KR20010041832A

KR20010041832A - 반도체 광 증폭기

Info

Publication number: KR20010041832A
Application number: KR1020007010120A
Authority: KR
Inventors: 보가토브알렉산드르이바노비치; 드라킨알렉산드르에브게니비치; 쿠니야브코쥬리블라디미로비치
Original assignee: 쉬베이킨 바실리 이바노비치
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2001-05-25
Also published as: JP2002507063A; EP1063743A4; EP1063743A1; WO1999046838A1; US6649938B1; CA2339061A1; AU2965599A; RU2134007C1; CN1299526A

Abstract

본 발명은 액티브 영역으로부터의 출사 모드(out-flowing mode)의 방사선 출력뿐만 아니라 액티브 영역 내로의 입력 방사선(in-flowing radiation) 입력을 제공하는 반도체 광 증폭기(semiconductor optical amplifier)에 관한 것이다. 이 증폭기는 동시에 입력 및 출력 방사선의 방향을 넓은 범위로 변경으로 변경할 수 있을 뿐만 아니라 실질적으로 감소된 비점수차 및 분산각도(dispersion angle), 증가된 입력 구경 및 출력 구경, 유효 길이를 갖는 증폭 영역, 고성능의 출력, 고휘도(luminosity)를 제공한다. 또한 이 증폭기는 액티브 층(6)을 포함하는 전체 이종 구조물에 해당하는 층들의 조성물 및 두께를 정하기 위해 설정 범위를 이용하고, 또한 복수 개의 경계층(7, 8)을 나타내는 다수의 층 세트를 포함한다. 상기 층 세트 중에 적어도 하나는 입력-출력 시스템에 일체형이 되게 형성되고 입력-출력 영역(17)의 광축을 따라 연장된다. 본 발명은 또한 액티브 층의 면에 대한 기설정된 범위의 경사각도를 갖는 기울어진 광 단면을 사용하는 상이한 구조의 방사선 입력-출력 영역(17)에 관한 것뿐만 아니라, 입사각도 및 출사각도의 범위를 확장하는 것에 관한 것이다. 더욱이 본 발명은 개별적으로 또는 일체형으로 구현되는 것에 따라 생산될 수 있는 듀얼 전송(dual-transmission), 멀티빔(multiple-beam) 및 멀티 캐스캐이드(multi-cascade) 반도체 광 증폭기에 관한 것이다.

Description

반도체 광 증폭기 {SEMICONDUCTOR OPTICAL AMPLIFIER}

일반적으로, 반도체 광 증폭기(Semiconductor Optical Amplifier, 이하 "SOA"라 칭함)는 증폭 소자(amplifying component, 이하, "AC"라 칭함)의 입력단에 광시스템에 의하여 자신의 출력을 광 결합(optically coupled)시키는 마스터 입력 방사원(master source)으로 이루어진다. (S. O'Brien et al., IEEE J. of Quantum Electronics(1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2052-2057, and J. P. Donnelly et al., IEEE phot. and Technology Letters(1996), Vol. 8, pp. 1450-1452 참조). 일반적으로 광신호는 자연적으로 발생하거나, 고휘도성(superluminescent)을 갖거나, 또는 레이저 방사선(laser radiation)이다. 소형으로 제작이 가능하고, 단위 길이 당 높은 이득을 갖고, 효율이 높고, 저가로 제작될 수 있으며, 광전자 회로 내에 집적할 수 있다는 점과 같은 SOA의 특별한 장점 때문에, 상기 SOA는 특히 분기 네트워크(branched network) 설계와 같은 복잡한 통신 네트워크의 개발시, 및 효율적인 고성능 방사원 설계시에 많은 사용이 기대된다.

개별적으로 구현되는 SOA는 "L. Goldberg et al., IEEE J. of Quantum Electronics (1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042"에 공지되어 있다. 상기 증폭기는 마스터 입력 방사원을 포함하고, 상기 입력 방사선은 상기 증폭기가 동작할 때 광원과 광 결합된 AC에 입력 각도 δ로 입력된다. 상기 AC는 적어도 하나의 서브층(sublayer)이 존재하는 두 개의 도금층(cladding layer)들 사이에 위치하고 굴절률(refractive index; n_a)과 밴드 갭(E_a)(eV))을 갖는 액티브 층을 포함하는 반도체 레이저 이종 구조물(semiconductor laser heterostructure)에 기초하여 구현된다. 상기 액티브 이득 영역은, 입력측에 해당하는 초기 폭(initial width)(W_in)은 10㎛이지만 출력측에 해당하는 최종 폭(final width)(W_out)은 160㎛로 되도록 선형적으로 비례하여 커지는 메사 스트립(mesa strip) 형상을 갖기 위해 장벽 영역(barrier region)을 이용하여 구현된다. SOA의 길이(L_AGR)는 1500㎛이다. 액티브 층에 존재하고 AC의 광 이득 축(optical gain axis)인 액티브 이득 영역의 길이 축이 마스터 광원과 광시스템의 길이 축과 동일한 축에 위치한다는 점에 유의하여야 한다. 입력 방사선을 액티브 이득 영역으로 입력하는 수단과 증폭 후에 상기 액티브 이득 영역으로부터 상기 방사선을 출력하는 수단은 반사 계수(reflection coefficient; R)가 R~0.003이 되도록 도포된 무반사 코팅층(antireflective coating)을 갖는, 액티브 이득 영역의 입력측에 해당하는 광 단면(optical facet)과 액티브 이득 영역의 출력측에 해당하는 광 단면(optical facet)이며, 경우에 따라 상기 단면들은 제1 광 단면들이라고 지칭한다. 상기 제1 광 단면들은 광 이득 축에 대해 수직인 면 즉, 직교면(normal plane)이라고 부르는 면에 Ψ₁및 Ψ₂의 경사각도로 위치한다. 종래 기술(L. Goldberg et al., IEEE J. of Quantum Electronics (1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)에서, AC의 제1 광 단면들은 직교면에 대해 평행하다. 공지된 AC(L. Goldberg et al., IEEE J. of Quantum Electronics (1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)에서 입력 구경 및 출력 구경의 크기는 다음과 같다.

, 및

여기서, d_AGR은 액티브 이득 영역의 두께로 통상적으로 1㎛를 초과하지 않는다; 따라서 공지된 SOA(L. Goldberg et al., IEEE J. of Quantum Electronics (1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)의 AC에 대해 S_in은 10㎛²이하이고, S_out은 160㎛²이하이다.

액티브 이득 영역의 제1 광 단면들 상에 도포된 무반사 코팅층은 공지된 AC(L. Goldberg et al., IEEE J. of Quantum Electronics(1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)에서 출력 신호(SPPI)의 의사 반사(spurious reflection)와 재반사(rereflection)를 억제하는 수단으로서 사용된다.

공지된 SOA(L. Goldberg et al., IEEE J. of Quantum Electronics(1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)는 마스터 입력 방사원으로서 단독 모드 방사선과 100㎽의 전력(P_MSout)을 갖는 마스터 레이저 다이오드를 사용한다. 상기 입력 방사선은 광시스템에 의해 제1(입력) 광 단면 상에 1×4㎛의 측정 스폿(spot measuring)으로 초점이 정해져 있다. 부가적으로, 입력 빔은 상이한 입력 각도 δ로 액티브 이득 영역으로 입력되었다. 이것은 액티브 이득 영역의 시작면(initial face)에 25㎽의 입력 전력(P_in)을 갖는 증폭 소자 내로의 입력 동작이 이루어질 수 있도록 한다.

3A의 작동 전류(I_work)가 1500㎛의 길이(L_AGR)를 갖는 공지의 AC(L. Goldberg et al., IEEE J. of Quantum Electronics(1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)를 통해 흐를 경우, 증폭된 출력 방사선의 전력(P_out)은 2.5W가 된다. 입력 구경은 1㎛ 보다 작다. (액티브 층의 길이 축을 통해 통과하는 면이고 레이저 이종 구조물의 층들에 대해 수직인) 수직면에서, 통상 주입식 이미터(injection type emitter)와 같이 확산 각도(divergence angle; θ_┴)는 거의 35°로 크고, 출력 구경은 1㎛ 이하로 작다. 수평면에서 출력 방사선의 유효한 확산 각도(θ_∥)는 상기 160㎛의 구경 크기 때문에 회절 제한된 확산(diffraction-limited divergence)에 대응하는 0.29°이다. (수직면에 수직이고, 증폭된 출력 방사선의 직교면의 전면(front)을 통해 통과하는 면은 수평면이라 지칭된다. 상기한 공지의 AC에서, 상기 면은 액티브 층의 면이다.)

본 발명은 양자 전자 공학(quantum electronics)에 관한 것으로, 특히 고성능의 다중 모드(multimode), 단독 모드(monomode), 및/또는 단일 주파수의 방사원(radiation source)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 반도체 광 증폭기(semiconductor optical amplifier)에 관한 것이다.

도 1은 액티브 층의 면에 대해 예각(acute angle)으로 위치한 제2 광 단면을 통과하는 방사선의 입력 및 출력을 갖고, 광학적으로 균일한 입력-출력 영역(homogeneous input-output region)의 외부면과 옴 접촉을 갖는 본 발명에 따른 SOA의 증폭 소자에 대한 설계의 (액티브 층에서 광 이득 축을 따르는) 종단면도를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 설계의 평면도.

도 3은 방사선 입력-출력 영역을 갖고 도금층 각각은 n_IOR의 굴절률(refractive indices)을 갖는 하나의 서브층을 포함하는 특정 레이저 이종 구조물의 종단면도를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 도 2에 도시된 레이저 이종 구조물의 층들에 대한 수직 방향으로의 굴절률 변화를 개략적으로 도시하는 도면.

도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 레이저 이종 구조물의 대응 층에 해당하는 굴절률의 중첩 변화로 증폭된 방사선 세기에 대한 근거리 필드(near-field) 분포(산출된 데이터)를 그래픽으로 도시한 도면.

도 6은 직교면에서 증폭된 방사선 세기에 대한 원거리 필드 분포(산출된 데이터)를 그래픽으로 도시한 도면.

도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 SOA의 증폭 소자의 다른 실시예에 해당하는 이종 구조물의 설계에 대한 종단면도를 개략적으로 도시하는 도면으로서:

도 7은 방사선 입력-출력 영역에 인접하고 상이한 굴절률을 갖는 두 개의 영역으로 구성된 레이저 이종 구조물의 도금층에 대한 서브층을 도시하는 도.

도 8은 상이한 전기적으로 도전성(electrical conductivity)을 갖는 두 개의 서브층으로 이루어지는 방사선 입력-출력 영역을 도시하는 도면.

도 9는 부가적으로 적층되는 제2 흡수층이 방사선 입력-출력 영역의 외부 측면 상에 형성되는 것을 도시하는 도면.

도 10 내지 도 12는 상이한 옴 접촉을 갖도록 본 발명에 따른 SOA의 AC에 대한 설계의 개략적인 단면도를 도시하는 도면으로서, 특히:

도 10은 부가적으로 적층되는 전기 도전층(electrically conductive layer)(기판인 방사선 입력-출력 영역)을 도시하는 도면.

