Lasers are used in precise material processing because they can be focused into small region to achieve high energy densities. The conventional laser processing method has a limitation on the processing speed because it is performed by scanning a single spot. In order to overcome this problem, it is necessary to use a hologram to spatially distribute a high power or high energy laser beam on the target and simultaneously process it. In this dissertation, we propose a non-scanning 2-D laser cutting method using a phase-only computer-generated Fourier hologram.
In general, a line image reconstructed by a phase-only Fourier hologram has a spatially fluctuating phase, so that a discontinuous pattern occurs due to interference between spots. This is the main reason for the difficulty of laser cutting using a hologram. In order to minimize this and to obtain continuous line images, the line target is divided into two targets and then reconstructed with orthogonally polarized beams, and they were crossed and superposed. Using computer-generated holograms which are designed and fabricated using this method, 2-D laser cutting was performed on polyimide film with a high energy laser without scanning process. The diffusion of the heat absorbed in the material was then calculated by the finite element method and compared with the experimental results.
레이저는 작은 영역으로 집속되어 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있으므로 정밀 가공에 사용된다. 기존의 레이저 가공 방식은 단일 스팟을 스캔하기 때문에 가공 속도에 한계를 가지며, 이를 극복하기 위해서는 홀로그램을 이용하여 고출력 또는 고에너지 레이저를 매질 상에 공간적으로 분산시켜 동시에 가공해야 한다. 본 학위 논문에서는 위상 변조 컴퓨터 생성 푸리에 홀로그램을 이용한 비스캔 2차원 레이저 절단 방법을 제안한다.
일반적으로 위상 변조 푸리에 홀로그램으로 재생된 선 이미지는 공간적으로 요동하는 위상을 갖기 때문에 스팟들간의 간섭에 의해 불연속적인 패턴이 발생한다. 이는 레이저 절단 가공을 어렵게 하는 주요인이며, 이를 최소화하고 연속적인 선을 얻기 위하여, 선 타겟을 두 개로 나눈 뒤 각각 서로 수직한 편광으로 재생하고 이들을 교차하여 중첩 시켰다. 이 방법을 적용하여 설계 및 제작된 컴퓨터 생성 홀로그램에 고에너지 레이저를 입사시켜, 폴리이미드를 스캔 과정 없이 2차원 선 패턴으로 절단 가공하였다. 이후 매질에 흡수된 열의 확산을 유한요소법으로 계산하고, 이를 실험 결과와 비교 및 분석하였다.
