에지 이미터 레이저(EEL) 소개
고출력 반도체 레이저를 얻기 위해 현재 사용되는 기술은 에지 방출 구조입니다. 에지 방출형 반도체 레이저의 공진기는 반도체 결정의 자연 해리면으로 구성되며, 출력 빔은 레이저 전면에서 방출됩니다. 에지 방출형 반도체 레이저는 고출력을 달성할 수 있지만, 출력 빔의 스폿이 타원형이고 빔 품질이 좋지 않으며, 빔 형상을 빔 성형 시스템으로 수정해야 합니다.
다음 그림은 에지 방출형 반도체 레이저(EEL)의 구조를 보여줍니다. EEL의 광학 공진기는 반도체 칩 표면에 평행하며 반도체 칩의 가장자리에서 레이저를 방출하므로 고출력, 고속, 저잡음의 레이저 출력을 구현할 수 있습니다. 그러나 EEL에서 출력되는 레이저 빔은 일반적으로 비대칭적인 빔 단면과 큰 각도 발산을 가지며, 광섬유 또는 기타 광학 부품과의 결합 효율이 낮습니다.
EEL 출력 전력 증가는 활성 영역의 폐열 축적과 반도체 표면의 광학적 손상에 의해 제한됩니다. 도파관 면적을 증가시켜 활성 영역의 폐열 축적을 줄이고 열 방출을 개선하고, 광 출력 영역을 증가시켜 빔의 광 전력 밀도를 낮춰 광학적 손상을 방지함으로써, 단일 횡모드 도파관 구조에서 수백 밀리와트에 달하는 출력 전력을 얻을 수 있습니다.
100mm 도파관의 경우, 단일 에지 방출 레이저로 수십 와트의 출력 전력을 얻을 수 있지만, 이때 도파관은 칩 평면상에서 고도로 다중 모드이며 출력 빔 종횡비 또한 100:1에 달하여 복잡한 빔 형성 시스템이 필요합니다.
소재 기술이나 에피택셜 성장 기술에 새로운 돌파구가 없는 상황에서, 단일 반도체 레이저 칩의 출력 향상을 위한 주된 방법은 칩의 발광 영역의 폭을 넓히는 것입니다. 그러나 폭을 지나치게 넓히면 횡방향 고차 모드 발진이나 필라멘트형 발진이 발생하기 쉬워 광 출력 균일성이 크게 저하되고, 출력은 폭에 비례하여 증가하지 않기 때문에 단일 칩의 출력은 극히 제한적입니다. 이러한 문제를 해결하고 출력을 크게 향상시키기 위해 어레이 기술이 등장했습니다. 이 기술은 동일한 기판에 여러 개의 레이저 유닛을 집적하여 각 발광 유닛을 저속축 방향으로 1차원 어레이 형태로 배열합니다. 어레이 내의 각 발광 유닛을 광학적 절연 기술로 분리하여 서로 간섭하지 않도록 함으로써 다중 개구 레이저 발진을 구현하고, 집적된 발광 유닛의 수를 늘려 전체 칩의 출력 향상을 도모할 수 있습니다. 이 반도체 레이저 칩은 반도체 레이저 어레이(LDA) 칩이며, 반도체 레이저 바라고도 합니다.
게시 시간: 2024년 6월 3일