KR101745899B1 - 극고품위 값을 가지는 한 방향 발진 마이크로 디스크 및 이를 이용하는 레이저 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한 방향 발진 특성을 가지면서도 극고품위 값을 갖는 마이크로 디스크 레이저에 관한 것으로, 네 개의 곡면으로 이루어져 전반사에 의해 형성되는 휘스퍼링 갤러리 모드 형태의 공진 모드가 한쪽 방향으로 발진하도록 하는 마이크로 디스크 레이저에 관한 것이다.

Description

극고품위 값을 가지는 한 방향 발진 마이크로 디스크 및 이를 이용하는 레이저{Ultrahigh Quality Factor Micro disk having unidirectional emission and laser using the same}
본 발명은 한 방향 발진 특성 및 극고품위 값을 가지는 마이크로 디스크 및 이를 이용하는 레이저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4개의 곡면으로 이루어진 구조에 의해 극고품위 값을 가지면서 동시에 단일방향 발진이 가능한 마이크로 디스크 및 이를 이용하는 레이저에 관한 것이다.
최근 광기술에서 극고품위값 공진기를 이용하여 바이오 분자, 나노 입자, 중수소 비율 등을 측정할 수 있는 고정밀 센서를 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이때의 광원은 원형의 공진기를 이용하여 외부에서 빛을 입사시켜 원형의 공진기 내부에 형성되는 휘스퍼링 갤러리 모드(Whispering Gallery Mode)를 만들고 원형의 공진기 표면에 바이오 물질 혹은 나노 입자가 붙으면 공명 모드의 파장에 변이가 생기는데, 이 변이를 측정하여 바이오 분자 혹은 나노 입자를 검출하는 기술들이 개발되고 있다. 이때 바이오 분자 혹은 나노 입자의 붙음에 의해 만들어지는 아주 작은 파장의 변이를 측정하기 위해서는 품위값(Q-factor)이 극도로 커야 한다. 이런 극고품위값 공진기는 원형의 공진기에 의해서만 구현되기 때문에, 원형의 공진기를 이용하여 이를 측정이 가능한 센서를 개발하고 있다.
그러나 원형의 공진기는 빛이 모든 방향으로 나오고 외부에서 빛을 입사시켜야 하기 때문에 광섬유를 공진기 가까이 붙여 광섬유를 통해 전달된 빛이 공진기에 잘 입사되도록 결합시켜야 한다. 그런데 이런 과정에서 광섬유의 위치가 조금만 달라도 공진기의 품위 값이 나빠지거나, 아니면 광섬유와 공진기의 결합이 잘 이루어지지 않는 문제점이 발생한다. 또한 이런 구조에서는 외부의 조그만 진동에도 광섬유가 흔들리면 측정이 제대로 이루어지지 않는다. 그러므로 원형의 공진기를 이용한 센서는 이런 문제점들로 인하여 상용화시키는데 커다란 문제점을 가지고 있다.
이런 문제를 해결할 수 있는 공진기가 단일 방향으로 발진하는 마이크로 디스크 레이저이다. 지금까지 연구된 단일 방향 발진 마이크로 디스크 레이저로서, 나선구조, 둥글린 삼각형 구조, Limaㅷon 구조, 흠있는 타원구조, 반원과 반타원이 결합한 구조 등이 제시된 바 있다.
하지만 지금까지 개발된 단일 방향 발진 마이크로 디스크 레이저는 단일방향의 발진은 좋지만 품위값이 떨어져 상용화에는 아직 해결해야 될 과제가 많이 존재한다. 원형 공진기의 경우 품위값은 109에 이르나 단일방향 발진이 가능한 이와 같은 공진기는 품위값이 106을 넘지 못하고 있다. 단일 방향으로 발진하는 극고품위값 마이크로 디스크 공진기를 만들면 품위값도 만족시키면서 단일 방향으로 발진하기 때문에 이상적인 센서로 개발할 수 있다.
