KR100850718B1

KR100850718B1 - 스펙클 저감 레이저

Info

Publication number: KR100850718B1
Application number: KR1020070005422A
Authority: KR
Inventors: 문용권; 원종화
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2008-08-06
Also published as: EP1947748A1; JP2008177569A; KR20080067924A; US20080170595A1

Abstract

스펙클 저감 레이저가 개시되어 있다. 개시된 스펙클 저감 레이저는, 활성층에서 발진되는 빛을 공진시켜 레이저광을 방출시키는 반도체 레이저로서, 레이저광의 공진 경로상에 놓이는 전기광학물질층을 구비하는 모드 변동부를 포함하며, 전기광학물질층에 전압이 인가됨에 따라 레이저의 공진 모드가 변동되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 레이저의 공진 모드가 변동되는 구조에 의하여, 스펙클을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

Description

스펙클 저감 레이저{Speckle reduction laser}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스펙클 저감 레이저의 개략적인 단면도이다.

도 2는 도 1의 스펙클 저감 레이저의 빛이 발진되는 반도체부의 개략적인 사시도이다.

도 3은 도 1의 스펙클 저감 레이저의 모드 변동부의 개략적인 사시도이다.

도 4는 도 1의 반도체부와 모드 변동부의 배치관계를 보여준다.

도 5는 도 1의 스펙클 저감 레이저의 동작을 설명하는 도면이다.

도 6은 도 1의 스펙클 저감 레이저에 공진 모드 변동을 보여주는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스펙클 저감 레이저의 개략적인 단면도이다.

도 8은 도 7의 스펙클 저감 레이저의 모드 변동부의 전기장 형성을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...마운트 120...반사 미러

130...반도체부 140...반사방지부재

150,260...모드 변동부 151...서브 마운트

155,261...전기광학물질층 157,158,262,263...전극

160...하프 미러 210...기판

230,270...반사층 240...이득매질층

250...전류 제한층 251...절연 영역

252...도전 영역

본 발명은 스펙클 저감 레이저에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 공진 모드에 변동을 주어 스펙클을 감소시킨 스펙클 저감 레이저에 관한 것이다.

멀티미디어 사회로의 급진전과 함께, 표시 화면의 대형화 및 고화질화가 요구되고 있다. 최근에는 높은 해상도에 더하여 보다 자연스러운 컬러의 구현이 중요시되고 있다.

보다 자연스러운 컬러의 구현을 위해서는 레이저와 같은 색순도가 높은 광원의 이용이 필수적이다. 그러나, 레이저를 광원으로 이용하는 화면을 구현하는 경우, 레이저광의 가간섭성(coherence)에 기인한 스펙클(speckle)이 생겨 화질을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 여기서, 스펙클은 레이저빔이 스크린 표면에서 반사될 때 표면의 거칠기에 의하여 산란되는 빛이 눈에 들어와서 망막에 맺히게되는 임의의 간섭 패턴인 노이즈를 말한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 전기광학 물질을 이용하여 공진 모드에 변동을 주어 스펙클을 감소시킨 스펙클 저감 레이저를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스펙클 저감 레이저는, 활성층에서 발진되는 빛을 공진시켜 레이저광을 방출시키는 반도체 레이저로서, 상기 레이저광의 공진 경로상에 놓이는 전기광학물질층을 구비하는 모드 변동부를 포함하며, 상기 전기광학물질층에 전압이 인가됨에 따라 상기 레이저광의 공진 모드가 변동되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 레이저광의 공진 모드의 변동폭은, 주파수 스펙트럼에서 볼 때 상기 공진 모드 사이의 간격과 같거나 그보다 작은 것이 바람직하다.

빛이 상기 활성층을 포함하는 반도체부의 측면에서 방출되는 측면발광형 구조일 수 있다.

이 경우, 상기 모드 변동부는 상기 반도체부의 일측면에 마련되는 것이 바람직하다.

상기 모드 변동부가 마련된 상기 반도체부의 일측면에 대향되는 상기 반도체부의 타측면에는 반사미러면이 형성되며, 상기 모드 변동부의 상기 반도체부를 마주보는 면에 대향되는 면에는 하프미러면이 형성되어, 상기 하프미러면을 통해 레이저광이 출력될 수 있다.

