KR101112682B1 - 인젝션 레이저 - Google Patents

Abstract

인젝션 방사기는 의료 장치, 레이저 생산 장비 및 더블 주파수 방사를 발생하는 레이저에 사용되는 펌핑 고체 및 섬유 레이저와 증폭기에 사용되며, 또한 조명에 사용되는 백색광 에미터를 포함하는 한편 주어진 주파대에서 사용되는 고효율 범용 고체 방사원의 형태로 사용된다. 본 발명은 초출력, 고효율 및 신뢰성 있는 주입 표면-방사 레이저에 관한 것으로, 상기 레이저는 다수의 출력 빔 형태로 발광을 발생시키며 또한 그 외표면을 통하여 발광되는 신규하고 독창적이며 효율적인 방법에 의해 특징지어지는 것을 특징으로 한다.

Description

인젝션 레이저{INJECTION LASER}

본 발명은 광전자 기술, 즉 넓은 범위의 파장에서 동작하는 효율적이고, 강력하며 또한 콤팩트한 반도전 인젝션 레이저(semiconducting injection lasers)(다이오드 레이저)에 관한 것이다.

다양한 종류의 인젝션 레이저가 알려져 있다: 광학 공진기의 에지 미러를 통하여 방사 출력과 생성의 스트립형 활성영역을 갖는 인젝션 레이저-[S.S. Ou et al., Electronics Letters (1992). v.28, No.25, pp.2345-2346], 수직 공진기를 갖는 표면-방사 인젝션 레이저-[A. Krigge et al., Electronics Letters, 2001, vol.37, No.20, pp.1222-1225], 및 광학 공진기에 유출 방사를 갖는 인젝션 레이저-[Shveykin V.I., 미국 특허 제6,748,002호 B2, Jun. 8, 2004].

기술적 요지 및 해결되어야 할 기술적 과제의 관점에서 표면 방사가 이루어지는 가장 근접한 인젝션 레이저-프로토 타입이 다음 연구[Sveykin V.I., Patent RU 2109382 C1, Bup. No11, 20.04.98]에 개시되어 있다. 상기 인젝션 레이저는 기판 위에 배치된 다층 헤테로 구조를 포함한다; 상기 헤테로 구조는 활성층을 구비한다. 상기 인젝션 레이저는 또한 스트립형 생성의 활성 영역, 광학 공진기, 반사기, 오옴 접촉, 커버를 갖는 방사 출력 장치, 및 측방향 초발광 방사의 억압장치를 포함한다. 이 경우에, 적어도 2 생성 셀은 레이저 방사 생성의 적어도 하나의 바를 형성하는 스트립형 활성 영역으로 형성된다; 상기 셀은 2 반사기와 출력 방사에 대하여 투명한 영역을 갖는 부가적으로 도입된 공동의 형태로 실행된 방사 출력 장치에 의해 적어도 일측 위에 속박당하고 있다. 상기 공동은 헤테로 구조의 표면 일측에 배치되어 있다. 반사기는 공동의 경사표면 위에 배치된다. 또한, 각(Ψ)이 헤테로 구조의 표면 위에 공동 반사기 리브(rib)의 방향과 스트립형 생성 영역의 측방향 측면의 방향에 의해 형성되어 생성되며, 각(Ψ)은 다음 범위 내에서 결정된다: (π/2) - arcsin(1/n)< Ψ<(π/2) + arcsin(1/n), 여기에서, n은 출력 방사에 투명한 영역의 굴절률이다. 더욱이, 공동의 적어도 하나의 반사기 이외에 각(β)은 지적된 공동 반사기(cavity reflector)의 평면을 갖는 면과 지적된 반사기의 표면을 향하여 인출된 수직선의 교차선에 대하여 활성층의 표면 위로 가상적으로 인출된 수직선에 의해 형성되어 생성된다. 상기 각은 다음 범위 내에서 선택된다: (1/2)arcsin(1/n)< β <(π/2)-(1/2)arcsin(1/n). 헤테로 구조의 표면에 관하여 공동의 바닥은 장치의 동작중에 전파되는 증폭된 방사의 에너지 플럭스(P_IN)에 의해 결정되는 거리에 위치해 있다. 상기 에너지 플럭스는 재생 셀의 시작시에 헤테로 구조층에 수직인 헤테로 구조에서 결정되며 또한 지시된 셀에서 전체 증폭도에 의해 결정된다. 상기 증폭은 설정 펌핑 전류, 지시된 셀의 길이 및 헤테로 구조의 구성에 따라 결정된다. 또한, 에너지 플럭스(P_IN)는 전단의 생성 영역의 끝에서 증폭된 방사의 전체 에너지 플럭스 값의 0.99 - 0.001의 범위 내에서 선택된다. 지시된 셀에서 전체 증폭은 에너지 플럭스(P_IN)에 반비례하게 선택된다. 더욱이, 출력 방사를 위해 투명하며 (장치의 동작 중에) 방사 전파의 방향을 따라 영역이 위치해 있으며, 상기 방사는 공동 반사기에 의해 반사된다. 상기 영역에서 외부 출력 방사면은 출력 방사면에 대하여 적어도 일측에 인접하여 도입된다.

