에지 방출 레이저(EEL) 소개

에지 방출 레이저(EEL) 소개
고출력 반도체 레이저 출력을 얻기 위해 현재 기술은 에지 방출 구조를 사용합니다. 에지 방출 반도체 레이저의 공진기는 반도체 결정의 자연 해리 표면으로 구성되며, 출력 빔은 레이저 선단에서 방출됩니다. 에지 방출형 반도체 레이저는 고출력 출력을 얻을 수 있지만, 출력점이 타원형이고 빔 품질이 좋지 않아 빔 성형 시스템을 통해 빔 형상을 수정해야 합니다.
다음 그림은 에지 발광 반도체 레이저의 구조를 보여줍니다. EEL의 광 공동은 반도체 칩 표면과 평행하며, 반도체 칩의 에지에서 레이저를 방출합니다. 이를 통해 고출력, 고속, 저잡음의 레이저 출력을 구현할 수 있습니다. 그러나 EEL에서 출력되는 레이저 빔은 일반적으로 빔 단면적이 비대칭적이고 발산각이 크며, 광섬유 또는 기타 광학 부품과의 결합 효율이 낮습니다.

EEL 출력 전력 증가는 활성 영역의 폐열 축적과 반도체 표면의 광학적 손상에 의해 제한됩니다. 활성 영역의 폐열 축적을 줄이기 위해 도파관 면적을 늘려 방열을 개선하고, 광 출력 면적을 늘려 빔의 광 전력 밀도를 낮춰 광학적 손상을 방지함으로써, 단일 횡모드 도파관 구조에서 최대 수백 밀리와트의 출력 전력을 달성할 수 있습니다.
100mm 도파관의 경우, 단일 에지 방출 레이저는 수십 와트의 출력 전력을 달성할 수 있지만, 이때 도파관은 칩 평면 상에서 고도로 다중 모드이며, 출력 빔 종횡비도 100:1에 이르러 복잡한 빔 성형 시스템이 필요합니다.
재료 기술과 에피택셜 성장 기술에 새로운 돌파구가 없다는 전제 하에, 단일 반도체 레이저 칩의 출력 전력을 향상시키는 주요 방법은 칩 발광 영역의 스트립 폭을 늘리는 것입니다. 그러나 스트립 폭을 너무 크게 늘리면 횡방향 고차 모드 발진과 필라멘트형 발진이 발생하기 쉬워 광 출력의 균일성이 크게 저하되고, 출력 전력이 스트립 폭에 비례하여 증가하지 않아 단일 칩의 출력 전력이 극히 제한됩니다. 출력 전력을 크게 향상시키기 위해 어레이 기술이 등장했습니다. 이 기술은 여러 개의 레이저 유닛을 동일한 기판에 집적하여 각 발광 유닛이 느린 축 방향으로 일차원 어레이로 정렬되도록 합니다. 광학 분리 기술을 사용하여 어레이의 각 발광 유닛을 분리하여 서로 간섭하지 않도록 하고, 다중 개구 레이저를 형성하기만 하면 집적된 발광 유닛의 수를 늘려 전체 칩의 출력 전력을 높일 수 있습니다. 이 반도체 레이저 칩은 반도체 레이저 어레이(LDA) 칩으로, 반도체 레이저 바라고도 합니다.