또는, 상기 모드 변동부의 상기 반도체부를 마주보는 면에 대향되는 면에는 반사미러면이 형성되며, 상기 모드 변동부가 마련된 상기 반도체부의 일측면에 대향되는 상기 반도체부의 타측면에는 하프미러면이 형성되어, 상기 하프미러면을 통해 레이저광이 출력될 수 있다.

상기 반도체부와 모드 변동부 사이에 개재된 반사방지부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 전기광학물질층에 전압을 인가하는 전극은 상기 전기광학물질층의 공진 경로를 둘러싼 면 중 적어도 한 면에 마련되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 활성층 상하부 각각에 상부 반사층과 하부 반사층이 마련된 수직 공진 표면 발광 구조일 수 있다.

이 경우, 상기 모드 변동부는 상기 활성층의 상부 또는 하부에 마련되는 것이 바람직하다.

가령, 상기 모드 변동부의 전기광학물질층은 상기 활성층과 상부 반사층 사이에 개재될 수 있다.

이 경우, 상기 활성층과 전기광학물질층 사이에 개재된 것으로, 절연 영역과 도전 영역을 갖는 전류제한층을 포함하며, 상기 전기광학물질층에 전압을 인가하는 전극은 상기 절연 영역과 상기 전기광학물질층 사이에 마련될 수 있다.

상기 전기광학물질층은 KTN 또는 LiNbO로 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스펙클 저감 레이저를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스펙클 저감 레이저의 개략적인 단면도를 보여준다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 스펙클 저감 레이저는 마운트(110)에 빛이 방출되는 반도체부(130)과, 레이저광(L)의 공진 경로상에 놓이는 모드 변동부(150)를 포함한다. 본 실시예의 반도체부(130)을 도 2에 도시된 바와 같은 측면에서 빛이 방출되는 측면 발광형 레이저 공진 구조를 지닌다. 모드 변동부(150)는 반도체부(130)의 빛이 방출되는 일측면에 마련된다.

한편, 반도체부(130)에서 발진된 빛이 반도체부(130)과 모드 변동부(150)를 왕복하면서 공진하다가, 모드 변동부(150)를 통해 출력되도록, 모드 변동부(150)가 마련된 반도체부(130)의 일측면에 대향되는 반도체부(130)의 타측면은 높은 반사율을 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해 반도체부(130)의 타측면에는 반사미러면(120)이 형성된다. 한편, 모드 변동부(150)의 반도체부(130)을 마주보는 면에 대향되는 면에는 하프미러면(160)이 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 반사미러면(120)과 하프미러면(160)을 갖는 구조에 의해, 레이저광(L)의 공진시, 레이저광(L)이 반도체부(130)의 타측면으로 방출되어 손실되는 것을 최소화할 수 있다. 이와 같은 반사미러면(120)이나 하프미러면(160)은 측면발광형 반도체 레이저 기술분야에서 잘 알려져 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

나아가, 레이저광(L)이 반사미러면(120)과 하프미러면(160) 사이를 공진할 때에, 반도체부(130)과 모드 변동부(150) 사이의 경계면에서의 손실을 최소화하도록 반도체층(130)과 모드 변동부(150) 사이에 반사방지부재(140)를 개재하는 것이 바람직하다. 이러한 반사방지부재(140)는 적어도 하나의 유전체층으로 이루어지는 굴절률매칭부재로서, 굴절률과 두께를 적절하게 조절하여, 빛이 반도체(130)에서 모드 변동부(150)로 입사하거나 그 역으로 입사할 때, 반도체부(130)과 모드 변동부(150) 사이의 경계면에서 반사되는 것을 방지한다. 이와 같은 반사 방지를 위한 코팅막에 해당되는 반사방지부재(140)에 대해서는 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2를 참조하면, 반도체부(130)은 리지 구조의 측면 발광형 레이저 공진 구조를 가지고 있다. 구체적으로 예를 들면, n형 기판(132)의 상면에 n형 클래드/도파층(133), 활성층(134), 리지부(135a)를 갖는 p형 클래드/도파층(135), p형 콘택트층(138) 및 p형 전극(137)이 순차적으로 적층되어 있고, n형 기판(132)의 저면에는 n형 전극(131)이 마련되어 있다. 참조번호 136은 p형 클래드/도파층(135)의 리지부(135a) 측면에 마련된 절연층을 나타낸다. 이러한 리지 구조의 반도체부(130)에서 빛이 방출되는 영역은 리지부(135a) 근방의 A 영역을 제한된다.