인젝션 레이저-프로토 타입(prototype)의 기본적인 이점은 길이가 다수배 증가하는 것으로 규정될 때 방사 출력 파워의 증가 가능성에 있다. 동시에 헤테로 구조에서 좁은 공동 형태로 실행되며 활성층의 바로 근방에 위치해 있는 방사 출력 장치의 제조에 의해 정확성과 반복성에서 기술적인 복잡성이 존재한다. 이는 출력 셀에서 방사의 큰 회절 발산을 유도하여 이에 따라 방사 출력의 광 손실의 증가와 효율의 감소가 유도될 수 있다. 이러한 사실은 동작성과 신뢰성이 필요한 자원을 안전하게 보호하는데 어려움이 발생할 수 있다. 또한, 방사 출력이 레이저 방사에 투명한 기판을 통하여만 실행될 수 있다는 점에 어떤 제한이 있다.

본 발명의 기본은 다수의 출력 빔 형태로 활성층으로부터 표면 출력의 방사가 이루어지며 또한 주지된 넓은 범위의 방사 파장에서 독창적이고 효과적이며 또한 비자명한 방법의 출력 방사에 기초하여 동작하는 새로운 형태의 막강한 인젝션 레이저(이하 “레이저(Laser)”라 함)를 창작하는 것이다.

기술적인 결과는 제안된 레이저의 길이가 이론적으로 제한이 없고(지시된 길이는 단지 사용된 반-도전 기판의 크기에 의해서만 제한됨), 레이저의 출력 면에서 방사의 밀도가 크게 감소되었고(10^-2 - 10^-3의 인수만큼), 이는 초고 파워의 레이저 방사, 고효율, 낮은 광학 손실의 방사 및 레이저 길이의 독립성, 낮은 임계 전류, 레이저 길이의 증가에 따라 감소하는 낮은 저항 손실, 높은 자원의 동작성과 높은 레이저의 신뢰성을 약정하고 있으며, 또한 출력 방사의 지향성과 발산이 넓은 범위로 제어되는 한편 레이저 제조의 기술적인 공정이 간이화된 사실에 있다.

본 발명에 따르면, 상기 지적된 기술적 결과는 제안된 인젝션 레이저가 적어도 하나의 서브층으로 이루어지는 적어도 하나의 활성층을 포함하는 레이저 헤테로 구조를 포함하는 사실을 통하여 달성된다. 상기 레이저는 또한 에지 면, 길이방향 증폭 축, 광학 공진기, 및 적어도 하나의 서브층으로 이루어지는 금속화 층을 포함한다. 이 경우에, 적어도 하나의 일열이 헤테로 구조에서 상기 길이방향 증폭 축의 방향을 따라 배치된다. 상기 일열은 교대로 배치되는 적어도 하나의 서브영역으로 이루어지는 증폭 영역과 적어도 하나의 서브영역으로 이루어지는 출력 영역으로 구성된다. 상기 레이저 헤테로 구조의 층과 함께 상기 출력 영역에서 적어도 하나의 서브층으로 이루어지며 상기 증폭 영역의 위로 상승하는 방사 누설을 위한 반도전층이 구비되어 있다. 상기 모든 출력 영역이 상기 증폭 영역의 외표면에 대하여 대응하며, 어떤 선형 경사각(α₁ 및 α₂)으로 배치된 출력 면에 의해 상기 길이방향 증폭 축의 방향으로 반대측면 위로 제한되며, 상기 누설층을 구비한 상기 헤테로 구조의 유효 굴절률(n_eff)에 대한 상기 누설층의 굴절률(n_IN)의 비가 1보다 더 큰 수로 설정된다.