도 11은 방사선 입력-출력 영역에 인접한 도금층의 서브층들중에서 가장 작은 밴드갭을 갖는 전기 도전층을 도시하는 도면.

도 12는 레이저 이종 구조물에 인접하는 방사선 입력-출력 영역의 전기 도전 서브층을 도시하는 도면.

도 13 내지 도 16은 방사선 입력-출력 영역의 서브 영역을 하나 갖는 상이한 AC 설계에 대한 종단면도를 개략적으로 도시하는 도면.

도 13은 직교면에 평행한 제2 광 단면을 통과하는 방사선의 입력 및 출력을 도시하는 도면.

도 14는 직교면에 평행한 제2 광 단면을 통과하는 방사선 입력을 갖지만, 액티브 층의 면에 대해 예각으로 위치한 제2 광 단면을 통과하는 방사선 출력을 갖지 않는 것을 도시하는 도면.

도 15는 액티브 층의 면에 둔각으로 위치한 제2 광 단면과 방사선 입력-출력 영역의 외부 표면을 통과하는 방사선 입력 및 출력을 갖는 것을 도시하는 도면.

도 16은 직교면에 평행한 제2 광 단면을 통과하는 방사선 입력 및 출력을 갖고, 제2 광 단면으로부터 방사선 입력-출력 영역에서 증폭된 방사선의 단일 반사(single reflection)를 갖는 것을 도시하는 도면.

도 17 및 도 18은 제2 광 단면을 여러 서브 영역으로 분할하는 방사선 입력-출력 영역, 및 제1 서브 영역을 통과하는 방사선 입력과 멀티 빔 방사선 출력을 갖는 본 발명에 따른 SOA의 종단면도를 개략적으로 도시하는 도면으로서:

도 17은 각 서브 영역의 외부 표면, 입력 표면을 제외하고 예각으로 위치하는 액티브 층의 면에 대해 둔각으로 위치하는 각 서브 영역의 제2 광 단면을 도시하는 도면.

도 18은 액티브 층의 면에 대해 예각으로 위치하고, 레이저 이종 구조물을 갖는 방사선 입력-출력 영역의 경계에서 교차하는 제2 광 단면을 도시하는 도면.

도 19는 주요 구성요소(master element)가 증폭 소자로서 구현되는 고휘도성 방사선을 갖는 본 발명에 따른 개별 SOA의 설계에 대한 종단면도를 개략적으로 도시하는 도면.

도 20은 주요 구성요소가 방사선 출력 영역을 갖는 주입식 레이저(injection laser)로서 구현되는 본 발명에 따른 개별 SOA의 설계에 대한 종단면도를 개략적으로 도시하는 도면.

도 21 내지 도 24는 다양한 SOA 일체형 설계를 개략적으로 도시하는 도면으로서:

도 21은 고휘도성 방사선을 갖는 SOA의 증폭 액티브 영역이 방사선 입력-출력 영역의 일 면 상에 배치되는 것을 도시하는 도면(종단면도).

도 22는 레이저를 발광하고 증폭하는 액티브 영역이 방사선 입력-출력 영역의 일 면에 위치하는 것을 도시하는 도면(종단면도).

도 23은 레이저를 발사하고 증폭하는 액티브 영역이 방사선 입력-출력 영역의 일 면에 위치하는 것을 도시하는 도면(평면도).

도 24는 레이저를 발사하고 증폭하는 액티브 영역이 방사선 입력-출력 영역의 대향면들 상에 위치하는 것을 도시하는 도면(종단면도).

본 발명의 목적은 입력 구경 및 출력 구경의 면적이 증가되고, 확산 각도가 감소되며, 증폭된 출력 방사선에 대한 비점수차(astigmatism)가 감소되고, 액티브 층의 광 이득 축에 대해서 상대적으로 증폭된 방사선의 상이한 입력 방향 및 출력 방향을 얻을 수 있으며, 또한 유효 이득 영역 길이가 증가되고 증폭된 입력 방사선의 모드 구조물(modal composition)의 파손(breakup) 메커니즘에 대한 저항이 증가되는 반도체 광 증폭기(SOA)를 제조하는 것이다. 전체적으로, 상기한 요소들은 높은 작동 안정성 및 견고함뿐만 아니라 향상된 출력 전력, 효율성, 내구성, 및 신뢰성을 갖는 SOA를 제작할 수 있다. 그로 인해, 간단한 제조 기술 및, 일체형으로 설계된 증폭기뿐만 아니라 멀티 빔(multibeam)의 다단계(multistage) 증폭기를 실현할 수 있는 능력이 달성된다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 증폭기가 작동하는 동안 마스터 광원에 광 결합되는 증폭 소자 내로 입사각도 δ로 입력되는 마스터 입력 방사원을 포함하는 반도체 광 증폭기에 의해 달성되고, 상기 증폭 소자는 측면부(face side)에서 액티브 이득 영역의 시작부와 끝단부를 정하고 액티브 층의 종축에 대해 직교면(normal plane)이라 불리는 수직인 면과 함께 경사각도(Ψ₁, Ψ₂)를 정하는 제1 광 단면과 함께, 자신의 시작부에서 폭 W_in(㎛)을 갖고 자신의 끝단부에서 폭 W_out(㎛)을 갖으며 길이 L_AGR(㎛)를 갖는 액티브 이득 영역뿐만 아니라, 각각에 적어도 하나의 서브층 두 개의 도금층 사이에 위치하는 굴절률(na)과 밴드갭 E_a(eV)을 갖는 액티브층을 포함하는 반도체 레이저 이종 구조물(heterostructure) 및, 억제하는 의사 방사선(spurious radiation)의 수단에 기초하여 구현되고; 입력 방사선은 평행하도록 형성되고, 입사각도(δ)는 입력면 상의 입사각도와 동일하고, 증폭 소자는 적어도 하나의 액티브 이득 영역으로 구현되고, 상기 액티브 이득 영역에 적어도 하나의 부가적인 층이 레이저 이종 구조물의 적어도 일면 상에 형성되므로, 레이저 이종 구조물에 인접한 부가적인 층이 방사선에 대해 투과성을 갖는 방사선을 위한 입력-출력 영역으로 설계되고 적어도 하나의 서브층으로 이루어지며; 서로 인접한, 도금층의 서브층과 방사선 입력-출력 영역의 서브층들은 적어도 하나의 영역으로 그리고 적어도 하나의 서브 영역으로 각각 형성되고; 레이저 이종 구조물과 접하는 면 위에 위치한 방사선 입력-출력 영역의 표면―여기서 표면은 내부 표면이라 지칭함― 길이 L_AGR(㎛)보다 짧지 않은 길이 L_IOR-I(㎛)로 이루어지고; 적어도 두 개의 부가적인 제2 광 단면은 직교면과 경사각도(Ψ₃, Ψ₄)를 형성하도록 채용되고; 입력-출력 영역은 액티브 이득 영역의 폭보다 작지 않은 폭, 서브층의 굴절률(n_IORq)과 광 손실 계수(α_IORq)(㎝^-1)―여기서 q = 1, 2,...,p는 상기 이종 구조물의 경계로부터 계수되고 상기 방사선 입력-출력 영역의 연속적인 서브층의 수를 나타내는 정수로서 정의됨―를 가지는 두께 d_IOR(㎛)를 가지도록 형성되고; 동작하는 소자에서, 방사선 입력-출력 영역과 도금층의 서브층과의 경계에서 액티브층으로부터 출사하는 증폭된 방사선에 대한 전송 손실 계수(α_OR)(㎝^-1)가 증폭된 방사선 전력으로 영역이 작동하는 동안 액티브 이득 영역으로 인가되는 전력의 변환 효율(conversion efficiency)의 허용 가능한 최저값에 의한 하부값(α_ORmin(㎝^-1))에서부터 작동 전류 밀도의 허용 가능한 최대 값에 의한 상부값(α_ORmax(㎝^-1))의 범위 내의 값들로부터 선택되고; 레이저 이종 구조물의 액티브 층 면에 대해 앞쪽(front) 그리고 증폭된 출력 방사선에 대한 앞쪽의 입력 방사선의 수직으로의 방사선 입력-출력 영역에 형성된 각도는 입사각도(ξ)와 출사각도(φ)로 지정되고, 방사선 입력-출력 영역의 출력 방사선에 대한 내부 전반사 각도는 반사 각도(σ)로 지정되고; 경사각도(Ψ)에 의존하는 입사각도(δ)는 입사각도(ξ)가 출사각도(φ)와 동일하게 선택되는 것에 의해 정해지고; 상기 입사각도(ξ)와 반사 각도(σ)는 다음 식을 만족하고 ξ＝arccos(n_eff/n_IOR1) 및 σ＝arcsin(1/n_IORq); 레이저 이종 구조물로부터 출사되는 방사선의 조건을 고려하여, 방사선 입력-출력 영역과 함께 레이저 이종 구조물의 유효 굴절률(n_eff)과, 방사선 입력-출력 영역의 굴절률(n_IOR1)은 다음 식을 만족해야 한다.

따라서 n_eff-min은 n_min보다 크다.

여기서 n_eff-min은 상기 방사선 입력-출력 영역과의 결합체에서 실질적으로 관계가 있는 다수의 상기 이종 구조물에 대한 가능한 모든 유효 굴절률(n_eff) 중 최소값이고, n_min은 상기 이종 구조물의 층들 중 최소 굴절률을 나타내다.

본 발명에 따른 SOA는 적절한 AC로부터 입력되고 출력되는 방사선 입출력 수단, 또는 많은 SOA의 실시예에서 마스터 광원 수단의 구조에 존재한다는 차이점이 있다. 결과적으로, 액티브 층의 면에 관련된 AC 내부로 및 외부로의 방사선 입력 및 출력 방향(directivity)이 변경된다. L. Goldgerg et al.(IEEE J. Of Quantum Electronics (1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)에 의해 기술된 소자와는 반대로, 본 발명은 입력신호의 입력 수단과 증폭기 방사선의 출력 수단이 대응하는 제2 광 단면을 통과하는 방사선 입력 및 출력과 함께 레이저 이종 구조물의 모든 반도체층과 방사선 입력-출력 영역을 일체형으로 단일화하는 것이 제안된다.

레이저 이종 구조물을 구성하는 반도체층의 조성물과 두께 및 방사선 입력-출력 영역의 조성물의 선택에 의해, 적절한 조건 하에서 방사선 입력-출력 영역 내로 입력되는 마스터 광원으로부터 출력되는 입력 방사선의 특정 부분은 액티브 이득 영역 내로 입사되고, 상기 액티브 이득 영역 내에서 해당하는 만큼 증폭된 후 동일한 상기 그 방사선 입력-출력 영역 내로 재입사되도록 상기 수학식이 생성된다.