도 2를 참조하여 설명한 반도체부(130)의 구성은 일례이고 이에 한정되지 않는다. 가령, n형 기판(132)을 대신하여 사파이어 기판과 같은 절연 기판이 채용될 수 있다. 이 경우, 기판과 n형 클래드/도파층 사이에는 n형 콘택트층이 개재되고, n형 콘택층의 일부가 단차되며, 단차된 부분에 n형 전극이 마련된다. 나아가, n형과 p형은 서로 뒤바뀔 수 있다.

n형 전극(131)과 p형 전극(137)에 전원을 인가하면, 전자와 전공은 활성층(130)에서 만나 빛을 발진(generation)하게 되며, 발진된 빛은 n형 및 p형 클래 드/도파층(133,135) 사이에서 소정 모드를 형성하여 측면을 통해 방출된다. 도 2에 도시된 A는 활성층(130)에서 빛이 방출된 영역을 나타낸다.

도 3은 본 실시예의 주요 특징인 모드 변동부를 개략적으로 보여준다. 도 4를 참조하면, 모드 변동부(150)는 서브 마운트(151) 위에 마련된 전기광학물질층(155)과, 전기광학물질층(155)의 양 측면에 형성되어 전기광학물질층(155)에 전압을 인가하는 전극(157,158)을 포함한다.

전기광학물질층(155)은 전기광학(Electro-Optic) 효과를 나타내는 광결정 물질로 형성된다. 이러한 광결정 물질로 리튬 니오베이트(LiNbO₃; 이하 LiNbO라 한다)나 K-Ta-Nb(이하, KTN이라 한다) 등이 있다.

이러한 전기광학물질층(155)에 전압이 인가되면, 광결정 물질의 굴절률이 변화된다. 이때, 굴절률의 변화는 전기광학물질층(155) 내부에서 균일하게 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 굴절률이 전기광학물질층(155) 내에서 불균일하게 변화되면, 전기광학물질층(155)을 지나는 빛의 경로가 휘게 되기 때문이다. 전기광학물질층(155)의 굴절률 변화는 후술하는 바와 같이 광결정 물질에 가해지는 전기장의 함수로 주어지므로, 전기광학물질층(155) 내에 가해지는 전기장은 균일한 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 균일한 전기장은 엄밀하게 요구되는 것은 아니다. 후술하는 바와 같이 전기광학물질층(155) 내의 광 경로의 길이를 1 mm 내지 그 이하 정도로 매우 작게 하는 경우에도 스펙클을 충분히 감소시킬 수 있으며, 이 경우 전기장이 불균일에 따른 광 경로의 휨은 실질적으로 무시될 수 있기 때문이다.

본 실시예의 모드 변동부(150)는 평행한 두 전극(157,158) 사이에 전기광학물질층(155)이 개재되어 있고, 전극(157,158)에 전압을 인가할 때에 전기광학물질층(155) 내부로 전하가 주입되지 않는 구조를 가진다. 이에 따라, 전기광학물질층(155) 내에 가해지는 전기장이 균일하게 되고, 굴절률은 전기광학물질층(155) 내부에서 균일하게 변화하게 된다. 전극(157,158)과 전기광학물질층(155) 사이에 절연층이 더 개재하거나 백금(Pt) 등을 전극의 재료로 사용함으로써, 전기광학물질층(155) 내부로 전하가 주입되지 않도록 할 수 있다.

전기광학물질층(155)은 반도체부(130)의 빛이 방출되는 부분(도 2의 A 영역)을 커버하도록 배치된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체부(130)의 리지부(135a)와 모드 변동부(150)의 전기광학물질층(155)이 맞닿도록 정렬되어, 반도체부(130)에서 방출된 빛이 전기광학물질층(155)에 온전히 입사될 수 있도록 한다. 전기광학물질층(155)은 반도체부(도 3의 130)의 n형 및 p형 클래드/도파층(도 3의 133,135)과 함께 레이저광의 도파로가 된다.