본 발명의 일 목적은 4개의 원호로 인해 품위값이 극히 높고 레이저 광이 방향성을 가지고 발진하도록 하는 한 방향 발진 특성을 가지는 마이크로 디스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 마이크로 디스크를 이용하는 마이크로 디스크 레이저를 제공하는 것이다.
상기한 일 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 디스크의 구성이 제공된다. 이러한 마이크로 디스크는 전반사에 의해 형성되는 휘스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode) 형태의 공진으로 발진하도록 하며, 제1반지름(R1)을 가지는 제1 곡면과 상기 제1 곡면의 양 끝과 접하는 제3 곡면 및 제4 곡면, 및 제1 반지름(R1) 보다 큰 제2 반지름(R2)을 가지고, 상기 제3 곡면 및 제4 곡면과 접하는 제2 곡면을 가진다.
일 실시예에 있어서, 상기 마이크로 디스크 레이저는 단일 방향으로 발진할 수 있다.
또한, 제3 곡면의 반지름은 제3 반지름(R3), 제4 곡면의 반지름을 제4 반지름(R4)라고 할 때에, 상기 제3 반지름 및 상기 제4 반지름은 상기 제1 반지름보다 작을 수 있다.
이러한 제1, 제2, 제3 및 제4 곡면은 원호 또는 타원의 일부로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제4 반지름(R4) 및 제3반지름(R3)은 제1 반지름(R1)의 1 - 10-7배 이하로 제작될 수 있으며, 또한, 상기 제4 반지름(R4) 및 제3반지름(R3)은 상기 제1 반지름(R1)의 99.99999%에서 5%까지의 크기를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 반지름(R2)은 상기 제1 반지름(R1)의 1 + 10-7배 이상으로 형성될 수 있으며, 또한, 제2 반지름(R2) 은 무한대이어서, 상기 제2 곡면이 직선으로 형성될 수 있다.
상기 제1 곡면과 제3 및 제4 곡면이 만나는 부분, 상기 제3 및 제4 곡면과 제2 곡면이 만나는 부분은 접선으로 만날 수 있다.
또한, 상기 제1 곡면과 제3 및 제4 곡면이 만나는 부분, 상기 제3 및 제4 곡면과 제2 곡면이 만나는 부분의 미분값의 차이는 10% 이내로 제작될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 곡면과 제3 및 제4 곡면이 만나는 부분, 상기 제3 및 제4 곡면과 제2 곡면이 만나는 부분의 미분값의 차이는 0% 초과 95% 미만일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 곡면의 반지름은 제3 반지름(R3), 제4 곡면의 반지름을 제4 반지름(R4)라고 할 때에, 상기 제3 반지름(R3) 및 제4 반지름(R4)이 같을 수 있다.
상기한 일 목적을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 디스크 레이저의 구성이 제공된다. 마이크로 디스크 레이저는 전원부, 제1반지름(R1)을 가지는 제1 곡면과 상기 제1 곡면의 양 끝과 접하는 제3 곡면 및 제4 곡면, 및 제1 반지름(R1) 보다 큰 제2 반지름(R2)을 가지고, 상기 제3 곡면 및 제4 곡면과 접하는 제2 곡면을 가지는 마이크로 디스크 및 상기 전원부의 전원을 상기 마이크로 디스크에 공급하는 전극을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 휘스퍼링 갤러리(whispering gallery) 모드를 발진시키기 위해 상기 마이크로 디스크의 가장자리를 따라 전원을 공급할 수 있다.