제안된 레이저의 중요한 차이점은 우선 길이방향 증폭 축을 따라 광학 도파관에서 전파하는 레이저 방사의 독창적이며 또한 비자명한 출력이 방사 출력 영역의 도움으로 레이저의 외표면을 통하여 이루어지며, 상기 출력 영역은 레이저 헤테로 구조 내부에 분산하여 분배되며 독창적인 조성 구조 및 크기를 갖는다. 또한, 출력 영역과 출력 면의 조성, 구조 및 크기는 방사 출력이 누설 방사의 형태로 실현되도록 한다.

제안된 레이저는 길이의 증가에 따라 증가하는 고효율인 것을 특징으로 하며, 현대의 인젝션 레이저와 대조하여 출력 면에서 레이저 방사의 상당히 낮은 밀도(10^-1 - 10^-3의 인자만큼), 레이저 방사의 제어된 지향성과 발산, 낮은 광학 손실, 감소된 임계 전류 밀도 및 감소된 오옴 및 열 저항인 것을 특징으로 한다. 이러한 사실은 레이저 방사의 초고 파워값에 의해 레이저 동작의 높은 신뢰성을 보장할 수 있으며 레이저 제조의 기술적인 공정을 크게 단순화 하는 것을 가능하게 한다.

기술적 결과는 또한 양 에지 면 위에 1에 근접한 반사계수를 갖는 상기 광학 공진기의 반사기가 구비되는 사실을 통하여 달성된다. 이러한 사실을 통하여 특히 임계 전류 밀도의 감소가 달성된다.

기술적 결과는 또한 방사 출력의 측면 위에 상기 증폭 영역의 상기 헤테로 구조에, 부분적인 방사 제한이 지시된 측면의 상기 증폭 영역에서 실현되도록 그러한 조성과 두께로 이루어진 층을 가지는 사실을 통하여 달성된다. 상기 헤테로 구조의 표면 위의 상기 측면 위에 고 방사 반사계수를 갖는 금속화 서브층이 위치된다. 이러한 사실을 통하여 특히 방사 파워의 증가와 제조기술의 간이화가 달성된다.

기술적 결과는 또한 대응하는 금속화 층이 상기 누설층의 외표면 위의 출력 영역에 위치되는 사실을 통하여 달성된다. 결국 효율이 특히 증가하며 또한 레이저 임계 전류는 밀도의 감소된다.

기술적 결과는 또한 반사기가 상기 에지 면 중 하나 위에 위치되는 사실을 통하여 달성된다. 상기 반사기의 크기는 반사기로 향하는 모든 레이저 빔을 반사할 수 있다. 결국 축소된 발산 각을 갖는 레이저 방사의 단방향성이 얻어진다.

기술적 결과는 또한 방사 출력의 반대 측면 위에 상기 증폭 영역의 상기 헤테로 구조에, 부분적인 방사 제한이 지시된 측면의 상기 증폭 영역에서 실현되도록 그러한 조성과 두께로 이루어진 층을 가지는 사실을 통하여 달성된다. 또한 상기 헤테로 구조의 표면 위의 상기 측면 위에 고 방사 반사계수를 갖는 금속화 서브층이 위치된다. 이러한 사실을 통하여 특히 레이저 효율의 증가와 제조 기술의 간이화가 달성된다.

기술적 결과는 또한 적어도 2 스트립형 증폭 서브영역이 각 증폭 영역에 형성되는 사실을 통하여 달성된다. 상기 스트립형 증폭 서브영역은 상기 길이방향 증폭 축의 방향을 따라 위치되며, 또한 상기 2 스트립형 증폭 서브영역 사이의 공간은 물질로 채워지되 그 굴절률은 상기 증폭 서브영역에서 상기 헤테로 구조의 유효 굴절률 보다 더 작다. 특히, 이러한 사실은 고 파워의 단일 모드 레이저 방사를 얻을 수 있게 한다.

기술적 결과는 또한 밑에 제안된 레이저 출력 영역의 다른 실행 버전에 의해 달성된다.