본 실시예에서 전극(157,158)은 전기광학물질층(155)의 양 측면에 형성되어 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 전기광학물질층(155)에 전압을 인가하는 전극은 전기광학물질층(155)의 반도체부(130)과 마주보는 면이나 출력면을 제외한 나머지면, 즉 전기광학물질층(155)의 공진 경로를 둘러싼 면 중 적어도 한 면에 마련될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 실시예에서, 레이저광의 출력면은 모드 변동부의 상기 반도체부를 마주보는 면에 대향되는 면이나, 이에 한정되는 것은 아니 다. 가령, 모드 변동부가 마련된 반도체부의 일측면에 대향되는 반도체부의 타측면이 레이저광의 출력면이 될 수도 있다. 이 경우, 반도체부의 타측면에는 하프미러면이 형성되고, 모드 변동부의 상기 반도체부를 마주보는 면에 대향되는 면에는 반사미러면이 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 반도체부의 활성층에서 발진된 빛은 반사미러면과 하프미러면에서 공진하다가 하프미러면을 통해 출력된다.

나아가, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 실시예에서, 반도체부(130)과 모드 변동부(150)는 각각 별개의 공정을 통해 제조된 뒤, 마운트(110) 위에 실장될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 모드 변동부(150)의 전기광학물질층(155)은 반도체 제조공정을 통해 형성될 수 있으므로, 반도체부(130)과 모드 변동부(150)는 단일 웨이퍼 상에서 일괄공정으로 제조될 수 있다. 이 경우, 마운트(110)를 동일 기판으로 하여, 그 위에 반도체부(130)과 모드 변동부(150)가 적층된다.

이하, 본 실시예의 동작에 대해 도 5와 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.

도 5를 참조하면, 반도체부(130)에서 발진된 빛은 모드 변동부(150) 쪽으로 방출되어 모드 변동부(150)에 입사된다. 모드 변동부(150)에 입사된 빛은 하프미러면(160)에서 반사되어 다시 반도체부(130)으로 입사되며, 반사미러면(120)에서 다시 재반사된다. 재반사된 빛은 반도체부(130)과 모드 변동부(150)를 통과하여 하프미러면(160)을 향하며, 다시 재반사 과정을 통해 레이저광의 공진모드를 형성한다. 이와 같이 반도체부(130)에서 발진된 빛은 반사미러면(120)과 하프미러면(160) 사이에 공진되며, 하프미러면(160)에서 반사될 때마다 일부의 광은 하프미러면(160)을 통해 외부로 방출되게 된다.

도면에서 l은 발진된 빛의 물리적 공진 거리를 의미하며, l₁은 반도체부(130) 내의 길이를 의미하며, l₂는 모드 변동부(150)의 길이를 의미한다. 이때, 발진된 빛의 물리적 공진 거리(l)는 반도체부(130)의 길이(l₁)와 모드 변동부(150)의 길이(l₂)의 합으로 주어지나, 발진된 빛의 광학적 공진 거리는 모드 변동부(150)의 굴절률이 변동함에 따라 변동되게 된다. 광학적 공진 거리에 대해서는 후술하기로 한다.

공진변동부(150)의 전기광학물질층(도 3의 155)에 전압이 인가되면, 전기광학물질층(155)의 굴절률의 변화량 Δn은 하기의 수학식 1과 같은 근사값으로 주어진다.

여기서, n₀는 전기광학물질층(155)에 전압이 인가되지 않았을 때의 굴절률이며, g_eff은 소정의 계수이다. ε₀은 진공 상태의 유전율이며, ε_r은 상대 유전율으로서 진공 상태의 유전율에 대해 전기광학물질층(155)의 유전율의 비를 의미한다. 한편, E는 인가되는 전압이다.