상기한 일 목적을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 디스크 레이저의 구성이 제공된다. 마이크로 디스크 레이저는 제1반지름(R1)을 가지는 제1 곡면, 상기 제1 곡면의 양 끝과 접하는 제3 곡면 및 제4 곡면 및 상기 제1 반지름(R1) 보다 큰 제2 반지름(R2)을 가지고 상기 제3 곡면 및 제4 곡면과 접하는 제2 곡면을 가지는 마이크로 디스크 및 광을 상기 마이크로 디스크에 공급하여 상기 마이크로 디스크를 여기(EXCITING)시키는 광공급부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 광공급부는 휘스퍼링 갤러리(whispering gallery) 모드를 발진시키기 위해 상기 마이크로 디스크의 가장자리를 따라 광을 공급하여 상기 마이크로 디스크를 여기(EXCITING)시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 마이크로 디스크 및 이를 이용하는 레이저에 따르면, 마이크로 디스크는 각각 다른 반지름을 가진 4개의 원호로 이루어져 있어, 경계면에 평행한 레이저 광의 입사각이 임계각보다 커서 전반사가 발생되어 품위값이 극히 높고, 4개의 원호로 이루어진 마이크로 디스크의 구조로 인해 레이저 광이 방향성을 가지고 발진하도록 하여, 단일 방향 발진 특성을 가진다. 따라서 극고품위 값을 가지면서 동시에 단일 방향으로 발진하는 마이크로 디스크 레이저를 구현할 수 있으며, 이로 인해 민감성과 안정성을 만족시키는 고품질의 마이크로 디스크 레이저를 활용한 센서를 구현할 수 있게 된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 프로토 타입인 단일방향 발진 마이크로 디스크 레이저에 관련된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 디스크의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 디스크 레이저의 발진 방향성을 광선 추적법을 이용해 분석한 분석 도면이다.
도 4a 및 4b는 본 실시예에 따른 마이크로 디스크의 발진 방향성을 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 디스크의 품위값을 나타나내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 실험용 마이크로 디스크의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도7c는 도 6의 실험용 마이크로 디스크의 각도에 따른 빛의 방향성을 나타내는 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 마이크로 디스크
10, 110: 제1 곡면
20, 120: 제2 곡면
30, 130: 제3 곡면
40, 140: 제4 곡면
이하에서는, 도면 및 구체적인 실시예들을 통해서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 하기에 제시된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 프로토 타입인 단일방향 발진 마이크로 디스크 레이저에 관련된 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 반원과 반 타원이 결합된 구조의 공진기가 도시된다. 도 1a은 반원과 반타원이 결합된 레이저의 구조이고 도 1b는 이 공진기 내부에서 형성된 공명모드가 공진기에서 빠져 나올 때 빛의 방향성을 보인 것이다. 이 도면에서처럼 이 모양의 레이저에서는 빛의 방향성이 한 방향으로 잘 나오는 것을 볼 수 있다.
하지만, 이러한 프로토 타입을 포함하여 현재까지 개발된 단일 방향 발진 마이크로 디스크 레이저는 단일방향의 발진에 대한 문제는 해결하였으나, 품위값이 떨어져 상용화에는 걸림돌이 되고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 디스크의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 디스크(100)는 제1 반지름(R1)을 가지는 제1 곡면(10)을 가지고, 상기 제1 곡면(10)으로 형성되는 원의 중심원 내부에 상기 제1 반지름(R1)보다 반지름이 작은 제3 곡면(30) 및 제4 곡면(40)이 접선으로 연결되어 있고 상기 제1 반지름(R1) 보다 큰 제2 반지름(R2)을 가지는 제2 곡면(20)이 상기 제3 곡면(30) 및 제4 곡면(40)을 잇는 접선으로 설계되어 있다. 상기 제3 및 제4 곡면(30, 40)이 점선으로 표시된 이유는 단순히 곡률의 차이를 설명한 것이며, 재질 등이 반드시 달라야 하는 것은 아니다.
이런 구조에서 상기 제1 곡면(10)은 상기 제3 곡면(30) 및 제4 곡면(40)과 접선으로 이어지며 상기 제3 곡면(30)과 제4 곡면(40)은 상기 제2 곡면(20)과 접선으로 이어진다. 이런 원으로만 이루어진 구조에서는 공진기 내부에서 진행하는 빛이 휘스퍼링 갤러리(Whispering gallery) 형태가 되어 전반사가 일어나 표면파 (Evanascent wave)를 제외하고는 빛이 외부로 방출되지 않는다. 그러나 서로 다른 곡률의 원으로 인하여 진행하는 빛은 점점 입사각이 커져서 결국 밖으로 빛이 나오게 되는데 이때 빛은 단일 방향성을 가지게 된다.