다음 수학식이 만족될 경우 출사 조건은 실현된다; 방사선 입력-출력 영역의 굴절률(n_IOR)은 인접한 방사선 입력-출력 영역이 구비하는 이종 구조물 전체의 유효 굴절률(n_eff)을 초과한다. 즉;

또는, 출사각도(φ)는 "0"을 초과한다, 즉;

상기 (수학식 3)은 레이저 이종 구조물의 도파관(waveguide)에 전파된 방사선이 액티브층으로부터 방출될 때의 공지된 조건식(the Handbook of Semiconductor Lasers and Photonic Integrated Circuits, edited by Y. Suematsu and A. R. Adams, Chapman-Hill, London, 1994, pp. 58-65) 참조)이다.

다층 이종 구조물로 이루어지는 본 발명의 경우, 선택된 설계에 의해, 광 분야에서는 공지된, 광시스템에서 레이저 경로에 대한 역행 가능성(reversibility)의 원리를 이용하자는 것을 제안하였고, 일반적인 수학식 (3)은 방사선 입력-출력 영역 내로 출사되는 방사선뿐만 아니라 방사선 입력-출력 영역으로부터 입사되는 방사선에 대해서도 적용될 수 있다고 가정하였다. 또한, 산출 및 실험의 결과들이 상기 가정의 정확성을 확인했다. 그러므로, 본 출원인은 입사각도(ξ)가 출사각도(φ)와 동일할 것이라 확신한다, 즉;

이러한 환경은 마스터 입력 방사원에 대한 요구 사항, 본 발명에 따른 SOA의 기능을 위한 필수 요구 사항을 공식화할 수 있도록 한다. 상기 요구 사항들 중 필수 사항은 다음과 같다. 방사선이 평평한 제2 광 단면을 통과하여 입력될 경우, 마스터 광원으로부터의 입력 방사선은 평행하여야 하고 상기 광 단면에서 입력 방사선의 경사각도와 동일한 입력 각도(δ)를 가져야 하므로 (상기 각도는 유일하고, L. Goldgerg et al. (IEEE J. Of Quantum Electronics (1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)의 소자와는 반대이다.) 방사선이 방사선 입력-출력 영역으로 입사된 후 입사각도(ξ)는 출사각도(φ)와 동일하다(수학식 5). 이 경우, 방사선 입력-출력 영역으로부터의 입력 방사선은 본 발명에 따른 SOA의 액티브 이득 영역 내로 입사된 후, 상기 액티브 이득 영역 내에서 대응하는 크기로 증폭된 후, 이미 기술된 바와 같이 액티브 층의 면에 대해 출사각도(φ)(수학식 4 참조)로 동일한 방사선 입력-출력 영역 내로 되돌아와 입사될 것이다.

수학식 (4) 및 수학식 (5)는 n_eff/n_IOR의 관계식에 따라 하한값(the bottom end of the values)으로 굴절률(n_IOR), 입사각도(ξ), 및 출사각도(φ)의 값을 정한다. 상기 각도들의 상한값(ξ_front, φ_front)은 다음에 제안된 수학식들에 의해 정해진다.

일 때,

여기서 n_eff-min은 본 발명에 따른 SOA의 AC가 형성될 수 있는 방사선 입력-출력 영역을 갖는, 다수개의 레이저 이종 구조물을 위한 실제값을 갖는 가능한 모든 유효 굴절률(n_eff) 중 최소값이고, n_min은 도금층을 이루는 서브층의 굴절률 중 최소 굴절률이다. 실제 레이저 이종 구조물을 위해, 상기 각도(ξ_front, φ_front)는 거의 30。 내지 40。일 수 있고, 따라서 각도(ξ, φ)의 범위는 0。이상 30。 내지 40。이하의 범위에 걸쳐 변한다.

상기 수학식 (3) 내지 수학식 (8)은 또한 방사선 입력-출력 영역이 다수개의 서브층으로 이루어져 있는 경우에 유효하다는 것을 주목해야 한다. 이 경우, 상기 식에서, 균일한 방사선 입력-출력 영역에 대한 굴절률(n_IOR)은 n_IOR1로 대체될 수 있고, 상기 n_IOR1은 레이저 이종 구조물을 구성하는 도금층의 한 서브층에 인접한 방사선 입력-출력 영역의 제1 서브층에 해당하는 굴절률이다. 이후, 명기하지 않더라도 방사선 입력-출력 영역은 균일하며, 제1 서브층에 대한 굴절률은 첨자 "1"을 기입하지 않고 n_IOR를 사용하는 것으로 간주한다.

상기한 것으로부터 본 발명에 따른 SOA의 동작을 위해서 수학식 (3) 내지 수학식 (8)이 필요하다는 것을 알 수 있다. 이후에, 본 출원인은 방사선 입력-출력 영역에 인접한 도금층의 서브층 경계에서 출사되는 방사선에 대한 액티브 이득 영역의 단위 길이당 전송 손실 계수(net loss factor; α_OR(cm^-1))값은 다음 범위로부터 얻어질 수 있다고 정했다.

여기서, α_ORmin은 액티브 이득 영역으로 공급되는 전력에 대한 증폭된 출력 방사선의 전력비에 의해 정해지는 것으로서, 상기 출력 방사선 손실 계수의 선택 가능한 최소값이고 본 발명에 따른 SOA의 허용 가능한 최소 효율값에 의해 정해지며, α_ORmax은 상기 출력 방사선 손실 계수의 선택 가능한 최대값이고 예를 들면, 수용 불가능한 AC 과열을 유발하는 AC에서의 작동 전류 밀도(j)(A/cm²)에 대한 허용 가능한 최대값에 의해 정해진다.

단지 상기한 본 발명의 특징을 만족하고 방사선 입력-출력 영역이 입사되고 출사되는 방사선에 대해 투과적일 경우에만, 충분히 큰 유효 방사선 이득 길이를 갖는 SOA는 일반적으로 얻을 수 있는 전력과 효율보다도 더 큰 전력과 효율을 얻는다. 또한 소자의 입력 개구 및 출력 개구 면적은 크게 증가되고, 증폭된 출력 방사선의 확산 각도 및 비점수차는 감소되며, 전체 액티브 이득 영역을 따라서 증폭된 방사선이 분포되게 입력되고 출력됨으로써, 증폭된 입력 방사선의 모드 구조물(modal composition)의 파괴 메커니즘을 견딜 수 있는 SOA의 능력은 증가된다.

또한 상기한 목적은 액티브 이득 영역의 W_in(㎛)이 W_out(㎛)과 동일하도록 선택됨으로써 달성된다. 본 발명에서, 소자 제조 기술의 간략화는 일반 SOA와는 반대로, 입력 방사선 쪽의 불포화 이득 영역(unsaturated gain region)에 인가되는 전류 손실이 크게 감소함으로써 달성된다. 액티브 이득 영역의 W_out이 W_in보다 더 크게 선택될 경우, 회절 제한된 증폭 출력 방사선은 레이저 이종 구조물의 층들에 대해 평행한 면에서 감소된다.

또한, 방사선 입력-출력 영역은 소자가 동작할 때 증폭되는 방사선의 파장(λ)(㎛)에 대한 투과 스펙트럼 밴드(spectral band)를 갖는 광학적으로 균일한 재료로 이루어지도록 제안된다.

상기한 요구 사항은 입사되고 출사되는 방사선이 방사선 입력-출력 영역의 서브층으로 전파될 경우, 상기 서브층에서 흡수 및 분산으로 인한 상기 방사선의 광 손실은 적어야 하며, 특히 광 손실 계수(α_IORq)는 반드시 다음 수학식을 만족해야 한다는 사실로부터 기인한다.

여기서 L_IOR은 방사선 입력-출력 영역에 대한 길이 L_IOR-I및 L_IOR-O중 최대값이다.

자명하게, 상기 수학식 (10)을 만족하기 위해서는, 방사선 입력-출력 영역의 서브층이 광학적으로 균일해야 하고, 방사선 입력-출력 영역의 서브층에 대한 밴드갭(E_IORq)이 SOA의 스펙트럼 이득 밴드를 정하는 액티브 층의 밴드갭(E_a)보다 커야한다는 것이 첫째 조건이다. 흡수 손실은 E_IORq및 E_a간의 차이에 관한 함수로써 대략 지수적으로 감소한다. 그러므로 방사선 입력-출력 영역 내에서 파장(λ)(㎛)이 감소하는 재료로 방사선 입력-출력 영역을 형성하면 광 손실(α_IORq)은 감소시킬 수 있고, 그로 인해 본 발명의 목적 중 하나인 방사선 입력-출력 영역의 유효 길이를 증가시킨다는 목적을 달성한다.

소자에 대한 바람직한 실시예에서, 방사선 입력-출력 영역은 E_a(eV)보다 큰 0.09eV 이상의 밴드갭(E_IORq)(eV)을 갖는 반도체로 이루어질 수 있다.

이 경우, 방사선 입력-출력 영역에서의 캐리어 농도가 1×10¹⁸cm^-3를 초과하지 않을 경우, 흡수로 인한 광 손실 계수(α_IOR-abs)는 0.1cm^-1이하로 될 수 있다.

일반적인 경우에 방사선 입력-출력 영역은 반도체 재료만으로 이루어질 수 없다. 방사선 입력-출력 영역의 특성, 특히 굴절률(n_IOR) 및 흡수와 분산으로 인한 광 손실 계수(α_IOR)가 상기 수학식 (3) 및 수학식 (10)을 만족시킬 필요가 있다.

더욱이, 본 발명에서 두께(d_IOR)는 5㎛ 내지 50,000㎛의 범위로부터 선택되는 것을 제안했다. 본 발명에서, 두께(d_IOR)는 출사각도(φ), 길이(L_AGR), AC에서 제2 광 단면의 경사각도에 따라 선택한다. 물론, 방사선 입력-출력 영역의 폭(W_IOR)은 AC 전장(entire length)을 걸쳐 액티브 이득 영역의 폭보다 작지 않아야 한다.

바람직한 실시예에서 액티브 층의 중간면(median plane)이 부가적인 층의 내부 표면으로부터 소정 거리를 두고 배치되는 것을 제안하여, 증폭기가 작동할 때 생성되는 액티브 층의 상기 중간면에서의 증폭된 방사선 세기는 최대값에서부터 겨우 20% 정도 차이 난다.

이러한 제안은 레이저 이종 구조물의 층들과 방사선 입력-출력 영역의 조성물(층들의 굴절률 및 흡수 계수) 및 두께를 결정하여 이루어진다. 이것은 AC 동작의 최적화, 액티브 층에서 입력 방사선에 대한 이득의 증가, 및 결과적으로 출력 방사선의 효율 및 전력 증가를 유발한다.

많은 경우에, 레이저 이종 구조물의 도금층을 구성하는 서브층 중 적어도 하나는 n_IOR보다 작지 않은 굴절률을 갖도록 형성된다.

이것은 방사선의 출사각도(φ)와 입사각도(ξ)가 감소하는 방향으로, 상기 출사각도(φ)(수학식 (4) 참조) 및 입사각도(ξ)의 크기를 감소시킬 수 있도록 제어할 수 있다. 상기 출사각도(φ)와 입사각도(ξ)는, 예를 들면 커다란 이득 길이(L_AGR)를 갖지만 한정된 두께(d_IOR)를 갖는 본 발명에 따른 SOA를 설계하기 위한 목적으로 매우 작은 값을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 경계 표면(bordering surface)들이 액티브 층의 면에 대해 수직인 적어도 두 개의 영역으로 이루어지는 방사선 입력-출력 영역에 인접하는 레이저 이종 구조물의 서브층을 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 서브층의 이웃하는 영역들의 굴절률이나 두께는 상이하도록 선택된다.