가령, 전기광학물질층(155)이 KTN으로 형성된 경우, 굴절률의 변화량 Δn의 인자들은 하기의 표 1로 주어진다.

n₀	g_eff	ε₀	ε_r
2.3	0.2 C⁴/m²	8.86×10^-12 F/m	2×10⁴

이에 따라, 인가되는 전압 E이 300 V/mm인 경우, 굴절률의 변화량 Δn은 10^-2의 크기(order)를 갖는다. 전기광학물질층(155)이 LiNbO로 형성된 경우, 굴절률의 변화량 Δn은 10^-4 정도의 크기(order)에 달한다.

다음으로 이러한 굴절률의 변화량 Δn에 따른 공진 모드의 변동량을 설명하기로 한다. 공진 모드의 변동량을 주파수 스펙트럼에서 볼 때 Δν_m라 표시한다면, 하기의 수학식 2로 주어진다.

여기서, c는 광속이며, λ₀는 중심 발진파장이며, Δλ₀는 굴절률 변화에 따른 중심 발진파장의 변동량이며, l은 공진 거리이며, Δl은 굴절률 변화에 따른 광학적 공진 거리의 변화량이다. 상기 수학식 2는 물리적 공진 거리가 변동되지 않더라도, 광학적 공진 거리가 변동됨에 따라 공진 모드가 변동됨을 나타낸다. 광학적 공진 거리의 변화량 Δl은 하기의 수학식 3으로 주어진다.

여기서, l₂는 도 5를 참조하여 상술한 바와 같이 모드 변동부(150)의 길이를 의미한다. 상기 수학식 3은 굴절률의 변동에 따라 광학적 공진 거리가 변동됨을 나타낸다.

상기 수학식 2와 수학식 3을 고려하면, 전기광학물질층(155)에 전압이 인가됨에 따라 전기광학물질층(155)의 굴절률이 변동하고, 공진 모드가 변동됨을 알 수 있다. 이러한 공진 모드의 변동은 도 6에 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 실선으로 표시된 공진 모드는 굴절률이 변동함에 따라 점선으로 표시된 공진 모드로 변동한다.

전기광학물질층(155)에 인가되는 전압을 시간에 따라 변화시킴으로써, 공진 모드는 시간에 따라 변동하게 된다. 이러한 공진 모드의 변동은 스펙클 패턴의 변동을 야기한다. 관찰자에 의해 감지되는 스펙클은 시평균된 것이다. 짧은 시간 내에 이루어지는 스펙클 패턴의 변동은, 스펙클 패턴의 잔상을 서로 겹쳐 평준화시킴으로써 스펙클 콘트라스트를 감소시킨다. 전기광학물질층(155)의 굴절률 변동은 인가되는 전압의 주파수를 높임으로써 매우 짧은 시간내에 이루어질 수 있으므로, 본 실시예의 스펙클 저감 레이저는 스펙클을 억제 내지 제거할 수 있다.

공진 모드의 변동량 Δν_m은 공진 모드의 간격 ν_m보다 같거나 작은 것이 바람직하다. 공진 모드의 변동량 Δν_m이 공진 모드의 간격 ν_m에 근접하게 되면, 공진 모드의 변동(mode sweeping)이 공진 모드 전역에 걸쳐 이루어지는 것을 의미하므로, 그 이상의 공진 모드의 변동은 불필요하다. 여기서, 공진 모드의 간격 ν_m은 주파수 스펙트럼 상에서 하기의 수학식 4로 나타낼 수 있다.