상기 마이크로 디스크의 제3 곡면(30)인 제3 반지름(R3) 및 제4 곡면(40)의 반지름인 제4 반지름(R4)은 서로 같은 값을 가질 수 있다. 또한 이런 구조에서 원은 꼭 원호일 필요가 없으며 타원이어도 된다. 즉 타원만으로도 본 발명과 동일한 구조의 공진기를 만들 수도 있으며, 원과 타원을 조합하여서도 동일한 개념의 공진기를 만들 수 있다. 또한 곡선으로 이루어진 다양한 모양의 곡선도형의 조합으로도 상기의 제시된 공진기를 만들 수 있다.
본 발명에서의 마이크로 디스크의 모양을 양자혼돈의 개념으로 설계하고 그 발진 특성을 광선 추적법과 시공간 미분 방정식 그리고 경계요소법으로 파동함수를 얻어 발진 방향성을 확인하였으며, 이에 따라 본 실시예와 같은 마이크로 디스크 레이저의 최적의 설계를 얻을 수 있었다.
양자혼돈은 작은 공간 내에서 생기는 모드들의 특성과 그 모드들을 구할 수 있는 방법으로 쓰이고, 시공간 미분 방정식은 자연계에서 나타나는 문양과 그 시간적 변화를 풀이하는 도구로 쓰이고 있다. 이런 특성을 합하여 시공간 미분방정식과 양자혼돈의 개념을 동시에 이용하여 마이크로 디스크에서 발진하는 레이저의 모드들을 분석하면 이 레이저를 어떤 모양으로 설계하는 것이 방향성을 가질 수 있는지 알 수 있게 해준다.
이런 분석법들을 바탕으로 마이크로 레이저를 설계하면 설계된 마이크로 레이저의 발진 방향과 그 특성들을 알 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 디스크 레이저의 발진 방향성을 광선 추적법을 이용해 분석한 분석 도면이다.
도 3을 참조하면, 도면에 도시된 그래프는 본 발명의 실시예에 따라 설계된 마이크로 디스크에서 빛의 발진 방향을 광선추적법으로 계산한 결과이다. 여기서 도2의 제1 반지름(R1)은 1로 두고 제3 반지름 및 제4 반지름은 각각 R3=R4=0.999*R1으로 두었으며 제2 반지름은 R2=1.0001*R1으로 두었고, 각 θ1는 0도로 두고 계산하였다. 계산은 빛이 1,000개의 임의의 방향으로 진행할 때 1,000개의 임의의 지점에서 빛이 출발하는 경우를 초기치로 두고 100번의 반사 후에 빛이 공진기에서 빠져 나갈 때 어떤 방향으로 나가는지를 조사한 것이다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 빛은 한쪽 방향으로 발진하는 것을 잘 볼 수 있다. 이 빛이 먼거리에서 각도에 따라 어떤 방향성을 가지는지를 보았는데, 제1 반지름(R1)을 가지는 제1 곡면(10)의 중심에서 제1 반지름(R1) 거리의 100배 되는 지점에서 각도에 따라 빛의 세기를 본 것이다.
이러한 실험에 따르면, 제4 반지름(R4) 및 제3반지름(R3)은 제1 반지름(R1)의 1 - 10-7배 이하 일 때에, 빛의 단일 방향 직진성과, 품위값이 최적의 조건으로 나타남을 발견할 수 있었다. 이것은 좀 더 넓은 범위에서, 센서의 기능을 할 수 있는 빛의 단일 방향 지진성과 고품위값을 가지는 범위로 해석한다면, 제4 반지름(R4) 및 제3반지름(R3)이 제1 반지름(R1)의 99.99999%에서 5%까지의 범위 내에 있는 경우에는 센서로서의 기능을 할 수 있는 범위로 해석된다. 더불어, 제2 반지름(R2) 은 제1 반지름(R1)의 1 + 10-7배 이상인 경우에, 최적의 센서 조건을 보이게 할 수 있었다.