보다 작은 두께 및/또는 보다 큰 굴절률을 갖는 영역은 제1 광 단면에 바로 인접하게 배치되어야 한다. 이 경우에, 출사되는 방사선의 세기는 지정된 영역에서 현저하게 증가하고, 증폭된 방사선 세기는 액티브 이득 영역 표면에서 현저하게 감소되므로, 반사된 의사 방사선(spurious radiation)에 대응하게 감소될 수 있다. 제1 광 단면 상에서 일어나는 증폭된 방사선 세기에 대한 부가적인 상기 감소는 소자의 동작 수명 및 동작 신뢰성을 증가시킬 수 있다는 것을 주목해야 한다.

또한, 부가적으로 적층되는 외부층은 증폭되는 방사선을 흡수하는 재료로 이루어지는 것을 제안한다. 상기 외부층의 목적은 증폭된 방사선에 대한 가능한 의사 반사 및 재반사(rereflection)의 흡수가, 예를 들면, 밴드간(interband)의 흡수를 저장함으로써 상기 층에서 최대로 이루어질 수 있도록 하는 것이다. 이것은 의사 방사선을 보다 효율적으로 억제할 수 있도록 하고, 그로 인해 증폭된 큰 값의 출력 전력에 대한 본 발명에 따른 SOA의 이득 모드의 안정성을 향상시킬 수 있다.

바람직한 실시예에서, 방사선 입력-출력 영역은 전기적으로 도전성을 갖도록 만들어질 수 있고, 다른 부가적으로 적층되는 층이 존재할 경우에는 역시 상기 적층되는 층도 전기적으로 도전성을 갖도록 만들어질 수 있다. 이 경우, 옴 접촉(ohmic contact)은 전기적으로 도전성인 방사선 입력-출력 영역의 표면에 의해 형성되고, 다른 부가적으로 적층되는 층이 존재할 경우, 옴 접촉은 상기 적층되는 층의 자유 면(free surface)에 의해 형성된다.

많은 경우, 단지 0.1cm^-1의 광 손실 계수(α_IORq)를 갖는 재료로 방사선 입력-출력 영역을 형성하는 것이 바람직하다.

소정 경우, 두 개의 서브층, 즉 제1 서브층 및 제2 서브층으로 방사선 입력-출력 영역을 형성하는 것이 바람직하며, 본 발명에서 레이저 이종 구조물에 접하는 제1 서브층은 전기적으로 도정성을 가져야 하며, 제2 서브층은 단지 0,1cm^-1의 광 손실 계수(α_IORq)를 갖는 재료로 형성되어야 한다. 이 경우, 옴 접촉은 방사선 입력-출력 영역의 제1 서브층에 의해 형성된다.

작은 광 손실 계수(α_IORq)는 증폭기의 유효 거리를 대응하게 증가시키고, 결과적으로 증폭기의 출력 전력 및 효율을 증가시킨다. 제2 서브층이 전기적으로 도전성을 갖지 않을 경우, 낮은 광 손실 계수(α_IOR2)를 발생시킨다. 굴절률(n_IOR2)의 크기가 제1 서브층보다 제2 서브층이 더 작으므로, 방사선이 제2 서브층으로 전파할 때 출사각도(φ)가 감소되고, 결과적으로 방사선 입력-출력 영역의 전체 두께를 감소시키게 된다. 또한, 이것은 제2 광 단면을 직교면에 평행하게 만들 수 있으므로, 제품에 대한 제조 기술을 단순하게 하고, SOA의 유효 거리를 증가시키며, 그에 따라 방사선의 출력 전력 및 효율을 향상시키는 결과를 초래한다.

소정 경우, 방사선 입력-출력 영역쪽의 옴 접촉은 액티브 층 및 방사선 입력-출력 영역 사이에 위치한 도금층에 속하는 전기적으로 도전성인 서브층 중 하나로 인해 형성될 수 있다. 옴 접촉은 최소 밴드갭 값을 갖는 전기적으로 도전성인 층으로 인해 형성되는 것이 바람직하다.

옴 접촉을 형성하기 위해 본 발명에 따른 변형예는 SOA의 제조 기술을 간략화할 수 있다.

또한 본 발명의 목적은 방사선 입력-출력 영역에 대한 본 발명에 따른 상이한 설계에 의해 달성된다. 이러한 설계들은 수학식 (4) 내지 수학식 (8)에 의해 정해지는 것과 같은 입사각도(ξ) 및 출사각도(φ)에 대한 최대 가능한 범위의 레이저 이종 구조물을 이용한다. 게다가, 본 발명은 방사선의 입력 및 출력 양방향으로부터, 제1 광 단면에 대해 상이한 경사각도(Ψ)를 갖는 방사선 입력-출력 영역을 제안했다. (본 발명에서 광 단면의 경사각도는 방사선 입력-출력 영역의 내부 표면에 대한(subtend) 광 단면의 각도에 따라서, 예각 또는 둔각을 형성한다.) 따라서 본 발명에 의해, 좀더 향상된 효율, 출력 전력, 내구성, 신뢰성, 좀더 증가된 입력 구경 및 출력 구경, 및 증폭된 방사선의 상이한 입력 및 출력 방향에 대한 출력 방사선의 감소된 확산 각도를 갖는 SOA를 설계할 수 있고, 동시에 제조 기술의 간략화를 실현할 수 있다.

직교면에 평행하게 형성된 무반사 코팅층을 갖는 제2 광 단면을 통과하여 방사선을 입력하기 위해, 입력 각도(δ)가 다음 조건식, 즉 arcsin(n_IORqsinξ)을 만족하도록 형성된다.

방사선 입력-출력 영역의 외부 표면을 통과하여 방사선을 입력하기 위해, 무반사 코팅층은 방사선 입력-출력 영역의 내부 표면과 대향하며 방사선 출력측의 제2 광 단면에 인접하는 방사선 입력-출력 영역의 일부 표면 상에 출력 구경의 크기에 따라 정해지는 만큼 형성되고, 상기 제2 광 단면은 액티브 층의 면과 둔각을 형성하고 다음 범위에서 선택된 경사각도(Ψ₃)로 이루어진다.

내지

입력 방사선이 입력면에 수직으로 향할 경우, 경사각도(Ψ₃)는이 되도록 선택된다.

액티브 층의 면과 예각을 형성하고 무반사 코팅층을 갖는 제2 광 단면을 통과하여 방사선을 입력하기 위해, 광 단면은 다음 범위로부터 선택된 경사각도(Ψ₃)를 갖도록 형성된다.

내지

증폭기가 작동할 경우, 입력 방사선은 상기한 광 단면에 수직으로 향하고, 그런 다음 경사각도(Ψ₃)는 입사각도(ξ)와 동일하도록 선택된다.

액티브 층의 면과 예각을 형성하고 무반사 코팅층을 갖는 제2 광 단면을 통과하여 방사선을 입력하기 위해, 광 단면은 다음 범위로부터 선택된 경사각도(Ψ₄)를 갖도록 형성된다.

내지

증폭기가 작동하는 동안 출력 방사선을 출력면(output surface)쪽으로 수직으로 향하게 하기 위해, 입사각도(Ψ₄)는 출사각도(φ)와 동일하게 선택된다.

직교면에 평행하게 만들어진 무반사 코팅층을 갖는 제2 광 단면을 통과하여 방사선을 출력하기 위해, 출사각도(φ)는 상기 출력면으로부터의 내부 전반사 각도(σ)보다 작게 선택된다.

하나의 동일한 제2 광 단면을 통과하여 방사선을 입력하고 출력하기 위해, 본 발명에서 반사 코팅층은 제2 광 단면들 중 하나의 광 단면상에 직교면에 평행하게 형성되며, 무반사 코팅층은 대향하는 다른 제2 광 단면 상에 형성되는 것이 제안된다. 본 발명에서, 방사선의 입력은 입력 구경의 크기에 의해 정해지고 방사선 입력-출력 영역의 내부 표면과) 제2 광 단면의 경계부터 시작하여 겨우 L_AGR·tanφ의 거리만큼 이격되게 위치하는 상기 무반사 코팅층의 일부를 통과하여 이루어지고, 방사선의 출력은 상기 무반사 코팅층의 다른 부분을 통과하여 이루어진다. 이런 특정한 경우에, 반사 코팅층은 출력 전력을 증가시키기 위해 반사 코팅층을 갖는 제2 광 단면에 인접한 제1 광 단면 상에 도포되는 것이 제안된다.

본 발명에 의해 제안된 2-경로 SOA에서, 증폭된 방사선의 입력 및 출력은 제2 광 단면 상에서 곧바로 공간적으로 분리된다.

내부 표면에 대향하는 입력-출력 영역의 표면을 통과하여 방사선을 출력하기 위해, 무반사 코팅층은 방사선 입력-출력 영역의 내부 표면과 대향하며 방사선 출력측의 제2 광 단면에 인접하는 방사선 입력-출력 영역의 일부 표면 상에 출력 구경의 크기에 따라 정해지는 만큼 형성되고, 상기 제2 광 단면은 액티브 층의 면과 둔각을 형성하고 다음 범위에서 선택된 경사각도(Ψ₄)로 이루어진다.

내지

출력 방사선이 출력면에 대해 수직으로 출력될 수 있도록, 경사각도(Ψ₄)는로 되도록 선택된다.

본 발명에서, 멀티 빔 SOA를 얻기 위해, 방사선 입력-출력 영역은 적어도 두 개의 서브 영역으로 이루어지고, 상기 제1 서브 영역은 마스터 광원과 광적 결합되며, 증폭기가 작동하는 동안 각 서브영역으로부터 방사선 출력을 위하여 제2 광 단면에 의해 두 개의 서브 영역은 분리되는 것이 제안된다. 서브 영역들을 형성하는 면들의 기울기는 방사선 입력쪽의 제2 광 단면의 기울기와 상이할 수 있다. 이 경우, 액티브 층의 면에 대해 수직으로 출력되는 방사선 출력을 포함한 방사선을 출력을 위해 상이한 조합의 경사각도(Ψ₃, Ψ₄)를 가질 수 있다.

예를 들면, 방사선 입력-출력 영역의 위치에 대향하는 레이저 이종 구조물의 면을 통과하는 방사선을 출력하기 위해, 방사선 출력쪽의 제2 광 단면은 다음 범위에서 선택된 경사각도(Ψ₄)로 형성되고, 무반사 코팅층은 방사선 입력-출력 영역의 위치에 대향하는 레이저 이종 구조물의 표면 상에 자신의 투광 영역으로 형성되는 것이 제안되고, 상기 제2 광 단면은 액티브 면과 예각을 형성한다.

내지

다단계 AC를 갖는 SOA를 설계하기 위해, 다음의 것이 제안된다.