예를 들어, 반도체부(130)의 길이(l₁)가 650 μm이고, 중심 발진파장 λ₀이 650 μm인 경우의 모드 변동부(150)의 설계조건을 살펴본다. 모드 변동부(150)의 길이(l₂)가 1 mm인 경우, 공진 모드의 간격 ν_m은 9.1×10¹⁰ Hz이므로, 공진 모드의 변동량 Δν_m은 10¹¹정도의 크기(order) 정도 가지면 충분하다. 한편, 광학적 공진 거리의 변화량 Δl이 1 μm인 경우, 공진 모드의 변동량 Δν_m은 2.8×10¹¹이 되므로, 요구되는 전기광학물질층(155)의 굴절률의 변화량 Δn은 10^-3정도의 크기(order)를 가지면 충분하다. KTN으로 전기광학물질층(155)이 형성되는 경우, 굴절률의 변화량 Δn이 10^-3정도의 크기(order)가 되기 위해서 30 V/mm의 전기장이 인가되어야 한다. 따라서, 전극간의 갭이 0.1 mm라면, 인가 전압은 3 V로 충분하다. 굴절량의 변화량이 보다 큰 LiNbO로 전기광학물질층(155)이 형성되는 경우는 더욱 작은 인가 전압으로도 충분히 공진 모드의 스위핑(sweeping)이 이루어질 수 있다. 이와 같이, 모드 공진부(150)의 길이(l₂)가 반도체부(130)의 길이(l₁)와 비슷한 크기(order)인 1 mm 정도 내지 그 이하의 크기인 경우에서도 충분히 스펙클 저감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예의 스펙클 저감 레이저의 공진 모드에 변동을 주기 위해 인가되는 전압은 수 볼트 내지 그 이하의 전압이므로, 본 실시예의 스펙클 저감 레이저는 수 볼트의 전압을 통상적으로 사용하는 통상의 전자 회로에 쉽게 적용할 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 실시예의 스펙클 저감 레이저는 통상의 VCSEL 구조의 반도체 레이저의 공진 경로상에 모드 변동부가 끼여들어간 구조이다.

보다 구체적으로 예를 들어 설명하면, 스펙클 저감 레이저는 n형 기판(210) 위에 하부 반사층(230), 광이 발진되는 활성층을 포함하는 이득매질층(240), 전류의 흐름을 제어하는 전류 제한층(250), 공진 모드에 변동을 주는 모드 변동부(260), 상부 반사층(270), 전극(281)이 순차적으로 적층되어 있으며, n형 기판(210)의 하부에는 n형 전극(282)가 마련된 수직 공동 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser; 이하, VCSEL 이라 한다)의 구조를 가지고 있다. 여기서, 하부 및 상부 반사층(230,270)은 굴절률이 높은 층과 굴절률이 낮은 층을 교대로 다수 반복 적층된 반도체 DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조를 가진다. 이득매질층(240)은 n형 클래드층과 활성층과 p형 클래드층을 포함한다. 전류 제한층(250)은 전류가 절연되는 절연 영역(251)과 전류가 흐르는 도전 영역(115a)으로 구분될 수 있다. 모드 변동부(260)를 제외하면, 통상의 VCSEL 구조와 실질적으로 동일하므로, 모드 변동부(260)를 중심으로 설명하기로 한다.

본 실시예의 모드 변동부(260)는, 전류제한층(250)과 상부 반사층(270) 사이 에 개재되는 전기광학물질층(261)과, 전류제한층(250)의 절연 영역(251)과 전기광학물질층(261) 사이에 마련된 제1 및 제2 전극(262,263)을 구비한다. 제1 및 제2 전극(262,263)은 전기광학물질층(261)의 동일면에 이격되어 배치된다. 전기광학물질층(261)이나 제1 및 제2 전극(262,263)은 통상의 반도체 제조공정을 통해 형성될 수 있으므로, 모드 변동부(260)는 일괄 공정(batch process)을 통해 다른 반도체층들과 함께 형성될 수 있다

제1 전극(261)에는 전압 V가 인가되고, 제2 전극(263)은 접지된다고 할 때, 도 8에 도시된 바와 같이 전기광학물질층(261)에는 전기장이 가해지게 된다. 전기광학물질층(261)에 가해지는 전기장은 상술한 바와 같이 전기광학물질층(261)의 굴절률의 변화를 일으키고, 이에 따라 전기광학물질층(261)의 두께에 해당되는 광 경로의 광학적 거리가 변동되게 된다. 이는 하부 반사층(230)과 상부 반사층(270) 사이의 광학적 공진 거리에 변화를 주게 되고, 상술한 제1 실시예와 마찬가지로 공진 모드의 변동을 발생하게 한다. 공진 모드의 변동에 따른 스펙클 패턴의 변동은 시평균적으로 스펙클 콘트라스트를 감소시키므로, 본 실시예의 스펙클 저감 레이저는 스펙클을 억제 또는 제거할 수 있다.

