레이저가공학

I. 광학의 기초

I-1 광선의 성질 2
I-1-1 광선의 파동성과 평면파 3
I-1-2 광선의 간섭현상 7
I-1-3 광선의 회절현상 12
I-1-4 광선의 단색성 16
I-1-5 광선의 가간섭성 17
I-1-6 광선의 직진성 22
I-1-7 광선의 편광현상 24
I-1-8 전자파의 입자성 30

I-2 재료에서 전자파의 전파와 분산 35
I-2-1 재료 내에서 전자파의 속도 35
I-2-2 재료 내에서 전자파의 전파 37
I-2-3 재료에서 전자파의 반사와 투과 43
I-2-4 재료에서 전자파의 분산과 흡수 47
I-2-5 재료에서 전자파의 비선형작용 51
I-2-6 재료에서 강한 전자파의 흡수와 입자의 방출 54

I-3 전자파의 검출과 측정 57
I-3-1 광선의 휘도 58
I-3-2 복사측정법과 광도측정법 59
I-3-3 반도체 광검출기 62
I-3-4 열검출기 76

II. 레이저의 원리와 레이저빔의 출력 형태

Ⅱ-1 광자의 자연방출과 유도방출: 활성매질 82
Ⅱ-1-1 광자의 흡수와 방출 82
Ⅱ-1-2 아인슈타인 관계식 84
Ⅱ-1-3 흡수계수와 신호이득계수 86

Ⅱ-2 에너지준위의 여기작용과 분포밀도반전 89
Ⅱ-2-1 활성매질에서 분포밀도의 반전기구 89
Ⅱ-2-2 레이저의 효율성 93

Ⅱ-3 귀환기구와 레이저공진기 94
Ⅱ-3-1 왕복진행 출력이득과 임계조건 94
Ⅱ-3-2 레이저작용과 빔출력 97
Ⅱ-3-3 공진기 내에 광선의 구속과 안정성조건 99

Ⅱ-4 레이저빔의 출력형태와 변조 102
Ⅱ-4-1 방출선 형태와 선폭의 확장 102
Ⅱ-4-2 레이저빔의 종축모드 형태 106
Ⅱ-4-3 레이저빔의 횡단면모드 109
Ⅱ-4-4 레이저빔의 Q-스윗칭 112
Ⅱ-4-5 레이저빔의 모드동기화(同期; mode locking) 119

III. 레이저의 종류와 동작

Ⅲ-1 고체레이저 122
Ⅲ-1-1 루비레이저 122
Ⅲ-1-2 Nd:YAG / Nd:YVO4 / Nd:YLF레이저 125
Ⅲ-1-3 Nd:Glass레이저 128
Ⅲ-1-4 Ti:sapphire레이저 129

Ⅲ-2 기체레이저 130
Ⅲ-2-1 원자기체레이저(He-Ne레이저) 131
Ⅲ-2-2 이온기체레이저(Ar+레이저) 132
Ⅲ-2-3 분자기체레이저(CO2레이저) 134

Ⅲ-3 엑시머레이저(eximer laser) 140
Ⅲ-4 디스크레이저(disk laser) 144
Ⅲ-5 파이버레이저(fiber laser) 146
Ⅲ-6 반도체레이저(diode laser) 150

Ⅲ-7 기타 레이저 157
Ⅲ-7-1 화학레이저(chemical laser) 157
Ⅲ-7-2 염료레이저(dye laser) 159

Ⅲ-8 레이저빔의 안전성과 분류 159
Ⅲ-8-1 레이저빔의 안전성 159
Ⅲ-8-2 레이저 안전등급의 분류 163

IV. 레이저 재료가공의 기초

Ⅳ-1 레이저빔의 조절 168
Ⅳ-1-1 재료가공용 레이저의 공진기형태 169
Ⅳ-1-2 레이저빔의 횡단면형태와 발산 172
Ⅳ-1-3 집속된 레이저빔의 점크기와 초점깊이 179
Ⅳ-1-4 레이저빔의 출력분포와 시간적인 형태 187
Ⅳ-1-5 집속된 레이저빔의 직경과 초점거리 측정방법 191
Ⅳ-1-6 레이저빔의 출력분배와 시간분배 195
Ⅳ-1-7 레이저빔의 이송과 작업테이블 198

