다결정 YAG
대량 생산용 폴리크리스탈라인 세라믹 YAG
고순도 이트륨 알루미늄 가닛(YAG) 세라믹은 다양한 기술에 핵심적인 고출력 고체 레이저의 개발을 가능하게 합니다.
쿠어스텍은 단결정 YAG에서 발생하는 여러 한계를 해결하고, 대량 생산에서도 최적의 성능을 구현할 수 있도록 최첨단 투명 YAG 옵토세라믹스를 개발했습니다.
YAG 레이저의 채택은 복잡성과 제조 비용 문제로 어느 정도 제한되어 왔습니다. 단결정(모노크리스탈라인) 소재는 결정 격자가 샘플의 가장자리까지 연속적이고 끊김 없이 이어져 있으며, 결정립 경계가 존재하지 않습니다..
유사한 결정립 구조를 구현하기 위해, 쿠어스텍 YAG 세라믹은 고도로 정밀한 소결 공정을 통해 다결정 소재에서도 단결정에 가까운 투명도를 구현합니다.
다결정 YAG의 활용 분야
YAG 레이저 결정은 우수한 광학 특성을 바탕으로 다양한 분야에서 뛰어난 레이저 성능을 제공합니다. 주요 활용 분야는 다음과 같습니다:
피부과
YAG 레이저 매질은 양성 색소 병변(문신 포함), 혈관 병변, 육종 및 피부 종양 치료 등 다양한 피부과 시술에 사용됩니다.
안과
YAG 레이저 매질은 여러 안과 시술에 사용되며, 대표적으로 백내장 수술 후 발생할 수 있는 후낭혼탁 치료, 협소각 또는 폐쇄각 녹내장 환자의 말초 홍채절개술 등에 활용됩니다.
산업용 각인 및 가공
YAG 레이저 결정은 반도체 및 철강 절단 및 용접을 비롯해, 금속과 플라스틱의 각인 및 식각, 투명 아크릴 또는 유리 내부에 각인하는 용도로도 널리 사용됩니다.
레이저 거리측정기 및 레이저 지정기
Nd:YAG 레이저 매질은 고출력 거리 측정 및 텔레메트리 시스템에 널리 사용되며, 군사·항공우주 분야를 비롯한 다양한 산업에 적용됩니다.
광학 거리 측정 (LiDAR)
고효율 확장형 LiDAR 시스템 설계에는 YAG 결정 기반의 ‘패시브 Q-스위치’ 레이저가 사용됩니다. LiDAR 센서는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS) 및 자율주행 기술의 핵심 기술로 각광받고 있습니다.
단결정 YAG소재의 단점
쵸크랄스키(Czochralski) 방법으로 알려진 공정을 통해, 단결정 소재는 특정한 물리적·화학적 조건에서 적절한 광물 조합이 있을 때 성장합니다. 그러나 이 단결정 제조 공정은 시간이 많이 소요되며 대량 생산에 적합하지 않습니다. 결정에 미세한 결함이 발생하면 전체 소재의 상당 부분이 사용할 수 없게 되는 경우도 있습니다.
또한 도핑에도 뚜렷한 한계가 있습니다. 단결정에 도펀트를 적용할 때, 성장 과정에서 도펀트가 결정 내부로 잘 흡수되지 않고 용융물에서 밀려나게 되며, 이로 인해 결정 내에 도핑 농도가 고르지 않게 분포하는 문제가 생깁니다.
다결정 YAG 소재의 이점
단결정 소재와 동등한 수준의 성능을 제공하면서도, 폴리크리스탈린 YAG 레이저 매질은 다음과 같은 다양한 이점을 갖습니다:
- 도펀트의 농도와 균일성을 높여 광학 특성을 더 정밀하게 제어 가능
- 공정 제어와 반복성이 우수하여 생산 수율 향상
- 순형상 성형 방식으로 연삭 및 후처리 공정 간소화
- 충격에 강한 높은 기계적 인성으로 내구성 향상
- 대량 생산이 가능한 고확장성 제조 공정
다결정 YAG 레이저 매질은 단결정 매질에 비해 명확한 효율성을 제공하며, 이전에는 불가능했던 새로운 솔루션을 가능하게 합니다.
사진: Nd:YAG 레이저 매질(후면)과 V:YAG 포화 흡수체 소재(전면)
CoorsTek의 강점
단결정 YAG
쿠어스텍 다결정 YAG
가장 널리 알려진 레이저 이득 매질(결정)은 단연 네오디뮴 도핑 YAG(Nd:YAG)입니다. 세라믹 Nd:YAG는 단결정 소재와 동등한 성능을 제공하면서도 대량 생산이 가능하고 제조 효율성이 뛰어납니다.
쿠어스텍은 세라믹 Cr:YAG, V:YAG, Ce:LuAG 등 다양한 흡수체 소재도 제공합니다. 흡수체 소재는 원하는 레이저 파장에 따라 선택됩니다.
사진: Cr:YAG(왼쪽), Nd:YAG(오른쪽)
왜 CoorsTek인가?
쿠어스텍은 110년이 넘는 역사 동안 고품질 첨단 세라믹 솔루션 개발을 선도해왔습니다. 400종 이상의 독자적인 소재 포뮬러, 3개 대륙에 걸친 연구개발 센터 및 생산 시설, 다양한 성형·소성·가공 기술을 바탕으로, 쿠어스텍은 업계 최고 수준의 세라믹 전문성을 제공합니다.