· 각 이득 영역에 대한 동일한 입사각도(ξ)와 출사각도(φ)를 갖는 적어도 두 개의 액티브 이득 영역이 방사선 입력-출력 영역의 표면 상에 형성되는 것, 또는

·적어도 두 개의 액티브 영역이 방사선 입력-출력 영역의 표면 및 액티브 층의 표면에 평행한 하나의 라인을 따라 액티브 영역의 시작 간격이 2d_IOR/tanφ로 이격되게 형성되는 것, 또는

· 각 이득 영역에 대한 동일한 입사각도(ξ)와 출사각도(φ)를 갖는 적어도 하나의 액티브 이득 영역이 방사선 입력-출력 영역의 대향면 상에 형성되는 것, 또는

·적어도 하나의 액티브 이득 영역이 서로 평행하고 대향 면상에 있는 두 개의 라인 각각을 따라 액티브 영역의 시작 간격이 d_IOR/sinφ로 이격되게 대향면 상에 형성되는 것.

또한 본 발명은 입력 방사선의 비표준(nonstandard) 마스터 광원을 사용하고 다단계 AC를 포함하는 개별적 SOA 및 일체형 SOA 양자가 제안된다.

개별적인 SOA에 대한 실시예에서, 마스터 입력 방사원은 제2 증폭 소자로서 형성되는 것이 제안된다. 이 경우, SOA는 커다란 지향성을 갖는 고휘도성 방사선의 광원이다.

고휘도성 방사선을 갖는 일체형 SOA를 얻기 위해, 마스터 광원의 액티브 이득 영역은 증폭 소자의 방사선 입력-출력 영역에 배치되므로 액티브 이득 영역의 출사각도(φ)는 증폭 소자의 액티브 이득 영역의 입사각도(ξ)와 동일하도록 하는 것이 제안된다.

레이저 방사선을 갖는 일체형 SOA를 얻기 위해, 반사기가 마스터 광원의 액티브 이득 영역과 일체형이 되는 것이 제안된다.

상기 SOA의 증폭된 출력 방사선은 낮은 비점수차로 수직면 및 수평면 모두에서 작은 확산 각도를 갖는 고출력 전력에 의해 구분된다.

다음의 변형은 일체형 SOA 실시예를 위한 제안된다.

·마스터 광원 및 증폭 소자의 액티브 영역은 방사선 입력-출력 영역의 동일한 내부 표면 상에 존재한다.

·마스터 광원 및 증폭 소자의 액티브 영역은 방사선 입력-출력 영역의 표면 및 액티브 층의 면에 평행한 동일한 라인 상에, 액티브 영역의 시작 간격이 2d_IOR/tanφ로 이격되게 존재한다.

·마스터 광원 및 증폭 소자의 액티브 이득 영역은 방사선 입력-출력 영역의 대향 면들 위에 배치된다.

·마스터 광원 및 증폭 소자의 액티브 이득 영역은 서로 평행하고 대향 면들 위에 존재하는 두 개의 라인 각각을 따라 액티브 영역의 시작 간격이 d_IOR/sinφ로 이격되게 대향면 상에 형성된다.

다단계 AC를 갖는 SOA에 해당하는, 개별적 SOA의 실시예와 일체형 SOA에 대한 실시예 모두를 위해 방사선 입력-출력 영역의 적어도 한 표면 일부가 반사 특성을 갖도록 형성된다.

상기 반사 표면으로부터 방사선 내부 전반사에 의해, 상기 반사 표면은 액티브 이득 영역에 대해 공통인 방사선 입력-출력 영역의 액티브 이득 영역들 간의 광 결합을 수행한다.

상이한 피드백 형태에 의해 구별되는 개별 설계 및 일체형 설계 양자로 이루어진 레이저 방사선을 갖는 SOA을 위해, 제2 증폭 소자(마스터 레이저)의 액티브 이득 영역의 반사기와 AC의 액티브 이득 영역의 반사기는 예를 들면 다음의 형태로 형성된다.

·반사 코팅층(relective coating)

·분산형 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)

·마스터 광원의 액티브 이득 영역 전장에 걸친 분산형 피드백 반사기(distributed feedback reflector)

본 발명의 핵심은 증폭 소자 내로 평행한 입력 방사선의 분산된 입력(distributed input) 및 증폭 소자로부터 작은 확산 각도를 갖는 회절 제한된 증폭 출력 방사선의 분산된 출력(distributed output)을 위한 신규하고, 비자명한 제안이다. 본 발명에 따른 SOA에서, 증폭된 방사선의 출력과 같은 입력 신호의 입력은 액티브 이득 영역의 길이에 동일하고, 증폭 소자의 두께보다 몇 배 이상 큰 증폭 소자의 전장에 걸쳐 동시에 발생한다. 이것은 마스터 광원으로부터 입력 표면상으로 특정 각도로 입사된 평행 빔을 사용하는 입력 방사선의 입력 동작을 포함하는 모든 핵심적인 특징의 집합체, 본 발명에 의해 제안된 방사선 입력의 신규하고 비자명한 수단으로 이루어지는 SOA의 증폭 소자와 일체형 즉, 보통 부가적으로 채용되는 제2 광 단면에 의한 끝단면(end face)으로 정해지는 방사선의 입력/출력을 위해 부가적으로 채용되는 영역 및 전체 레이저 이종 구조물을 포함하는 단일화된(일체형) 입력/출력 수단 내에 일반적으로 결합된 결합체, 및 사용된 레이저 이종 구조물의 특성, 입력-출력 영역 자체의 재료, 및 광 단면의 기울기에 대해 본 발명에 의해 공식화된 원래의 비자명한 요구들의 세트에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 핵심은 유사한 증폭 소자의 형태로 고휘도성이나 또는 레이저의 입력 방사선에 대한 마스터 광원을 갖는 일체형 실시예에서 멀티빔 방사선 출력 및 다단계 증폭 소자를 갖는 본 발명에 따른 신규한 SOA이다.

L. Goldberg et al. (IEEE J. of Quantum Electronics (1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)에 의해 기술된 소자를 포함하는 현재 사용되고 있는 SOA와 비교할 때, 본 발명에 따른 SOA의 장점은 다음과 같다.

입력 구경 및 출력 구경의 면적은 수직면에서 구경들의 크기 증가로 인해 증가된다. 종래 기술과 비교할 때, 비율 d_IOR/d_AGR에 의해 정해지는 상기 증가는 수백, 수천 배 이상이다.

입력 구경의 면적 증가는 고효율의 강력한 SOA 및 고감도 광 전치 증폭기(optical preamplifier)를 설계하는데 중요한, 입력 신호가 액티브 영역 내로 공급될 때 상기 입력 신호의 손실을 감소하고, 그로 인한 AC 내로 보다 커다란 입력 전력을 입력하며 입력 신호의 입력 효율을 증가시키는 것뿐만 아니라 액티브 이득 영역 내로 직접 입력 방사선을 정확하게 주입하기 위해 많은 노동력을 요하는 공정을 현저하게 단순화시킬 수 있도록 한다.

출력 구경의 면적 증가는 수직면에서 회절 제한된 증폭 출력 방사선의 확산 각도(θ_┴)를 감소시키고, 상기 방사선의 비점수차를 감소시키며, SOA[3]로부터 방사선을 추출하는 동안 제2 광 단면 상에서의 증폭된 출력 (방사선) 세기를 (거의 d_IOR/d_AGR) 만큼) 크게 감소시킬 수 있도록 한다. 동시에, 종래 기술[3]의 설계와 비교할 때, 제1 광 단면 상에서의 방사선 세기는 방사선이 추출되는 쪽에서 감소된다.

본 발명에 의해 제안된 SOA 설계는 방사선 입력-출력 영역으로부터 상이한 방향으로 방사선의 입력 및 출력을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 고효율과 커다란 입력 및 출력 구경에 의한 커다란 출사각도(φ)를 갖는 SOA의 종류를 확장할 수 있다.

방사선 출력측의 제1 및 제2 광 단면 상에서 출력 방사선 세기가 감소하는 것은 종래 기술의 경우에서처럼, 극단적인 파괴 강도(breakup intensity)에 도달하지 않고 고레벨의 출력 방사선 전력을 얻을 수 있고; 심지어 고레벨의 전력에서도 작동 수명의 증가 및 본 발명에 따른 SOA의 신뢰성을 보장할 수 있도록 한다.

α_MS, α_AGR, α_IOR에 대응하는 값의 선택은 소자의 유효 이득 길이에 대한 현저한 증가를 가능하게 하여, 액티브 이득 영역의 부피 증가를 가능하게 하며, 결과적으로 상호 수직인 두 개의 면에서 회절이 제한된 확산이 이루어지는 양질의 레이저 방사선의 효율 및 출력 전력의 증가를 가능하게 한다.

유효 거리를 증가시키는 것은 일체형 SOA에 대한 실시예에서 멀티빔 SOA와 SOA를 포함하여, 증폭 소자의 형태로 마스터 입력 방사원과 다단계 증폭기를 구비하는 멀티빔 SOA 및 SOA에 대한 본 발명에 의해 제안된 미래 지향적인 설계의 실현을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 SOA의 다른 중요한 장점은 분산되는 방사선의 액티브 이득 영역에서부터의 입력 및 액티브 이득 영역으로의 출력에 대한 근본적으로 신규한 제안된 메커니즘에 의해 정해지는 높은 출력 방사선 레벨에서 높은 작동 안정성(stability, steadiness)을 갖는다는 것이다.

이미 선정되어 전형적인 SOA의 제조시에 광범위하게 사용되는 공지된 기본 제조 공정을 본 발명에 따른 SOA를 기술적으로 실현하기 위해 이용한다는 것을 주목해야 한다.

다음에, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 특정 실시예를 설명한다. SOA 설계에 대해서 제시된 실시예만이 존재하는 것이 아니고 특허청구범위의 특징 전체를 특징부가 반영하고 있는 다른 실시예가 존재할 수 있다.

도 1에 개략적으로 도시된 본 발명에 따른 SOA는 입력 방사선을 형성하기 위해 동일한 광축에 위치하는 마스터 광원(1)과 광시스템(2), 및 AC(3)을 포함하고, 상기 AC(3)의 액티브 영역에 대한 종축은 상기 두 소자에 대한 광축의 연장선 상에 존재하지 않는다. 상기 AC(3)는 기판(5) 상에 위치한 반도체 레이저 이종 구조물(4)로 구현되고, 액티브 층(6), 액티브 층(6)의 양면에 위치하는 도금층(7, 8), 및 상기 도금층(7) 상의 콘택층(9)으로 이루어진다. 상기 도금층(8)은 기판(5) 상에 위치한다. 고농도로 도핑된 콘택층(9)(본 실시예에서는 p형으로 설계됨)은 옴 접촉(10)을 형성하기 위한 것이다. 두 번째 옴 접촉(11)은 기판(5)의 외부 표면 상에 상기 기판(5)에 의해 형성된다(도 10 참조).