본 실시예에서 모드 변동부(260)는 전류 제한층(250)과 상부 반사층(270) 사이에 마련되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 모드 변동부는, 이득매질층(240)과 전류 제한층(250) 사이에 마련될 수도 있고, 하부 반사층(230)가 이득매질층(240) 사이에 마련될 수도 있다. 나아가, 모드 변동부는 하부 반사층(230)과 상부 반사층(270) 사이의 공진 경로상에 위치하면 된다.

상술한 실시예를 통해, 측면 발광형 레이저와 수직 공진 표면 발광형 레이저에 모드 변동부가 개재된 구성을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 활성층에서 발진되는 빛을 공진시켜 레이저광을 방출시키는 반도체 레이저에 있어서, 상기 레이저광의 공진 경로상에 전기광학물질층이 놓일 수 있다면, 본 발명이 적용가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스펙클 저감 레이저는, 공진 경로상에 배치되는 전기광학물질층에 전압을 인가하여 굴절률을 변화시킴으로써, 공진 모드를 변동시켜 스펙클을 저감할 수 있다. 나아가, 전기광학물질층을 포함하는 모드 변동부는 통상의 반도체 제조공정과 함께 제조될 수 있으므로, 본 발명에 따른 스펙클 저감 레이저는 제조비용이 저렴하고, 제조설비를 크게 바꾸지 않고 제조할 수 있다.

이러한 본원 발명인 스펙클 저감 레이저는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

활성층에서 발진되는 빛을 공진시켜 레이저광을 방출시키는 반도체 레이저에 있어서,

상기 레이저광의 공진 경로상에 놓이며 인가 전압에 따라 굴절률 변화를 일으키는 전기광학물질층을 구비하는 모드 변동부를 포함하며, 상기 전기광학물질층에 전압이 인가됨에 따라 상기 레이저광의 공진 모드가 변동되는 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제1항에 있어서,

상기 레이저광의 공진 모드의 변동폭은, 주파수 스펙트럼에서 볼 때 상기 공진 모드 사이의 간격과 같거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제1항에 있어서,

상기 활성층을 포함하는 반도체부의 측면에서 빛이 방출되는 측면발광형 구조인 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제3항에 있어서,

상기 모드 변동부는 상기 반도체부의 일측면에 마련된 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제4항에 있어서,

상기 모드 변동부가 마련된 상기 반도체부의 일측면에 대향되는 상기 반도체부의 타측면에는 반사미러면이 형성된 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제5항에 있어서,

상기 모드 변동부의 상기 반도체부를 마주보는 면에 대향되는 면에는 하프미러면이 형성되어, 상기 하프미러면을 통해 레이저광이 출력되는 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제4항에 있어서,

상기 모드 변동부의 상기 반도체부를 마주보는 면에 대향되는 면에는 반사미러면이 형성된 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제7항에 있어서,

상기 모드 변동부가 마련된 상기 반도체부의 일측면에 대향되는 상기 반도체부의 타측면에는 하프미러면이 형성되어, 상기 하프미러면을 통해 레이저광이 출력되는 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반도체부와 모드 변화부 사이에 개재된 반사방지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제4항에 있어서,

상기 전기광학물질층에 전압을 인가하는 전극은 상기 전기광학물질층의 공진 경로를 둘러싼 면 중 적어도 한 면에 마련된 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 활성층 상하부 각각에 상부 반사층과 하부 반사층이 마련된 수직 공진 표면 발광 구조인 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제11항에 있어서,

상기 모드 변동부는 상기 활성층의 상부 또는 하부에 마련된 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제12항에 있어서,

상기 모드 변동부의 전기광학물질층은 상기 활성층과 상부 반사층 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제13항에 있어서,

상기 활성층과 전기광학물질층 사이에 개재된 것으로, 절연 영역과 도전 영역을 갖는 전류제한층을 포함하며,

상기 전기광학물질층에 전압을 인가하는 전극은 상기 절연 영역과 상기 전기광학물질층 사이에 마련된 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 전기광학물질층은 KTN 또는 LiNbO로 이루어진 것을 특징으로 하는 스펙클 저감 레이저.