연 8천억원의 수입대체 효과 기대돼… 

차세대 레이저 기술 수준도 90%대까지

한국전기연구원이 산업 현장에 적용할 펨토초 레이저 기술 개발에 성공했다. 김광훈 KERI 전자기파응용연구센터장은 “산업현장에 적용 가능한 최첨단 레이저 기술을 개발해 의료산업과 IT산업, 바이오산업에서 초미세 레이저 가공장비 시장 문을 열게 됐다”며 “빈약한 국내 레이저 산업을 성장시켜 나가는 데 크게 기여할 것”이라고 말했다.

미래창조과학부 국가과학기술연구회는 올해 초 ‘2014년 출연연 10대 우수 연구성과’를 선정 발표했다. 그 중 한국전기연구원(KERI)이 개발한 ‘세계 최고 수준의 펨토초 레이저 개발’ 성과가 포함됐다.

펨토초(femto second) 레이저 광원 기술은 1000조 분의 1초라는 극히 짧은 시간의 폭을 갖는 펄스(pulse)를 발생시키는 레이저 시스템 기술이다.

펨토초 레이저는 크기가 작고, 장시간의 동작이나 장비를 결합했을 때에도 1% 이하의 출력 안정도를 갖는 등 신뢰성이 높다. 이 극초단 레이저 광원 기술을 최근 각 부품이나 제품의 소형화, 정밀화가 진행되면서 각광받고 있는 초미세 가공 분야에 적용하면 충격파에 의한 왜곡이나 표면의 파편 잔해, 열에 의한 주변 재료 변질, 미세 크랙 발생 등의 부작용 없이 섬세하게 가공할 수 있다.

업계는 펨토초 레이저를 산업용 장비에 도입하려는 추세다. 하지만 기존 펨토초 레이저는 기초연구에 초점을 맞춰 개발되다 보니 관련 장비가 크고 비싸다는 단점이 있다. 때문에 의료 및 산업 현장 적용에 한계가 있었다.

이 기술로 만든 펨토초 레이저 장비는 기초연구를 넘어 NT, BT, IT, 에너지, 환경 등 산업 현장에 적용해 초미세 그린 가공 시스템으로 활용할 수 있다.

이 기술은 KERI와 러시아 합작연구센터인 ‘KERI RSS(Russia Science Seoul)센터’가 개발했다. KERI RSS센터는 KERI가 축적해 온 레이저 원천 설계와 모듈 제작, 레이저 제작 및 안정화, 상용화 기술에 러시아 광학 기술을 접목했다.

그 결과 펄스폭 180펨토초(fs), 최대 평균 출력 10와트(W), 반복율 500킬로헤르츠(㎑) 특성을 띤 펨토초 레이저 광원 제작 기술을 완성했다.

▲ 그림 1. 펨토초 레이저의 초미세 가공

▲ 그림 2. 펨토초 레이저 초미세 가공 비교

이로 인해 우리나라는 반도체, 디스플레이, 태양전지, 발광반도체 등 핵심 산업분야에서 초미세 레이저 가공 기술과 응용 경쟁력을 확보할 수 있게 됐다. 전기전자 시장 발전에도 큰 영향을 끼칠 것으로 전망된다.

KERI는 이번 기술 개발로 연 8천억원 이상의 수입대체 효과도 예상된다고 밝혔다. 우리나라 차세대 레이저 광원기술 수준도 선진국 대비 30%대에서 90%대까지 끌어올릴 수 있을 전망이다.

이는 그동안 연구실 수준에서만 확인된 우수한 연구 결과들을 산업현장에서 구현 가능한 기술로 개발함으로써, 초정밀 안과수술 등의 의료산업이나 차세대 정보 저장장치 등과 같은 IT산업, 초고속 영상 등의 바이오산업을 아우르는 초미세 레이저 가공장비 시장의 문을 열게 됐다는 데 큰 의의가 있다. 특히 빈약한 국내 레이저 산업을 국제 경쟁력을 갖춘 차세대 레이저 분야 미래 산업으로 성장시키는 데 크게 기여할 것으로 전망된다.

펨토초 레이저 기술은 미래부가 선정한 ‘국가연구개발 우수성과 100선’에도 선정됐다.

이솔이 기자