Ⅳ-2 광학부품과 광파이버 202
Ⅳ-2-1 렌즈에 의한 빔의 집속과 렌즈재료 202
Ⅳ-2-2 F-θ렌즈와 텔레센트릭(telecentric)F-θ렌즈 208
Ⅳ-2-3 반사거울에 의한 레이저빔의 집속과 거울재료 215
Ⅳ-2-4 광학부품의 오염과 레이저빔 흡수 216
Ⅳ-2-5 광학부품의 열적인 영향과 광학적인 변형 218
Ⅳ-2-6 파장판과 빔셰이퍼 220
Ⅳ-2-7 광파이버의 특성과 레이저빔의 전송 222

Ⅳ-3 레이저빔과 재료 사이의 상호작용 227
Ⅳ-3-1 레이저빔의 흡수와 반사 227
Ⅳ-3-2 편광된 레이저빔의 흡수와 반사 234
Ⅳ-3-3 재료가공의 각종 매개변수와 표면상태 237
Ⅳ-3-4 가공재료의 열적 성질과 상변태 238
Ⅳ-3-5 가공재료 상에서 발생한 플라즈마의 영향 244

Ⅳ-4 레이저가공에서 레이저빔의 역할과 주변기구 248
Ⅳ-4-1 레이저재료가공의 분류와 가공특성 248
Ⅳ-4-2 펄스레이저빔 가공특성 252
Ⅳ-4-3 레이저재료가공의 가열특성 255
Ⅳ-4-4 취입가스의 역할과 노즐의 형태 272
Ⅳ-4-5 레이저가공에서 시편감지방법 276

Ⅳ-5 극초단펄스 레이저빔의 특성과 재료가공 279
Ⅳ-5-1 극초단펄스 레이저빔의 특성과 에너지흡수기구 280
Ⅳ-5-2 극초단펄스 레이저빔에너지의 재분배와 재료제거기구 282
Ⅳ-5-3 극초단펄스 레이저빔에 의한 투명재료의 필라멘테이션 285
Ⅳ-5-4 레이저빔 펄스폭(fsec, psec, nsec)에 따른 특성과 가공영향 289
Ⅳ-5-5 극초단펄스 레이저빔에 의한 금속/세라믹재료의 가공특성과 차이점 292

V. 레이저 재료 가공방법

Ⅴ-1 금속의 표면가공 298
Ⅴ-1-1 고상변태에 의한 표면경화 298
Ⅴ-1-2 금속의 표면글레이징과 표면용융가공 311
Ⅴ-1-3 금속의 표면클래딩과 표면합금화 315

Ⅴ-2 금속재료의 용접 326
Ⅴ-2-1 용접기구와 용접형태 328
Ⅴ-2-2 금속조직학적 고찰 340
Ⅴ-2-3 용접설계와 고려사항 348
Ⅴ-2-4 레이저용접의 조절 362

Ⅴ-3 재료의 절단 371
Ⅴ-3-1 금속의 절단기구와 매개변수 372
Ⅴ-3-2 절단속도와 절단면의 굴곡형상 380
Ⅴ-3-3 레이저절단의 여러 가지 고려사항 386
Ⅴ-3-4 비금속재료의 절단 399
Ⅴ-3-5 극초단펄스빔에 의한 세라믹/유리재료의 정밀절단가공 404

Ⅴ-4 재료의 천공 410
Ⅴ-4-1 천공기구와 레이저빔의 형태 411
Ⅴ-4-2 천공방법과 고려사항 415
Ⅴ-4-3 천공깊이와 여러 가지 고려사항 419
Ⅴ-4-4 특수레이저빔에 의한 천공 425

Ⅴ-5 재료의 미소가공 428
Ⅴ-5-1 반도체의 레이저어닐링 430
Ⅴ-5-2 레이저마킹(Laser marking) 435
Ⅴ-5-3 저항체의 트리밍(trimming) 439
Ⅴ-5-4 회로수정과 패턴제조 442
Ⅴ-5-5 레이저 박막제조 447

Ⅴ-6 기타 레이저가공기술 450
Ⅴ-6-1 레이저보조 절삭가공 450
Ⅴ-6-2 레이저 청정가공 453
Ⅴ-6-3 레이저 굽힘가공 458
Ⅴ-6-4 레이저 3D프린팅/첨삭가공 461
Ⅴ-6-5 Nd:YAG레이저, 디스크레이저, 파이버레이저의 장단점과 가공결과의 비교 470

참고문헌 478
찾아보기 483