출력 면의 선형 경사각(α₁ 및 α₂)은 절대값(π/2)이 서로 동일하다. 상기 출력 영역에 위치된 상기 누설층의 두께는 각(φ)이 n_eff/n_IN의 아크 코사인으로 결정되는 경우 상기 활성층으로부터 상기 누설층으로 방사 누설 각(φ)의 탄젠트만큼 증배된 출력 영역의 길이 못지않게 설정된다. 이러한 사실을 통하여 레이저 빔의 대응하는 지향성과 각 발산이 달성된다.

레이저 빔의 대응하는 지향성은 또한 출력 면의 선형 경사각(α₁ 및 α₂)은 절대값이 서로 동일하며 또한 (π/2)+(φ), (π/4)+(φ/2), (3π/4)-(φ/2)로 동일하게 설정된다.

기술적인 결과는 또한 자발적인 확장 오옴 접촉(금속화 층)이 다수의 방사 출력 영역 및 다수의 증폭 영역 위에 형성된다는 사실을 통하여 달성된다. 이는 특히 증폭 영역과 출력 영역의 크기를 최적화하며 레이저 방사의 효율과 파워를 증가시킬 수 있게 한다.

기술적인 결과는 또한 전체 길이를 따라 모든 출력 영역의 중간에 스트립형 의 증폭 영역이 형성되어 있다는 사실을 통하여 달성된다. 상기 스트립 증폭 영역은 대응하는 금속화 층을 갖는 증폭 영역과 전체적으로 동일하되, 그 폭은 출력 영역의 폭 보다 더 작지 않게 설정된다. 이러한 사실은 특히 레이저 임계 전류의 감소와 방사 파워의 증가를 유도한다.

기술적인 결과는 또한 레이저가 적어도 이열의 교대로 배치되는 적어도 하나의 서브영역으로 이루어지는 적어도 하나의 방사 증폭 영역과 적어도 하나의 서브영역으로 이루어지는 적어도 하나의 방사 출력 영역을 포함하며, 방사 증폭 영역과 방사 출력 영역이 전류에 의해 병렬로 접속되어 있는 사실을 통하여 달성된다. 이를 통하여 레이저 방사 파워의 증가가 병렬 접속된 상기한 다수 열 만큼 다수 회 달성된다.

기술적인 결과는 또한 레이저가 전류에 의해 직렬 접속된 상기 지시된 적어도 이열을 포함한다는 사실을 통하여 달성된다. 결국, 동일한 전류인 경우 레이저 방사 파워의 증가가 달성된다. 상기 방사 파워는 (레이저에 인가된 대응하는 전압의 증가로 인하여) 직렬 접속된 상기한 다수 연 만큼 다수 회 증가된다.

본 발명의 본질은 특히 다수의 빔 형태로 활성층으로부터 표면 출력이 방사되는 새로운 형태의 레이저의 완전한 실행의 창작에 있다. 상기 레이저는 유출 방사의 성질을 이용하여 유출방사의 제안된 독창적이고 효과적이며 또한 비자명한 방법에 기반을 두고 있다. 독창적이고 효과적인 방사 출력 영역이 활성 영역으로 도입되어 에미터의 길이를 따라 분산 분포되어 있다(길이는 이론적으로 제한되지 않음). 상기 출력 영역은 높은 동작 신뢰성을 갖는 초고 방사 파워뿐 아니라 방사 광 손실의 감소 및 레이저 길이에 대한 독립성, 효율의 증가, 출력 면 위에 방사 밀도의 매우 큰 감소((10^-1 - 10^-3의 인수만큼), 레이저 방사의 통제된 지향성과 발산, 오옴 및 열 저항의 감소 및 레이저 제조의 기술 공정의 매우 큰 간이화를 보장한다.

본 발명은 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명된다.

도 1은 출력 면이 증폭 영역의 외표면에 수직이며 일열의 교대로 배치되는 두개의 증폭 영역과 세개의 방사 출력 영역을 갖는 제안된 다중 빔 레이저의 길이방향 단면도를 개략적으로 나타낸다.

도 2는 도 1에 레이저의 길이방향 단면이 도시된 것으로 제안된 레이저의 평면도를 개략적으로 나타낸다.

도 3은 도 1에 레이저의 길이방향 단면이 도시된 것으로 레이저의 증폭 영역에서 단면도를 개략적으로 나타낸다.

도 4는 두개의 증폭 영역이 세개의 평행하게 배치된 증폭 영역으로 분할되어 있으며, 또한 제안된 레이저의 방사 출력의 측면 위에서 본 평면도를 개략적으로 나타낸다.