특히, 제1 곡면과 제3 및 제4 곡면이 만나는 부분, 또는 상기 제3 및 제4 곡면과 제2 곡면이 만나는 부분은 접선으로 만나도록 설계하는 것이 더 유리하며, 만일 이 부분의 접선으로 만나지 못하는 경우라면, 제1 곡면과 제3 및 제4 곡면이 만나는 부분 또는 제3 및 제4 곡면과 제2 곡면이 만나는 부분의 미분값의 차이는 10% 이내인 것이 더욱 유리하다.
좀 더 넓은 범위에서, 센서의 기능을 수행할 수 있는 빛의 단일 방향 직진성과 고품위값을 가지도록 하려면, 제1 곡면과 제3 및 제4 곡면이 만나는 부분 및 제3 및 제4 곡면과 제2 곡면이 만나는 부분의 미분값의 차이는 0% 이상 95% 이내에 있어야 한다.
과연 이런 빛이 나오는 레이저 발진 모드가 있는지를 조사하기 위해 본 발명의 실시예의 구조를 가지는 공진기에서 휘스퍼링 갤러리 모드로 형성되는 파동함수의 방향성을 보았다. 이 계산은 경계요소법 (boundary element method)을 이용하여 파동함수를 풀어내었다.
도 4a 및 4b는 본 실시예에 따른 마이크로 디스크의 발진 방향성을 나타내는 도면들이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 디스크의 경계면을 따라 형성된 휘스퍼링 갤러리 모드를 나타낸 도면이다. 도 4b는 상기 휘스퍼링 갤러리 모드의 빛이 한쪽 방향으로 나가는지를 보기 위해서 도2의 제1 반지름(R1)의 100배 떨어진 지점에서 경계면의 둘레를 각도에 따라 빛의 세기를 얻은 결과이다. 도 4b에서 보듯 휘스퍼링 갤러리 모드는 한쪽 방향으로 빛이 진행하는 것을 볼 수 있다.
이때 형성되는 공명 모드의 품위값을 구했는데 레이저처럼 외부로 빛이 빠져나가는 공진기에서 공명 모드는 복소수로 다음의 수학식 1과 같이 주어진다.
Figure 112015102808177-pat00001
품위값은 복소수 고유치 (eigenvalue)에서
Figure 112015102808177-pat00002
로 정의되므로 고유치를 이용하여 풀었다. 이때 전산시뮬레이션으로 풀 때 경계면의 mesh의 수가 적으면 공진기의 표면이 직선으로 이루어 진 것처럼 보이고 mesh의 개수가 무한개이면 원의 모양을 보이므로 mesh의 개수를 증가시켜 가며 공명모드의 품위값을 구하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 디스크의 품위값을 나타나내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 마이크로 디스크의 품위값을 구한 결과 mesh의 개수가 4800개일 때 이미 품위값이 2.6X108을 넘는 것을 볼 수 있다. 현재 개발된 컴퓨터의 한계까지 품위값을 구했을 때, 상기와 같은 품위 값이 측정 되었으므로 본 실시예에 따른 마이크로 디스크를 이용하여 레이저를 만들었을 때는 레이저는 한쪽 방향으로 도 3과 도 4a 및 도 4b처럼 단방향으로 발진하면서 그 품위값이 도 5처럼 극히 높은 극고품위값의 레이저가 됨을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 실험용 마이크로 디스크의 구조를 나타내는 도면이다. 도 7a 내지 도7c는 도 6의 실험용 마이크로 디스크의 각도에 따른 빛의 방향성을 나타내는 도면들이다.
