가변 레이저의 개발 및 시장 현황 2부

가변 레이저의 개발 및 시장 현황(2부)

작동 원리조절 가능한 레이저

레이저 파장 조정을 달성하는 데에는 대략 세 가지 원리가 있습니다.조절 가능한 레이저넓은 형광 스펙트럼선을 가진 작동 물질을 사용합니다. 레이저를 구성하는 공진기는 매우 좁은 파장 범위에서만 손실이 매우 낮습니다. 따라서 첫 번째 방법은 회절 격자와 같은 소자를 사용하여 공진기의 손실이 낮은 영역에 해당하는 파장을 변경함으로써 레이저의 파장을 바꾸는 것입니다. 두 번째 방법은 자기장, 온도 등과 같은 외부 변수를 변경하여 레이저 전이의 에너지 준위를 이동시키는 것입니다. 세 번째 방법은 비선형 효과를 이용하여 파장 변환 및 튜닝을 구현하는 것입니다(비선형 광학, 유도 라만 산란, 광학 주파수 배가, 광학 파라메트릭 발진 참조). 첫 번째 튜닝 방식에 속하는 대표적인 레이저로는 염료 레이저, 크리소베릴 레이저, 컬러 센터 레이저, 튜너블 고압 가스 레이저, 튜너블 엑시머 레이저 등이 있습니다.

가변형 레이저는 구현 기술적 관점에서 크게 전류 제어 기술, 온도 제어 기술 및 기계적 제어 기술로 나뉜다.
그중 전자 제어 기술은 주입 전류를 변화시켜 파장을 튜닝하는 방식으로, NS급 튜닝 속도와 넓은 튜닝 대역폭을 갖지만 출력 전력이 작다는 단점이 있습니다. 주로 전자 제어 기술 기반의 레이저로는 SG-DBR(샘플링 격자 DBR)과 GCSR(보조 격자 방향 결합 역샘플링 반사) 레이저가 있습니다. 온도 제어 기술은 레이저 활성 영역의 굴절률을 변화시켜 레이저의 출력 파장을 변경하는 방식입니다. 이 기술은 간단하지만 속도가 느리고, 수 나노미터(nm) 정도의 좁은 대역폭으로만 조절할 수 있습니다. 온도 제어 기술 기반의 주요 레이저는 다음과 같습니다.DFB 레이저분산 피드백(DFB) 및 분산 브래그 반사(DBR) 레이저와 같은 기계적 제어 방식은 주로 MEMS(미세 전기 기계 시스템) 기술을 기반으로 파장 선택을 구현하며, 넓은 가변 대역폭과 높은 출력 파워를 제공합니다. 기계적 제어 기술 기반의 주요 구조로는 DFB(분산 피드백), ECL(외부 공진 레이저), VCSEL(수직 공진 표면 방출 레이저) 등이 있습니다. 이하에서는 이러한 측면들을 통해 가변 레이저의 원리를 설명합니다.

광통신 응용 분야

가변 레이저는 차세대 고밀도 파장 분할 다중화 시스템 및 전광 네트워크에서의 광자 교환에 있어 핵심적인 광전자 소자입니다. 가변 레이저의 적용은 광섬유 전송 시스템의 용량, 유연성 및 확장성을 크게 향상시키며, 넓은 파장 범위에서 연속 또는 준연속적인 튜닝을 구현합니다.
전 세계 기업과 연구 기관들이 가변 레이저 연구 개발에 적극적으로 나서고 있으며, 이 분야에서는 끊임없이 새로운 진전이 이루어지고 있습니다. 가변 레이저의 성능은 지속적으로 향상되고 있으며, 비용은 지속적으로 절감되고 있습니다. 현재 가변 레이저는 크게 반도체 가변 레이저와 광섬유 가변 레이저의 두 가지 범주로 나뉩니다.
반도체 레이저레이저는 광통신 시스템에서 중요한 광원으로, 소형, 경량, 높은 변환 효율, 저전력 등의 특징을 가지며, 다른 장치와의 단일 칩 광전자 집적화가 용이합니다. 레이저는 가변형 분산 피드백 레이저, 분산 브래그 미러 레이저, 마이크로모터 시스템용 수직 공진 표면 방출 레이저, 외부 공진 반도체 레이저 등으로 분류할 수 있습니다.
가변 대역폭 광섬유 레이저의 개발과 펌프 소스로서의 반도체 레이저 다이오드의 개발은 광섬유 레이저의 발전을 크게 촉진했습니다. 가변 대역폭 광섬유 레이저는 도핑된 광섬유의 80nm 이득 대역폭을 기반으로 하며, 루프에 필터 소자를 추가하여 레이저 발진 파장을 제어하고 파장 튜닝을 구현합니다.
가변 파장 반도체 레이저 개발은 전 세계적으로 매우 활발하게 진행되고 있으며, 그 발전 속도 또한 매우 빠릅니다. 가변 파장 레이저가 비용과 성능 면에서 고정 파장 레이저에 점차 근접함에 따라, 통신 시스템에 더욱 널리 사용되고 미래의 전광 네트워크에서 중요한 역할을 하게 될 것입니다.

개발 전망
가변 파장 레이저는 다양한 단일 파장 레이저를 기반으로 파장 튜닝 메커니즘을 추가적으로 도입하여 개발되는 경우가 많으며, 이미 여러 제품이 국제 시장에 공급되고 있다. 연속 광학 가변 파장 레이저의 개발 외에도, VCSEL 단일 칩과 전기 흡수 변조기가 통합된 가변 파장 레이저, 샘플 격자 브래그 반사기와 반도체 광 증폭기 및 전기 흡수 변조기가 통합된 레이저 등 다른 기능이 통합된 가변 파장 레이저에 대한 연구도 보고되고 있다.
파장 가변 레이저는 널리 사용되고 있기 때문에 다양한 구조의 가변 레이저를 여러 시스템에 적용할 수 있으며, 각각 장단점이 있습니다. 외부 공진형 반도체 레이저는 높은 출력과 연속적인 파장 가변성 덕분에 정밀 검사 기기에서 광대역 가변 광원으로 사용될 수 있습니다. 광자 집적화 및 미래의 전광 네트워크 구현 관점에서 볼 때, 샘플 격자 DBR, 초구조 격자 DBR, 그리고 변조기 및 증폭기가 통합된 가변 레이저는 Z에 적합한 유망한 가변 광원이 될 수 있습니다.
외부 공진기를 갖는 광섬유 격자 가변 레이저는 구조가 간단하고 선폭이 좁으며 광섬유 결합이 용이하여 유망한 광원으로 주목받고 있습니다. 만약 EA 변조기를 공진기 내에 통합할 수 있다면 고속 가변 광 솔리톤 광원으로도 활용될 수 있습니다. 또한, 광섬유 레이저 기반의 가변 광섬유 레이저는 최근 몇 년 동안 상당한 발전을 이루었습니다. 광통신 광원 분야에서 가변 레이저의 성능은 더욱 향상될 것으로 예상되며, 시장 점유율 또한 점차 증가하여 매우 밝은 응용 전망을 보일 것입니다.