액티브 이득 영역(도 2 참조)은 장벽 영역(13)에 의해 메사 스트립(12) 형상으로 구현된다. 변형에 의해, 상기 액티브 이득 영역의 구조는 도 2에 개략적으로 예시된 것처럼 점점 확장될 수 있게 선택될 수 있다. 입력측 폭(W_in)은 10㎛가 되도록 선택되고, 출력측 폭(W_out)은 160㎛이다. 경우에 따라 제1 광 단면(14, 15)이라고 지칭하는 액티브 이득 영역의 입력측 광 단면(14)과 액티브 이득 영역의 출력측 광 단면(15)이 무반사 코팅층(16)으로 도포된다. 본 명세서의 경우, 무반사 코팅층(16)은 0.001의 반사 계수(reflection coefficient)를 갖고, 기판(5)은 방사성 입력-출력 영역(17)이다.

방사선의 입력 및 출력측 상에, 방사선 입력-출력 영역(17)은 제2 광 단면(18, 19)에 의해 둘러싸여 있고, 입력 및 출력되는 방사선을 위해 0.001의 반사 계수를 갖는 무반사 코팅층(16)은 또한 상기 제2 광 단면(18, 19) 상에 도포된다. 도 1에 개략적으로 도시된 구조에서, 제1 광 단면(14, 15)은 액티브 층(6) 면과 예각을 이루고, 직교면에 대해 대응하는 각도로 기울어져 있다: ξ와 동일한 Ψ₁및 Ψ₂, φ와 동일한 Ψ₃및 Ψ₄: 여기에서 각도 ξ는 출사각도(outflow angle; φ)와 동일하고 9。30′의 값을 갖는다. 상기 각도들의 절대값은 서로 아크코사인(arccos)(n_eff/n_IOR)값을 갖는 출사각도(φ)와 동일하다(Handbook of Semiconductor Lasers and Photonic Integrated Circuits, edited by Y. Sucmatsu and A. R. Adams, Chapman-Hill, London, 1994, pp.58-65). 방사선 입력-출력 영역(17)의 내부 표면(20)은 도금층(8)에 의해 둘러싸여 있고, 적어도 길이(L_AGR)를 갖는 방사선 이득 축을 따라서 길이(L_IOR-I)를 갖는다. 소정 설계를 위해, 지정된 길이는 실질적으로 동일하고, 방사선 입력-출력 영역(17)의 외부 표면(21)은 상기 길이(L_IOR-I)보다 짧은 길이(L_IOR-O)를 갖는다. 본 발명에 따른 SOA의 L_IOR-O의 길이는 실질적으로 L_AGR의 길이와 동일한 1500㎛이다. 방사선 입력-출력 영역(17)의 두께(d_IOR)는 260㎛로 선택된다.

AC(3)(도 1)의 종단면은 광학적으로 균일한 방사선 입력-출력 영역(17)에 해당하는 소정 서브 영역을 갖는 레이저 이종 구조물을 구성하는 광학적으로 균일한 층들과 서브층 및 콘택층(9)을 차례로 도시한다. 도금층(7)은 두 개의 서브층(22, 23)으로 이루어지고, 액티브 층(6)은 하나의 서브층으로 이루어지며, 도금층(8)은 두 개의 서브층(24, 25)으로 이루어지고, 상기 층(25)은 방사선 입력-출력 영역(17)에 인접한다(표 1 참조). 본 명세서에 도시된 구조를 설계하기 위하여, 반도체층은 전기적으로 도전성인 갈륨 비소(gallium arsenide)를 이용하여 공지된 MOCVD법에 의해 방사선 입력-출력 영역(17)으로 작동하는 기판(5) 상에서 성장된다. 방사선 입력-출력 영역(17)의 이종 구조물(4)을 구성하는 층들에 대한 조성물(composition), 두께, 굴절률, 도핑 형태와 도핑 농도, 및 대응하는 흡수 계수(absorption coefficient)는 (표 1)에 제시되며 또한 도4 및 도 5에 도시된다. 증폭된 방사선의 파장(λ)(㎛)은 액티브 층(6)의 조성물에 의해 정해지고 0.98㎛의 크기를 갖는 이득 밴드 내에 존재하도록 선택된다.

본 발명에 따른 SOA가 전원(power source)에 연결될 경우, 공지된 SOA(L Goldberg et al., IEEE J. Of Quantum Electronics(1993), Vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042의 소자 참조)에서 액티브 영역 내로 입력되는 파장(λ)(㎛)을 갖거나 또는 소자의 이득 밴드 내의 파장을 갖는 입력 방사선을 해당 비율로 증폭(amplification)하는 AC에서처럼, AC(3)에서 작용하는 비평형 캐리어(nonequilibrium carrier)는 AC(3)의 액티브 층(6) 내로 주입된다.

수직면에 평행한(collimated) 25㎽의 입력 방사선이 2,475㎛²(247.5㎛의 수직 입력 면적에 10㎛의 수평 입력 면적을 곱한 값)의 입력 면적(S_in)을 갖는 제2 광 단면(18) 상으로 입사된다.

화살표를 갖는 기준선(standard line)들은 마스터 광원(1)으로부터 입사각도 δ를 갖고 제2 광 단면(18)으로 평행한 입력 방사선의 방향 및 제2 광 단면(19)에 대해 굴절률 ε을 갖는 회절 제한된 증폭 출력 방사선(diffraction-limited amplified output radiation)의 방향을 도시한다. 본 발명의 설계(도 1 참조)에서, 소자가 작동할 때, 방사선의 입력 및 출력 동작은 대응하는 제2 광 단면에 대한 직교면을 따라 이루어진다. 동일한 방법이 입사각도 ξ를 갖고 레이저 이종 구조물(4) 내로 입사되는 방사선의 방향 및 방사선 입력-출력 영역(17) 내에서 출사각도(φ)를 갖고 레이저 이종 구조물(4)로부터 출사되는 방사선의 방향을 지정하기 위해서도 사용된다.

본 발명의 실시예에서 이종 구조물 및 SOA 양자에 대한 기본 파라미터는 멀티층 레이저 이종 구조물에서 대응하는 경계 조건식(boundary conditions)으로 맥스웰 방정식(Maxwell's equation)을 해결하는 행렬법(J. Chilwall and I. Hodkinson, Journ. Opt. Soc. Amer., A(1984), Vol. 1, No. 7, pp. 742-753)을 기본으로 하여 특히 본 출원인에 의해 개발된 프로그램에 따라 실행된 수치 시뮬레이션에 의해 얻어진다.

이러한 산출은 다음의 초기 데이터가 사용된다.

· g₀= 200㎝^-1: 본 발명을 달성하기 위해 필요한 액티브 층(6)에서의 재료 이득(material gain);

·μ = 5 × 10^-16㎠: (g + g0)(cm^-1)과 주입되는 전자(electron)의 농도(N_e(cm^-3) 사이의 비례 계수(proportionality factor) (여기서, g(cm^-1)는 액티브 층의 재료 이득임.);

·τ = 1nsec: 액티브 층의 비평형(nonequilibrium) 전자의 수명(lifetime);

·α_AGR= 5cm^-1: 액티브 이득 영역에서 증폭된 방사선의 흡수 및 분산에 대한 광 손실 계수(optical loss factor);

·α_IOR= 0.001cm^-1: 방사선 입력-출력 영역(17)에서의 광 손실 계수로, 0.98의 파장(λ) 및 1 × 10¹⁸cm^-3의 캐리어(전자) 농도를 가질 때 (H. C. Huang et al., Journ. Appl. Phys. (1990), Vol. 67, No. 3, pp. 1497-1503)에 의해 갈륨 비소로 이루어진 방사선 입력-출력 영역(17)에 대하여 산출된 값; 및

·α₁₅= 15cm^-1: 제1 광 단면(15)을 통과하여 액티브 이득 영역의 단부에서 출사하는 방사선에 대한 손실 계수,

방사선의 산란으로 인해 방사선 입력-출력 영역(17)의 앞쪽에서 발생하는 가능한 손실 및 왜곡은 산술적으로는 발생하지 않는다(방사선 입력-출력 영역(17)이 광학적으로 균일하다고 가정함).

본 발명에서, 상기 파라미터의 가정값은 InGaAs/GaAs/AlGaAs계 레이저 이종 구조물(4)에 대한 전형적인 값이다. 대신, 상이한 결합을 갖는 레이저 이종 구조물(4)이 사용될 경우, 상기 파라미터는 변경될 수 있다.

본 발명에서 다음의 결과값은 SOA에 대한 수치 산출에 의해 얻어진 것이다.

·액티브 이득 영역에서부터 방사선 입력-출력 영역(17) 내로의 전송 출력 방사선(net outgoing radiation)에 대한 전송 손실 계수(net loss factor: α_OR)(cm^-1) = 177.2cm¹;

·액티브 이득 영역에서부터 콘택층(9) 내로의 출력 방사선에 대한 손실 계수(loss factor: α'_OR) = 1 × 10^-5cm^-1;

·방사선 입력-출력 영역(17)과 함께 레이저 이종 구조물(4)의 집합체에 대한 유효 반사 계수(n_eff) = 3.4775;

·레이저 이종 구조물(4)의 층과 방사선 입력-출력 영역(17)에 대해 수직인 면에서 증폭된 방사선의 근거리 필드 분포(도 5 참조); 및

·증폭된 방사선 세기에 대응하는 원거리 필드 분포(도 6 참조).

또한, 실시예 1에서처럼 가정된 SOA의 파라미터 및 치수에 기초하여 다음의 것을 정한다.

·액티브 이득 영역에서부터 방사선 입력-출력 영역(17) 내로의 방사선 출사각도(φ) = 9。30';

·액티브 이득 영역에서부터 방사선 입력-출력 영역(17) 내로의 출력 방사선의 출력 효율(η₁) = 0.8986;

·방사선 입력-출력 영역(17)을 관통하여 통과할 때 대응하는 방사선의 광손실(흡수) 및 대응하는 제2 광 단면(18, 19)으로부터의 반사 손실에 관련되는, 입력 방사선의 입력 효율(η_2in)과 출력 방사선의 출력 효율(η₂)= η₂=(η_2in) 0.99;

·차동 효율(differential efficiency)(η_g) = η₁× η₂= 0.9;

·3.825A의 동작 전류에 대한 증폭된 방사선의 출력 전력(Pout)은 4.32W;

·출력 방사선은 액티브 층의 면으로 9。30'인 출사각도 φ와 동일한 각도로 향하고, 수직면에서 상기 출력 방사선의 확산 각도(θ_┴)는 3.96mrad;

·수평면에서 상기 출력 방사선의 유효 확산 각도(θ_∥)는 6.12mrad;

·입력 구경 및 출력 구경(S_in, S_out)의 면적은 각각 S_in= 2.475㎛²및 S_out= 39,600㎛²; 및

제2 광 단면의 출력측 광 표면 상에서 증폭된 출력 방사선의 밀도(ρ₁₉)는 ρ₁₉' = 1.09 ×10⁴W/cm².

상기에 고려된 SOA의 설계에서, 도 7 내지 도 9에 개략적으로 도시된 레이저 이종 구조물(4)과 방사선 입력-출력 영역(17)은 변형될 수 있다. 변형이 행해질 경우, SOA의 특성은 다음과 같이 변경될 것이다.

