Method and apparatus of processing brittle material with laser pin beam and optical system for the same

The present invention relates to an apparatus for processing brittle materials by using laser pin beams. According to the present invention, the laser processing apparatus includes: a first optical system converting an ultra-short pulse laser beam transmitted from a laser generation unit while having Gaussian energy distribution to a Bessel beam distributing energy on multiple concentric circles around an optical shaft and the optical shaft with reference to a cross-section perpendicular to the progressing direction of the ultra-short pulse laser beam; a second optical system concentrating the Bessel beam or beams scattered from the Bessel beam to generate a pin beam concentrating energy on spots on the optical shaft with reference to the cross-section perpendicular to the progressing direction; and a third optical system concentrating the pin beam or beams scattered from the pin beam onto the inside of the brittle material. The present invention enables ultra-high concentration of the ultra-short pulse laser beam around the optical shaft to generate the pin beam with little variation in the beam diameter in the beam progressing direction and process the brittle material with the laser pin beam to cut a mirror surface without any melting, breaking, or cracking. 본 발명은 레이저 핀 빔을 이용한 취성 소재 가공 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 레이저 가공장치는, 레이저 발생부로부터 전달된 가우시안 에너지 분포를 갖는 초단파 펄스 레이저 빔을 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축과 광축 주변의 다수의 동심원 상에 에너지가 분포하는 베셀빔으로 변환하는 제1 광학계; 상기 베셀빔 또는 상기 베셀빔으로부터 분산된 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 점(spot) 형상으로 에너지가 집중된 핀 빔(pin beam)을 생성하는 제2 광학계; 상기 핀 빔 또는 상기 핀 빔으로부터 분산된 빔을 취성 소재의 내부에 집속시키는 제3 광학계를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 초단파 펄스 레이저 빔을 광축 부근에 초고밀도로 집속하여 빔의 진행방향을 따라 빔 직경의 변동이 매우 적은 핀 빔(pin beam)을 형성하고, 이러한 레이저 핀 빔을 취성 소재에 입사시켜 가공함으로써 멜팅, 깨짐, 크랙이 전혀 없는 경면(mirror surface) 절단을 구현할 수 있다.