도 5는 세개의 부가적인 좁은 증폭 영역이 레이저의 전체 길이를 따라 증폭 영역을 연결하도록 도입되어 있는 제안된 레이저의 방사 출력의 측면 위에서 본 평면도를 개략적으로 나타낸다.

도 6은 기판이 제거되고 방사 출력 측면의 반대 측면 상에 열-제거판을 갖는 금속화 층이 헤테로 구조에 직접 연결되어 있는 제안된 레이저의 길이방향 단면도를 개략적으로 나타낸다.

도 7은 도 6에서 레이저의 길이방향 단면이 도시된 것으로 제안된 레이저의 평면도를 개략적으로 나타낸다.

도 8은 도 6에서 레이저의 길이방향 단면이 도시된 것으로 증폭 영역과 출력 영역에 대하여 이중 레벨 금속화 층이 형성된 레이저의 증폭 영역에서의 단면도를 개략적으로 나타낸다.

도 9 내지 도 11은 그 출력 면이 경사져 있으며 또한 증폭 영역의 외면과 선형 경사각(α₁ 및 α₂)을 형성하는 제안된 레이저의 길이방향 단면(금속화 층 없이)을 개략적으로 나타낸다:

도 9에서 각은 ((π/2)+(φ))과 동일하고,

도 10에서 각은 ((π/4)+(φ/2))과 동일하며, 또한

도 11에서 각은 ((3π/4)-(φ/2))과 동일하다.

이하에서 본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 구체적인 실시예를 통하여 설명된다. 레이저의 변형에 대한 제시된 예는 독특하지 않으며, 또한 그것의 특징은 청구범위의 다수의 특징에 반영되는 어떤 범위의 파장을 포함하는 다른 구현의 존재를 가정한다.

제안된 레이저(1)(도 1 내지 도 3 참조)는 n-형 GaAs의 기판(2) 위에 레이저 헤테로 구조를 포함한다. 상기 헤테로 구조는 InAlGaAs 화합물에 기반을 두고 InGaAs로 이루어진 활성층(active layer)(3), 도파관층(4,5) 및 방사 출력의 측면 및 그것에 대향하는 측면에 대응하여 AlGaS로 이루어진 제한층(6,7)을 구비하고 있 다. 레이저 방사의 파장은 0.98 ㎛와 동일하게 결정된다. 레이저(1)의 기능 바는 스트립으로 이루어지며 교대로 배치되는 증폭 영역(8)과 출력 영역(9)으로 구성되어 있다. 상기 교대는 길이방향 광축(optical axis)을 따라 진행한다. 증폭 영역(8)과 출력 영역(9)의 폭은 동일하며 100 ㎛로 설정된다. 증폭 영역(8)과 출력 영역(9)의 측면은 ZnSe로 이루어진 측면 제한 영역(10)에 의해 제한된다. 에지면(11) 위에는 반사계수 99%인 Fabry-Perot 광학 공진기의 막 반사기(12)가 형성되었다. 방사 출력의 측면 위에 증폭 영역(8)에서 제한층(6)의 두께와 조성은 헤테로 구조에서 부분적인 방사 제한이 실현되는 방식으로 결정된다. 증폭 영역(8)의 외표면에는 98%에 달하는 방사 반사계수를 갖는 은으로 이루어진 금속화 층(13)이 부착되어 있다. 출력 영역(9)은 GaAs로 이루어지는 부가적인 반-도통 누설층(14)을 포함하며, 그것의 독특한 특징은 굴절률(n_IN)이 그에 포함된 누설층(14)과 레이저 헤테로 구조의 유효 굴절률(n_eff)을 초과한다는 사실에 있다. 모든 증폭 영역(8)의 전류 접속은 금속화 층(13)이 증폭 영역(8)의 외표면 뿐 아니라 측면 제한 영역(10)(증폭 영역(8)의 확장 콘택)으로 확장에 의해 실현된다. 대응하는 금속화 층(15)이 또한 기판(2)에 적용된다. 길이방향 증폭 축을 따라 출력 영역(9)을 제한하는 출력 면(16)이 출력 영역(9)의 외표면에 수직으로 형성되어 있으며 또한 각(α₁)은 각(α₂)과 절대값이 서로 동일하며, 90°로 동일하게 설정되어 있다. 이 경우에, 증폭 영역(8)의 외표면 위로 상승하는 출력 영역(9)은 직사각 평행육면체의 형태를 갖는다. 레이저(1)의 길이는 20010 ㎛와 동등하게 결정된다. 증폭 영역(8) 과 출력 영역(9)의 길이는 각각 90 ㎛ and 10 ㎛로 결정된다. 또한, 기능 바를 형성하는 증폭 영역(8)과 출력 영역(9)의 수는 각각 200개 및 201개로 결정된다. 레이저(1)의 출력 방사는 400개의 빔으로 이루어지고, 그것의 1/2은 길이방향 증폭 축을 따라 일방향으로 향하고 나머지는 반대방향으로 향한다. 레이저(1)의 이러한 변형을 위해 헤테로 구조 층과 누설층(14)의 조성과 두께 값의 적절한 선택을 통하여 유출각(outflow angle)(φ)은 10°로 설정되었다. 또한, 출력 빔의 굴절각(β)은 30°로 얻어졌다. 방사 출력 영역(9)의 선택된 두께(6.0㎛)는 대략 유출각(φ)의 탄젠트(tangents)에 출력 영역(9)의 길이를 곱한 것의 3배와 동등하게 된다. 이 경우에, 출력 면(16) 상에 빔의 삼중 반복 입사에 의해 출력 방사의 계산된 부분은 98%에 이른다. 모든 빔의 회절 발산은 약 9°이다. 출력 방사의 계산된 파워(P_EM)는 200W(매 출력 빔마다 0.5W씩)이다. 출력 면(16)에서 평균 방사밀도는 전체로 125 kW/cm²에 이른다. 미분 효율(differential efficiency)(η_H)은 85%에 이른다. 효율 인자(출력 면으로부터의 효율 계수)는 80%이다.