도 6을 참조하면, 실험용 마이크로 디스크(200)는 제2 곡면(120)이 무한대의 반지름을 가지는 것을 제외하고는 도 2의 마이크로 디스크(100)와 실질적으로 동일하다. 상기 실험용 마이크로 디스크(200)는 공진기에서 큰 원호의 반지름을 무한대로 두면 직선이 되는데 이렇게 직선으로 두면 3개의 원과 직선으로 이루어진 구조가 된다. 이 경우 빛의 방향성은 작은 원호의 위치와 크기에 따라 결정될 수 있는데 이때도 빛은 한쪽 방향으로 발진하게 된다. 도 6은 큰 원호의 반지름이 무한대인 공진기 형태에서 빛의 방향성을 살펴 본 것이다. 이때 작은 원호의 크기를 0.5*R1으로 둘 때 공진기의 모양은 도 6과 같다.
이때 각도에 따라 빛의 방향성을 보면 각이 60도 일 때 도 7a처럼 두 위치에서 빠져나오는 빛은 한 방향으로 나가는 것을 알 수 있다. 각을 70도로 늘리면 도7b처럼 빛이 한점으로 집속되는 것을 볼 수 있다. 각을 80도로 늘리면 도 7c처럼 집속되는 위치가 더 짧아진다. 이런 집속된 빛은 렌즈를 사용하여 빛을 집속시키는 것 보다 효과가 크므로 광섬유나 도파로에 빛을 집속시킬 때 편리하게 사용될 수 있다.
도 8은 R2를 직선으로 두었을 때의 발진을 실험으로 확인하기 위하여 InGaAsP 반도체로 레이저를 제작하여 그 발진 방향성을 확인한 도면이다. 이 도면을 보면 레이저의 발진방향이 이론치와 일치하게 한쪽으로 발진하는 것을 볼 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서, 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다.
예를 들면 특히 이런 구조의 공진기에서는 원호의 크기들에 따라 한방향으로 발진하는 조건을 위한 작은 원호들의 위치가 달라진다. 도면 3처럼 빛은 각이 0도에서 한 방향으로 발진하기도하고 도면 7의 경우는 60도에서 한 방향으로 발진하기도 한다. 또는 빛을 집속시키기 위해서 집속시키고자하는 조건에 따라 작은 원호의 위치도 변화하게 된다. 또한 도면 2에서 보듯 작은 원호의 크기는 여기서는 중심원 반지름의 99.9% 로 두었고 큰 원호의 반지름도 중심원의 반지름의 0.1% 크게 두었다. 이런 조건에서도 마이크로 공진기 레이저는 한 방향으로 발진하는 것을 보였다. 그러므로 사실 작은 원호의 크기가 중심원호의 크기보다 조금만 작아도 되고 큰원호의 반지름도 중심원의 반지름보다 조금만 커도 된다. 따라서 본 발명에 대한 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 공진기의 경계가 4개의 원호로 이루어지도록 설계되어, 내부에서 진행하는 광의 입사각이 임계각보다 커서 전반사가 발생되고 반지름이 다른 4개의 원호의 곡면으로 인해 빛이 방향성을 가지고 발진하도록 하는 한 방향 발진 특성을 가지는 마이크로 디스크 레이저를 제시함으로써, 품위값이 극도로 크면서도 한쪽으로만 발진하는 방향성을 가질 수 있는 효과를 거둘 수 있다.

