자외선(UV)
레이저

비용 효율적인 소형 자외선(UV) 레이저로 새로운 가능성을 열다

레이저 광학을 사용하는 산업 분야는 점점 더 짧은 자외선(UV) 파장을 사용하는 방향으로 흐름이 변해가고 있습니다. 이는 주변 영역으로 전달되는 열을 최소화하면서 해상도는 향상시키고 국소의 정밀한 작업 영역을 형성할 수 있기 때문입니다. 최근까지만 해도 연속파(CW) UV 레이저 광원은 고가에 큰 부피로 인하여 특히 대학 연구와 같은 다양한 분야에서는 사용상 제약이 많았습니다. 현재는 비용 효율적인 소형 UV 레이저의 개발로 이와 같은 제약이 줄어들면서 마이크로머시닝부터 UV 라만 분광법, 병원균의 비활성화를 위한 살균에 이르기까지 자외선을 활용할 수 있는 분야가 확장되었습니다.

UV 레이저를 사용하는 이유는 무엇입니까?

초점을 맺은 레이저 스폿 크기는 파장에 비례하기 때문에 UV 레이저는 적외선 또는 가시광 레이저에 비해 더 높은 공간 해상도를 확보할 수 있습니다. 이처럼 해상도의 향상은 반도체 및 마이크로머시닝 산업에서 정밀 결함 검사를 가능하게 합니다. 다양한 소재를 가공할 때 UV 레이저는 물질을 기화 또는 융해시키는 대신 원자 결합을 직접 파괴하여 결과적으로 주변부에 가해지는 열을 줄여줍니다. UV 파장의 고에너지는 단백질을 포함한 생체 분자의 여기 형광(exciting fluorescence) 용도에 안성맞춤으로서 광범위한 생의학 응용 분야에서 유용하게 사용됩니다. 이 밖에도 UVC 램프 또는 LED보다 더 효율적으로 고출력 UVC 방사선(200-280nm 사이의 파장)을 전달하는 방식으로 표면을 살균할 수 있으므로 고효율 살균 시스템에도 이상적으로 사용할 수 있습니다.¹

기존의 UV 레이저 기술이 가지고 있었던 문제점은 무엇입니까?

연속파(CW) UV 레이저는 전통적으로 이온화 아르곤 가스를 이득 매질로 사용하거나 주파수를 4배로 증가시키는 근적외선 네오디뮴 레이저를 통해 작동해왔습니다. 주파수를 4배로 증가시키는 시스템은 두 개의 외부 공진기로 초기 빔의 주파수를 일단 두 배로 증가시킨 후 이 과정을 다른 공진기에서도 반복하는 작업을 거쳐야합니다.² 이러한 시스템은 복잡할 뿐만 아니라 두 공진기 및 아르곤 이온 레이저 모두 적어도 신발 상자 2개 크기 정도 되기 때문에 휴대용 장치로 사용하기에는 어려움이 있습니다.

새로운 세대를 이끌어갈 저비용의 소형 UV 레이저

UV 레이저 기술의 발전은 더 작고 저렴한 장치의 개발로 이어졌습니다. UVC Photonics에서 새롭게 개발한 praseodymium-doped yttrium lithium fluoride (YLF) 레이저는 주파수를 4배가 아닌 2배로 증가시켜 261nm 레이저 빔을 생성합니다(그림 2).² 이러한 방식을 적용하면, 시스템 복잡성과 필수 구성 요소의 수가 크게 줄어듭니다. 이 레이저는 레이저 다이오드와 유사하게 작동하며, 공진기를 잠그거나 온도를 안정화하기 위해 복잡한 구성의 전자 장치가 필요하지 않습니다.

그림 2: UVC Photonics의 소형 UV 레이저는 블루 펌프 다이오드, 프라세오디뮴 크리스털, 2차 고조파(SHG)용 크리스털, 공진기 출력 미러로 구성됩니다.²이미지 출처: UVC Photonics.

UVC Photonics의 레이저는 261nm에서 10mW 이상의 연속파(CW) 출력을 달성하고 5W 미만의 작동 전력을 소모하면서도 크기는 22 x 24 x 71mm에 불과합니다.¹ 이러한 특성으로 인해 UV 레이저 광원의 비용 부담이 큰 대학 실험실 및 산업 응용 분야뿐만 아니라 휴대용 시스템에 이상적으로 사용할 수 있습니다. 아르곤 이온 레이저는 일반적으로 10kW의 전력을 소비하고 10W의 출력을 생산하는 반면, 주파수를 4배로 증가시킨 UV 레이저는 최대 500mW 이상의 출력을 생산할 수 있습니다. 이전 기술은 더 높은 출력을 달성할 수 있다는 장점을 제공하지만, 크기와 비용이 상당히 증가한다는 점에서 특정 응용 분야에는 사용이 적절치 않습니다. 이에 반해 다이오드 모듈은 라인폭이 좁고 연속파 기능을 가지고 있어 자외선 라만 분광에 보다 적절한 옵션이 될 수 있습니다. 기타 자세한 사항은 UVC Photonics의 웹사이트를 참조하십시오.