레이저(1)의 다음 변형예는 일 에지면(11)의 측면에 에지면을 향한 모든 레이저 빔을 반사시킬 수 있는 크기로 도입된 반사기(도면에 도시되지 않음)가 연결되어 있다는 점에서 상기한 실시예와 차이가 있다. 또한, 낮은 발산이 이루어지는 전체 레이저 방사는 길이방향 증폭 축에 대하여 30°로 굴절된 각(β)으로 반대편 에지의 측면에 일방향 방사(unidirectional emission)가 이루어진다.

레이저(1)의 다음 변형예는 레이저(1)가 대응하는 확장된 크기의 영역을 가 지며 또한 2개의 동일한 증폭 영역 사이에 위치한 단지 하나의 출력 영역(9)을 포함하고 있다는 점에서 상기한 도 1 내지 도 3에 도시된 변형예와 차이가 있다.

레이저(1)의 다음 변형예(도 4 참조)는 각 증폭 영역(8)이 각각 10㎛ 폭을 갖는 10개(도 4에는 3개)의 병렬 스트립 증폭 서브영역(17)으로 구성되어 있고, 적당한 최적 깊이까지 분사된 유전체(ZnSe)로 채워지며 또한 각각 5㎛ 폭을 가지는 측면 제한 영역(10) 사이에 배치되어 있다는 점에서 도 1 내지 도 3에 도시된 변형예와 차이가 있다. 스트립형 서브영역(17)과 측면 제한 영역(10)의 상부에 금속화 층(13)이 적용된다(도 4에 도시되지 않음).

레이저(1)의 다음 변형예(도 5 참조)는 전체 길이를 따라 모든 출력 영역(9)의 중간에 스트립 형태의 부가적인 증폭 영역(18)이 20010 ㎛의 레이저(1)의 전체 길이를 따라 증폭 영역(8)을 전류로 연결하는 대응하는 금속화 층(13)(증폭 영역(8 및 18)과 출력 영역(9) 위에 도 5에는 도시되지 않음)과 함께 형성되어 있다는 점에서 도 1 내지 도 3에 도시된 레이저(1)의 변형예와 차이가 있다. 이에 따라 부가적으로 도입된 증폭 영역의 폭은 4㎛로 설정된다.

