안했다.

그쪽이 연구비를 부담한다는 것이었다. 91년부터 본격적인 연구가 시작
되어 박정우연구관을 특채하고 이원식연구사를 가담시켰다.

기존의 기기는 레이저빔을 직경 1mm렌즈로 촛점을 맞추고(포커싱) 광섬유
에 입사시킨다. 새로 개발된 기기는 방법은 비슷하나 촛점을 1mm 안에
포커싱하고레이저빔이 광섬유에 입사할때 반사율을 줄이기위해 촛점거리가
긴 직경 5cm이상의 긴 렌즈를 이용한 것이 특징이다.

이때 게르마늄렌즈 특수파장전용렌즈무반사코팅처리를 한 렌즈를 필요로
했는데 이런 특수렌즈는 국내 생산이 안되어 전량 미국이나 일본에서
주문생산을 했다.

레이저빔이 광섬유를 통과할때 중심부의 레이저가 세게 나타나는
가우스분포를 해결하는 연구가 이어졌다. 중심부의 센 것을 전면에
고르게 분포되도록 광섬유를 3차원의 형태로 굽힘을 주었다.

홍팀장은 "레이저빔이 나선형으로 된 광섬유를 통과하면서 난반사가
촉진되어 중심부의 집중현상이 없어져 레이저빔의 세기가 전면에 고르게
분포된다"고 설명했다.

연구 중간중간에 손을 놓아야되는 공백이 생기는 어려움도 있었다.
레이저를 시료에 쏘아 시료 뒷면의 온도상승분포 상태를 원적외선으로
측정하기 위해서는원적외선이 통과하는 창이 필요했다. 일반유리창은
투과가 안되기때문이다.

외국서적을 찾아보았더니 소금(NaCl)을 갈아서 창을 만든다는 것을 발견
했다. 미국에 고가로 두개를 주문생산했다.

그런데 소금이 습기에 약해 창이 녹기 시작한 것이다. 또 이리저리
찾아보니 게르마늄창이 있다는 것을 알고 외국에주문을 했으나 2개월간은
연구가 중단되었다.

균일화된 레이저빔을 게르마늄 창을 이용하여 등방성 흑연의 열확산계수를
측정한 결과 기존의 불균일 레이저빔을 사용했을때보다 측정오차가 3분의
1로 크게 감소되는 것이 확인되었다.

<정용배기자>