도 7에서, 방사선 입력-출력 영역(17)에 인접한 도금층(8)의 서브 층(25)은 두 개의 서브 영역(26, 27)으로 이루어진다. 제1 광 단면에 접하는 서브 영역(27)이 0.2㎛의 두께를 갖고 L_AGR의 0.03배와 동일한 길이를 선택할 때, 제1 광 단면(15) 상의 액티브 이득 영역의 측면에서 방사선의 전력 밀도는 현저하게 감소할 것이다.

도 8에서, 방사선 입력-출력 영역(17)은 두 개의 서브층으로 이루어진다. 즉, 제1 서브층(28)은 30㎛의 두께를 갖고 (3 ×10¹⁸cm^-3의 캐리어 농도에 대해) 전기적으로 도전성이며, 제2 서브층(29)은 1 ×10¹⁶cm^-1내지 1 ×10¹⁷cm^-1의 저농도로 도핑된다. 이 경우에, 흡수 손실은 감소될 수 있고, 제2 서브층(29)의 광 손실 계수(α_IOR)가 부가적으로 감소함으로써 SOA의 효율은 증가될 수 있다. 본 실시예에서, 옴 접촉(11)은 도 12에 도시된 바와 같이 서브층(28)에 의해 바로 형성될 수 있다. W_in과 W_out이 작은 값을 갖고 있을 경우, 옴 접촉(11)은 도 11에 도시된 바와 같이 방사선 입력-출력 영역(17)에 인접한 도금층(8)의 도금 서브층 중 하나로 형성될 수 있다.

도 9에서, In_0.5Ga_0.5As로 이루어진 것처럼, 액티브 층(6)에 대한 E_a보다 밴드갭이 작은 고농도로 도핑된 반도체층(30)이 면이 대향하는(side opposite) 레이저 이종 구조물(4) 상의 방사선 입력-출력 영역(17) 상에 부가적으로 배치된다. 상기 반도체층(30)이 존재함에 따라 가능한 의사 광 반사를 흡수함으로써 SOA의 동작 안정화를 부가적으로 도모하고, 동시에 옴 접촉(11)의 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 필요할 경우, 제2 광 단면(19)의 기울기를 소정 값으로 변화하여 SOA의 동작 안정화를 더욱 향상시킬 수 있으므로 SOA로부터 반사된 증폭된 방사선은 액티브 이득 영역으로 입사되지 않는다.

본 발명에 따른 SOA의 다른 실시예에서, 도 1, 도 2 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 액티브 영역은 W_in= W_out= 200㎛의 폭을 갖는 스트립 형상으로 형성되고; L_IOR-I와 비슷한 길이 L_AGR및 방사선 입력-출력 영역(17)의 두께(D_IOR)는 10,000㎛ 및 1,700㎛가 되도록 선택된다. 이렇게 선택될 경우, 수학식 (10)이 만족됨을 주목해라 한다. 본 발명에 따른 SOA에 대해 이미 고려된 제1 실시예에서, (3.825A의 작동 전류에 대해) 4.32W의 전력을 갖는 출력 방사선이 마스터 광원(1)으로서 선택된다. 입력 방사선을 정형화하기 위한 광시스템(2)은 존재하지 않고, 마스터 광원(1)의 출력 방사선은 제2 광 단면에 대해 수직으로 직접 전송된다(도 1에 도시되지 않음). 본 실시예에서의 중요한 차이점은 SOA의 출력단에서의 증폭된 방사선 전력(P_out은 72W)이 현저하게 증가하고 수직면에서의 확산 각도(θ_┴)(θ_┴은 0.6mrad과 동일)는 감소한다는 것이다.

도 13 내지 도 16에 도시된 SOA에 따른 다른 실시예는 제2 광 단면에 대한 경사각도의 크기가 상기 실시예와 상이하다. SOA에 대해(도 13 참조), 광 단면(18, 19) 모두는 직교면에 평행하다. 이것은 평행한 입력 방사선의 입력 각도(δ) 및 회절 제한된 증폭 출력 방사선에 대한 굴절 각도(ε)가 동일해지는 결과를 초래한다.

SOA에 대한 다음 실시예(도 14 참조)에서, 제2 광 단면(18)은 직교면에 평행하게 만들어졌고, 제2 광 단면(19)은 출사각도 φ와 동일한, 보다 명확하게는 9。30'의 경사각도(Ψ₄)를 갖는다. 이전의 실시예와 본 실시예의 차이점은 증폭된 방사선이 광 단면(19)을 통과하여 상기 광 단면(19)에 대해 수직으로 출사된다는 것이다(굴절 각도(ε)는 0).

SOA에 대해(도 15 참조), 방사선 입력-출력 영역(17)의 제2 광 단면(18, 19) 모두는 (π/2 -φ/2)에 동일한, 본 실시예의 경우 40。15'인 경사각도(Ψ₃, Ψ₄)를 갖고, 상기 경사각도(Ψ₃, Ψ₄)는 방사선 입력-출력 영역(17)에 대해 상대적으로 둔각을 갖는다. 본 실시예에서, 평행한 입력 방사선과 증폭된 출력 방사선은 방사선 입력-출력 영역(17)의 외부 표면(21)으로 수직으로 향한다.

도 16에서, 제1 광 단면(15)과 제2 광 단면(19) 상에 형성된 반사 코팅층(31)의 결과로서 전진 횡단하는 동안뿐만 아니라 액티브 이득 영역의 귀환 횡단하는 동안에도 입력 방사선에 대한 증폭이 이루어진다. 후자인 복귀 횡단은 도 13에 도시된 SOA에서처럼 직교면에 평행하다. 2-경로 SOA에 대한 본 발명에 따른 실시예에서, 길이(L_AGR)를 보다 유효하게 사용한다; 본 실시예에서, 제2 광 단면(18)에서 이루어지는 증폭된 방사선의 입력 및 출력은 공간적으로 분리되고, 각도(δ 및 ε)는 도 13에 도시된 SOA에서와 동일하다.

도 17 및 도 18에 도시된 멀티 빔 SOA에 대한 설계는 분기 통신 네트워크에서 광 전력 증폭기를 제조하기 위한 광 섬유 통신선(fiber-optic communications lines)으로 많이 응용되었다. 이러한 SOA에서 방사선 입력-출력 영역(17)은 서로 동일한 거리로 이득 축을 따라서 연속적으로 위치하고 제2 광 단면(18, 19)에 의해 분리되는 일련의 서브 영역(32)으로 이루어진다. 도 17에 도시된 SOA의 실시예에서, 마스터 광원(1)으로부터 제2 광 단면(18)으로 입력 방사선이 인가된다는 것을 제외하고는, 제2 광 단면(18, 19)은 서로 동일하고 40。15'의 값을 갖는 경사각도(Ψ₃, Ψ₄)로 각 서브 영역(32) 마다 형성된다. 마스터 광원(1)으로부터의 입력 방사선은 도 1에 도시된 SOA의 실시예와 같이 AC(3) 내로 입력된다. 방사선 입력-출력 영역(17)의 제1 서브 영역(32)을 횡단한 후, 방사선은 이미 기술된 바와 같이 상기 서브 영역(32)의 제2 광 단면(19)으로부터 반사된 후 출력 표면을 통과하여 출력되는 것으로, 상기한 제2 광 단면(19)에 투사되어 방사선 입력-출력 영역(17)의 외부 표면(21)쪽으로 출력될 것이다. 액티브 이득 영역에 전파된 나머지 증폭된 방사선은 방사선 입력-출력 영역(17)의 유사한 제2 서브 영역(32)으로 입사되며, 방사선 입력-출력 영역(17)의 후속적인 모든 서브 영역(32)에서 상기한 공정이 연속 반복될 것이다.

본 발명에 따른 SOA의 멀티 빔 AC(3)에 대한 다른 실시예(도 17)에서, 각 서브 영역(32)의 제2 광 단면(19, 18)은 액티브 층(6)에 대해 예각으로 형성되고 방사선 입력-출력 영역(17)의 내부 표면(20)에서 교차한다. 제1 서브 영역(32) 내로의 입사되는 입력 방사선의 입사 동작은 도 13에 도시된 SOA 설계와 유사하게 이루어진다. 증폭된 출력 방사선의 출사 동작은 제2 광 단면(19)으로부터의 내부 전반사(total reflection)가 이루어질 때 레이저 이종 구조물(4)쪽으로 이루어진다. 상기한 단면의 경사각도(Ψ₄)는 (π/4 ＋ φ/2 － σ/2) 내지 (π/4 ＋ φ/2 ＋ σ/2)의 범위 내에서 선택되고, (출사각도(φ)가 9。30'일 경우) 51。이다. 방사선이 출사되는 곳은 콘택층(9)과 옴 접촉(10)이 제거되고, 무반사 코팅층(16)이 도포된다.

도 19 내지 도 24는 일체형 SOA(도 21 내지 도 24)을 포함하는 본 발명에 따른 SOA의 다른 변형예를 도시한다. 일체형 SOA에서, 방사선의 출력-입력-출력 동작이 단일화된 방사선 입력-출력 영역(17)내에서 달성된다.

SOA에서, 피드백이 일어나지 않을 때 개별적으로 설계(도 19 참조)되고 일체형 설계되어(도 21 참조) 지향성을 갖는 고휘도성 방사선(directional superluminescent radiation)의 광원으로 되는, AC(3)와 유사한 제2 증폭 소자(MS-AC(1))(도 19 참조), 또는 제2 액티브 이득 영역(도 21 참조)은 마스터 광원(1)으로 사용된다. MS-AC(1)로부터 AC(3) 내로 입력 방사선이 효율적으로 입사되기 위해, 입사각도(ξ)와 출사각도(φ) 모두는 동일하게 선택되고, MS-AC(1)(도 19 참조)와 일체형으로 설계된 SOA(도 21 참조)의 외부 표면(21)은 반사(표면으로부터의 내부 전반사)가 이루어지도록 형성된다.

상기 MS-AC(1)을 코히런트 이미터(coherent emitter)로서 실현하기 위해(도 20 참조), 제1 광 단면(14, 15) 상에, 제2 광 단면(18) 상에, 그리고 제2 광 단면(19) 중 일부분에 부가적으로 형성된 반사 코팅층(31)을 구비하는 도 14에 도시된 AC(3)의 설계를 선택한다. 이 경우, 피드백이 발생함에 따라, MS-AC(1)는 레이저 다이오드의 특성을 갖게 되고, 상기 레이저 다이오드에 의해 생성된 출력 방사선은 소정의 광시스템을 구비하지 않고 제2 광 단면(18) 상의 반사 코팅층(31)으로부터 반사된 후 AC(3)에 효율적으로 결합된다. 본 실시예에서, AC(3)의 제2 광 단면(18)은 MS-AC(1)의 제2 광 단면(19)과 반드시 평행하게 설계되어야 한다.