제안된 레이저(1)(도 6 내지 도 8 참조)는 방사 출력의 측면에 대한 반대 측면에 기판(2)이 제거되고 헤테로 구조에서 부분적인 방사 제한이 실현되는 방식으로 제한층(6,7)의 두께와 조성이 선택된다는 점에서 도 1 내지 도 3에 도시된 레이저(1)의 변형예와 차이가 있다. 또한 제한층(6,7)의 외표면에 대하여 은(Ag) 서브층(sublayer)을 포함하는 대응하는 금속화 층(13,19)이 연결되어 있다. 상기 금속화 층(13,19)은 98%의 방사 반사계수를 갖는 은으로 이루어진 층을 포함한다. 방사 출력 측의 반대 측면에는 레이저(1)가 CuW로 이루어진 도전판(20)에 연결되며, 상기 도전판(20)은 구리(Cu) 열제거판(도면에 도시되지 않음) 위에 위치되어 있다. 더욱이 대응하는 금속화 층(21)이 출력 영역(9)의 누설층(14)에 연결되어 있다.

모든 출력 영역(9)의 전류 연결이 금속화 층(21)을 (누설층(14)의 레벨까지) 레이저(1)의 측면 중 하나(출력 영역(9)의 확장된 자발적인 콘택)로 확장을 통하여 실현된다.

레이저(1)의 다음 변형예는 상기한 금속화 층(13,19)이 도파관(4,5)에 직접 연결되어 있다는 점에서 상기한 예와 차이가 있다.

제안된 레이저(1)(도 9 참조)는 길이방향 증폭 축을 따라 출력 영역(9)을 제한하는 출력 면(16)이 증폭 영역(8)의 외표면에 경사지게 설정되며, 또한 각(α₁)이 절대값에서 각(α₂)과 서로 동일하되 100°로 동일하게 설정되어 있는 점에서 상기한 도 1 내지 도 3에 도시된 레이저(1)의 변형예와 차이가 있다. 이 경우에, 출력 영역(9)은 길이방향 단면으로 사다리꼴 형상을 이룬다. 변형을 위해 방사되는 모든 출력 빔은 경사 출력 면(12)에 직각으로 되고 레이저(1)로부터 직접 방사된다. 레이저(1)의 효율 증가를 위해 반사방지 광학 코팅(도면에 도시되지 않음)이 출력 영역(9)의 출력 면(16) 위에 이루어진다. 출력 영역(9)에서 누설층(14)의 두께는 2.0㎛로 설정된다. 이 변형예에서 모든 레이저 빔은 경사면(16)에 대하여 직각으로 이루어지고 레이저(1)로부터 직선으로 방출된다.

다음 변형예는 99%의 반사계수를 갖는 광학 코팅(도면에 도시되지 않음)이 출력 면(16)에 적용되어 출력 방사가 선택된 (둘 중의 하나) 방향으로 향하게 된다는 점에서 상기한 예와 차이가 있다.

레이저(1)의 다음 변형예(도 10 참조)는 출력 면(16)이 경사 형태로 이루어져 있으며 또한 각(α₁)이 절대값으로 각(α₂)과 서로 동일하되, 50°로 설정되어 있는 점에서 상기한 도 9에 도시된 레이저(1)의 변형예와 차이가 있다. 이 경우에, 출력 영역(9)은 길이방향 단면으로 반전된 사다리꼴 형상을 이룬다. 출력 영역(9)의 두께는 2.2㎛로 설정된다. 이러한 변형에서 출력 방사가 경사 출력 면(16)으로부터 완전한 내부 반사가 이루어져서, 방사 방향이 변경되며, 또한 그들에 대한 직접 입사에 의해 누설층(14)의 외표면 에지를 따라 방사된다.

레이저(1)의 다음 변형예(도 11 참조)는 출력 면(16)이 경사져 있으며 또한 각(α₁)이 절대값으로 각(α₂)과 서로 동일하되, 140°로 설정되어 있는 점에서 상기한 예와 차이가 있다. 이 경우에, 출력 영역(9)은 길이방향 단면으로 사다리꼴 형상을 이루며 출력 영역(9)의 두께는 1.7㎛로 설정된다. 이러한 변형예에서 출력 누설 방사가 경사 출력 면(16)으로부터 완전한 내부 반사가 이루어져서, 방향이 변경되며, 또한 그들에 대한 직접 입사에 의해 방사에 투명한 기판(2)을 통하여 방사된다. 반사 방지 광학 코팅이 방사 출력의 위치에 기판 위에 적용된다.