Claims (17)

  1. 전반사에 의해 형성되는 휘스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode) 형태의 공진으로 발진하도록 하는 마이크로 디스크에 있어서, 상기 마이크로 디스크는,
    제1반지름(R1)을 가지는 제1 곡면;
    상기 제1 곡면의 양 끝과 접하는 제3 곡면 및 제4 곡면; 및
    상기 제1 반지름(R1) 보다 큰 제2 반지름(R2)을 가지고, 상기 제3 곡면 및 상기 제4 곡면과 접하는 제2 곡면을 가지며,
    상기 제3 곡면의 반지름 및 상기 제4 곡면의 반지름은 상기 제1반지름보다 작은, 마이크로 디스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 디스크 레이저는 단일 방향으로 발진하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 곡면의 반지름은 제3 반지름(R3), 제4 곡면의 반지름을 제4 반지름(R4)라고 할 때에, 상기 제3 반지름 및 상기 제4 반지름은 동일한 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 곡면은 원호 또는 타원의 일부인 것으로 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제4 곡면의 반지름(R4) 및 상기 제3 곡면의 반지름(R3)은 상기 제1 반지름(R1)의 1 - 10-7배 이하인 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제4 곡면의 반지름(R4) 및 상기 제3 곡면의 반지름(R3)은 상기 제1 반지름(R1)의 99.99999%에서 5%까지의 크기인 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반지름(R2) 은 상기 제1 반지름(R1)의 1 + 10-7배 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반지름(R2) 은 무한대이어서, 상기 제2 곡면이 직선인 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 곡면과 제3 및 제4 곡면이 만나는 부분, 상기 제3 및 제4 곡면과 제2 곡면이 만나는 부분은 접선으로 만나는 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 곡면과 제3 및 제4 곡면이 만나는 부분, 상기 제3 및 제4 곡면과 제2 곡면이 만나는 부분의 미분값의 차이는 10% 이내인 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 곡면과 제3 및 제4 곡면이 만나는 부분, 상기 제3 및 제4 곡면과 제2 곡면이 만나는 부분의 미분값의 차이는 0% 초과 95% 미만인 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제3 곡면의 반지름은 제3 반지름(R3), 제4 곡면의 반지름을 제4 반지름(R4)라고 할 때에, 상기 제3 반지름(R3) 및 제4 반지름(R4)이 같은 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
  13. 전원부;
    제1반지름(R1)을 가지는 제1 곡면, 상기 제1 곡면의 양 끝과 접하는 제3 곡면 및 제4 곡면 및 상기 제1 반지름(R1) 보다 큰 제2 반지름(R2)을 가지고 상기 제3 곡면 및 제4 곡면과 접하는 제2 곡면을 가지는 마이크로 디스크; 및
    상기 전원부의 전원을 상기 마이크로 디스크에 공급하는 전극을 포함하되,
    상기 제3 곡면 및 상기 제4 곡면의 반지름은 상기 제1반지름보다 작은 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크 레이저.
  14. 제13항에 있어서,
    휘스퍼링 갤러리(whispering gallery) 모드를 발진시키기 위해 상기 마이크로 디스크의 가장자리를 따라 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크 레이저.
  15. 제1반지름(R1)을 가지는 제1 곡면, 상기 제1 곡면의 양 끝과 접하는 제3 곡면 및 제4 곡면 및 상기 제1 반지름(R1) 보다 큰 제2 반지름(R2)을 가지고 상기 제3 곡면 및 제4 곡면과 접하는 제2 곡면을 가지는 마이크로 디스크; 및
    광을 상기 마이크로 디스크에 공급하여 상기 마이크로 디스크를 여기(EXCITING)시키는 광공급부를 포함하되,
    상기 제3 곡면 및 상기 제4 곡면의 반지름은 상기 제1반지름보다 작은 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크 레이저.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광공급부는 휘스퍼링 갤러리(whispering gallery) 모드를 발진시키기 위해 상기 마이크로 디스크의 가장자리를 따라 광을 공급하여 상기 마이크로 디스크를 여기(EXCITING)시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크 레이저.
  17. 전반사에 의해 형성되는 휘스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode) 형태의 공진으로 발진하도록 하는 마이크로 디스크에 있어서, 상기 마이크로 디스크는,
    제1 반지름(R1)을 가지는 제1 곡면;
    상기 제1 곡면의 양 끝과 접하는 제3 곡면 및 제4 곡면; 및
    상기 제3 곡면 및 제4 곡면과 접하는 제2 곡면을 가지며,
    상기 제3 곡면 및 상기 제4 곡면의 반지름은 상기 제1반지름보다 작은 것을 특징으로 하는 마이크로 디스크.
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