인젝션 레이저는 의료 장치에서 펌핑 고체 및 섬유 레이저와 증폭기, 레이저 기술 장치, 더블 주파수로 방사가 이루어지는 레이저에 사용되며, 또한 백색광 발 광의 에미터를 포함하여 어떤 범위의 파장에서 넓은 애플리케이션의 고효율 강력한 고체 방사원으로 사용된다.

Claims (11)

1. 적어도 하나의 서브층으로 이루어지는 적어도 활성층, 에지 면, 길이방향 증폭 축, 광학 공진기, 및 적어도 하나의 서브층으로 이루어지는 금속화 층을 포함하는 레이저 헤테로 구조를 포함하고, 상기 길이방향 증폭 축의 방향의 헤테로 구조에서 적어도 일열이 배치되고, 상기 일열이 교대로 배치되는 적어도 하나의 서브영역으로 이루어지는 증폭 영역과 적어도 하나의 서브영역으로 이루어지는 출력 영역으로 구성되고, 상기 레이저 헤테로 구조의 층과 함께 상기 출력 영역에서 적어도 하나의 서브층으로 이루어지고, 상기 증폭 영역의 위로 상승하는 방사 누설을 위한 반도전층(누설층)이 구비되고, 상기 출력 영역이 상기 증폭 영역의 외표면에 대하여 대응하고, 어떤 선형 경사각(α₁ 및 α₂)으로 배치된 출력 면에 의해 상기 길이방향 증폭 축의 방향으로 반대측면 위로 제한되며, 또한 상기 누설층을 구비한 상기 헤테로 구조의 유효 굴절률(n_eff)에 대한 상기 누설층의 굴절률(n_IN)의 비가 1보다 더 큰 수로 설정되는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
2. 제1항에 있어서, 양 에지 면 위에 상기 광학 공진기의 반사기가 구비되는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
3. 제1항에 있어서, 방사 출력의 측면 위에 상기 증폭 영역의 상기 헤테로 구조 에, 부분적인 방사 제한이 지시된 측면의 상기 증폭 영역에서 실현되도록 그러한 조성과 두께로 이루어진 층을 가지며, 또한 상기 헤테로 구조의 표면 위의 상기 측면 위에 고 방사 반사계수를 갖는 금속화 서브층이 위치되는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
4. 제1항에 있어서, 대응하는 금속화 층이 상기 누설층의 외표면 위의 출력 영역에 위치되는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
5. 제1항에 있어서, 반사기가 상기 에지 면 중 하나 위에 위치되며 또한 상기 반사기의 크기는 반사기로 향하는 모든 레이저 빔을 반사할 수 있는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
6. 제1항에 있어서, 방사 출력의 반대 측면 위에 상기 증폭 영역의 상기 헤테로 구조에, 부분적인 방사 제한이 지시된 측면의 상기 증폭 영역에서 실현되도록 그러한 조성과 두께로 이루어진 층을 가지며, 또한 상기 헤테로 구조의 표면 위의 상기 측면 위에 고 방사 반사계수를 갖는 금속화 서브층이 위치되는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
7. 제1항에 있어서, 상기 증폭 영역은 상기 길이방향 광축의 방향을 따라 위치되는 적어도 2 스트립형 증폭 서브영역으로 구성되며, 또한 상기 2 스트립형 증폭 서브-영역 사이의 공간은 대응하는 물질로 채워지되, 그 굴절률은 상기 증폭 서브영역에서 상기 헤테로 구조의 유효 굴절률 보다 더 작은 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
8. 제1항에 있어서, 선형 경사각(α₁ 및 α₂)은 절대값이 서로 동일하며 또한 π/2로 동일하게 설정되며, 또한 상기 출력 영역에 위치된 상기 누설층의 두께는 각(φ)이 n_eff/n_IN의 아크 코사인으로 결정되는 경우 상기 활성층으로부터 상기 누설층으로 방사 누설 각(φ)의 탄젠트만큼 증배된 출력 영역의 길이를 초과하는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
9. 제1항에 있어서, 상기 선형 경사각(α₁ 및 α₂)은 절대값이 서로 동일하며 또한 (π/2)+(φ)로 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
10. 제1항에 있어서, 상기 선형 경사각(α₁ 및 α₂)은 절대값이 서로 동일하며 또한 (π/4)+(φ/2)로 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.
11. 제1항에 있어서, 상기 선형 경사각(α₁ 및 α₂)은 절대값이 서로 동일하며 또한 (3π/4)-(φ/2)로 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는 인젝션 레이저.

Images