도 21 내지 도 24에 도시된 SOA(도 19 및 도 20과는 반대)는 다단계 증폭기 회로로 동작하는 상호 연결된 복수개의 AC(3)를 포함하고; 한 증폭기 회로에서 증폭되어 출력되는 방사선의 출력은 다음 증폭기 회로의 입력이 된다. 도 21 내지 도 23에 따른 SOA를 위해 마스터 광원(1)과 모든 AC(3)의 액티브 이득 영역은 방사선 입력-출력 영역(17)의 한 내부 표면(inner surface)에 이득 축을 따라 위치한다. 본 실시예에서, 액티브 이득 영역들간의 결합은 상기 액티브 이득 영역들에 대해 공통인 방사선 입력-출력 영역(17)의 외부 표면으로부터의 내부 전반사에 의해 달성된다. 액티브 이득 영역들의 시작 지점(initial point)들 간의 세로 거리는 2d_IOR/tanφ가 되도록 선택된다.

도 24에 도시된 SOA에 대해서, 마스터 광원(1)으로부터 시작하고, 대향 표면 상의 액티브 이득 영역의 시작면(initial face)들 사이의 최단 거리가 d_IOR/sinφ가 되도록 선택하는 액티브 이득 영역들은 방사선 입력-출력 영역(17)의 대향 표면들 상에 대안적으로 위치한다.

개별 소자들을 사용하는 본 발명에 따른 SOA(도 19 참조)의 특징은 AC(3)에 대한 방사선 입력-출력 영역(17)의 두께가 MS-AC(1)의 방사선 입력-출력 영역(17)의 두께보다 크다는 것이다. 이것은 다른 파라미터 값을 감소시키지 않으면서 증폭된 출력 방사선에 대한 확산의 회절 각도를 감소시킬 수 있고, 또한 필요하다면 다단계 증폭기일 경우 액티브 이득 영역들 간의 거리를 증가시킬 수 있다.

일체형으로 설계된 SOA(도 24 참조)의 특징은 소정 파장으로 레이저를 발사하기 위해 마스터 광원(1)의 액티브 이득 영역에서의 광 피드백은 역 지향성의 분산형 마이크로 반사기(distributed retrodirective microreflector; 33)에 의해 형성되고, 상기 마이크로 반사기(33)의 배치 간격은 공지된 방식에 따라 생성된 방사선의 파장에 관련된다(Handbook of Semiconductor Lasers and Photonic Integrated Circuits, edited by Y. Sucnatsu and A. R. Adams, Chapman-Hill, London, 1994, pp. 402-407.) AC(3)의 액티브 이득 영역은 확장할 수 있게 만들어져 있으므로, 증폭되는 방사선의 손실이 대수롭지 않을 만큼 AC(3)의 연속적인 각 액티브 이득 영역의 폭(W_in)이 이전 액티브 이득 영역의 폭(W_out)을 초과한다. 상기 SOA의 증폭된 출력 방사선은 SOA 방사선의 단독 주파수 특성뿐만 아니라 낮은 비점수차를 갖는 수직면 및 수평면 모두에서 작은 확산 각도로 고출력 전력을 얻을 수 있는 능력으로 특징이 구별된다.

그러므로, 종래 기술(L. Goldberg et al., IEEE J. Of Quantum Electronics (1993), vol. 29, No. 6, pp. 2028-2042)과 비교할 때, 본 발명에 따른 SOA에서 AC(3)의 입력 구경 및 출력 구경은 200 이상 정도 증가되고, 입력 방사선 및 증폭된 출력 방사선의 확산은 상기 동일한 정도만큼 감소되고(본 명세서에서, 회절-확산 방사선(diffraction-divergent radiation)은 상호 수직인 두 개의 방향에서 얻어진다), SOA에서 이득 영역의 유효 길이는 6.6 정도 증가되고, 출력 방사선 전력은 거의 30 정도 증가된다.

주입식 레이저 이외에, 반도체 광 증폭기는 비선형 광 크리스탈(nonlinear optical crystal), 의료 장비, 레이저 처리 장비, 및 넓은 범위에 걸쳐 에너지와 데이터를 전송하기 위한 시스템에서 제2 고조파 발생(second-harmonic generation)을 사용하여 스펙트럼의 가시 영역(적색광, 녹색광, 및 청색광)에 레이저 방사원을 설치할 때, 고체 섬유 레이저(solid-state and fiber laser)를 공급하기 위해 사용된다.

[표 1]

Claims

증폭기가 작동하는 동안 마스터 광원에 광 결합되는 증폭 소자 내로 입사각도(δ)로 입력되는 마스터 입력 방사원을 포함하는 반도체 광 증폭기에 있어서,

상기 증폭 소자는 측면부(face side)에서 액티브 이득 영역의 시작부와 끝단부를 정해지고 액티브 층의 종축에 대해 직교면(normal plane)이라 불리는 수직인 면과 함께 경사각도(Ψ₁, Ψ₂)를 정하는 제1 광 단면과 함께, 자신의 시작부에서 폭 W_in(㎛)을 갖고 자신의 끝단부에서 폭 W_out(㎛)를 가지며 길이 L_AGR(㎛)를 갖는 액티브 이득 영역뿐만 아니라, 각각에 적어도 하나의 서브층 두 개의 도금층 사이에 위치하는 굴절률(na)과 밴드갭 E_a(eV)을 갖는 액티브층을 포함하는 반도체 레이저 이종 구조물(heterostructure) 및, 억제하는 의사 방사선(spurious radiation)의 수단에 기초하여 구현되고;

입력 방사선은 평행하게 형성되고,

입사각도(δ)는 입력면 상의 입사각도와 동일하고,

증폭 소자는 적어도 하나의 액티브 이득 영역으로 구형되고, 상기 액티브 이득 영역에 적어도 하나의 부가적인 층이 레이저 이종 구조물의 적어도 일면 상에 채용되므로, 레이저 이종 구조물에 인접한 부가적인 층이 방사선에 대해 투과성을 갖는 방사선을 위한 입력-출력 영역으로 설계되고 적어도 하나의 서브층으로 이루어지며;

서로 인접한, 도금층의 서브층과 방사선 입력-출력 영역의 서브층들은 적어도 하나의 영역으로 그리고 적어도 하나의 서브 영역으로 각각 형성되고;

레이저 이종 구조물과 접하는 면 위에 위치한 방사선 입력-출력 영역의 표면―여기서 표면은 내부 표면이라 지칭함― 길이 L_AGR(㎛)보다 짧지 않은 길이 L_IOR-I(㎛)로 이루어지고;

적어도 두 개의 부가적인 제2 광 단면은 직교면과 경사각도(Ψ₃, Ψ₄)를 형성하도록 채용되고;

입력-출력 영역의 폭은 액티브 이득 영역의 폭보다 작지 않으며,

서브층의 굴절률(n_IORq)과 광 손실 계수(α_IORq)(㎝^-1)―여기서 q = 1, 2,...,p는 상기 이종 구조물의 경계로부터 계수되고 상기 방사선 입력-출력 영역의 연속적인 서브층의 수를 나타내는 정수로서 정의됨―를 가지는 두께 d_IOR(㎛)를 가지도록 형성되고;

동작하는 소자에서, 방사선 입력-출력 영역과 도금층의 서브층과의 경계에서 액티브층으로부터 출사하는 증폭된 방사선에 대한 전송 손실 계수(α_OR)(㎝^-1)가 증폭된 방사선 전력으로 영역이 작동하는 동안 액티브 이득 영역으로 인가되는 전력의 변환 효율(conversion efficiency)의 허용 가능한 최저값에 의한 하부값(α_ORmin(㎝^-1))에서부터 작동 전류 밀도의 허용 가능한 최대 값에 의한 상부값(α_ORmax(㎝^-1))의 범위 내의 값들로부터 선택되고;

레이저 이종 구조물의 액티브 층의 면에 대해 앞쪽(front) 그리고 증폭된 출력 방사선에 대한 앞쪽의 입력 방사선의 수직으로의 방사선 입력-출력 영역에 형성된 각도는 입사각도(ξ)와 출사각도(φ)로 지정되고, 방사선 입력-출력 영역의 출력 방사선에 대한 내부 전반사 각도는 반사 각도(σ)로 지정되고;

경사각도(Ψ)에 의존하는 입사각도(δ)는 입사각도(ξ)가 출사각도(φ)와 동일하게 선택되는 것에 의해 정해지고;

상기 입사각도(ξ)와 반사 각도(σ)는 다음 식을 만족하고

ξ＝arccos(n_eff/n_IOR1) 및 σ＝arcsin(1/n_IORq);

레이저 이종 구조물으로부터 출사되는 방사선의 조건을 고려하여, 방사선 입력-출력 영역과 함께 레이저 이종 구조물의 유효 굴절률(n_eff)과, 방사선 입력-출력 영역의 굴절률(n_IOR1)은 다음 식을 만족해야 하는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.

,

따라서 n_eff-min은 n_min보다 큼.

(여기서 n_eff-min은 상기 방사선 입력-출력 영역과의 결합체에서 실질적으로 관계가 있는 다수의 상기 이종 구조물에 대한 가능한 모든 유효 굴절률(n_eff) 중 최소값이고, n_min은 상기 이종 구조물의 층들 중 최소 굴절률을 나타냄.)
제1항에 있어서,

상기 W_in(㎛)이 W_out(㎛)과 동일하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항에 있어서,

W_out(㎛)이 상기 W_in(㎛)보다 크도록 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방사선 입력-출력 영역이 소자가 동작하는 동안 증폭되는 방사선의 파장λ(㎛)에 대한 투과성을 갖는 스펙트럼 밴드를 갖는 광학적으로 균일한 재료(optically homogeneous material)로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제4항에 있어서,

상기 방사선 입력-출력 영역이 0.09eV 이상의 E_a(eV)를 초과하는 밴드갭 E_a(eV)을 갖는 반도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 두께 d_IOR가 5㎛ 내지 50,00㎛ 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액티브 층의 중간면(median plane)이 증폭기가 작동할 때 증가하는 액티브 층의 이 중간면에서의 증폭된 방사선 세기가 최대 세기로부터 단지 20% 정도만큼 차이 나도록 부가적인 층의 내부 표면으로부터 소정 거리 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 이종 구조물 중 도금층을 이루는 적어도 하나의 서브층이 최소한 n_IOR1의 굴절률을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방사선 입력-출력 영역에 인접한 이종 구조물은 경계면이 액티브 층의 면에 대해 수직인 적어도 두 개의 영역으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제9항에 있어서,

상기 인접한 영역들의 굴절률이 상이한 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제9항에 있어서,

상기 인접한 영역들의 두께가 상이한 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 외부의 부가적인 층이 증폭되는 방사선을 흡수하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제11항에 있어서,

상기 부가적인 층이 전기적으로 도전성을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제13항에 있어서,

옴 접촉이 부가적인 층의 자유면(free surface)으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방사선 입력-출력 영역이 전기적으로 전도성을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제15항에 있어서,

옴 접촉이 상기 방사선 입력-출력 영역의 표면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제12항, 제15항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방사선 입력-출력 영역이 단지 0.1 ㎝^-1의 광 손실 계수(α_IORq)를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제12항, 제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방사선 입력-출력 영역이두개의 서브층으로 형성되고, 반도체 레이저 이종 구조물에 접해있는 제1 서브층은 전기적으로 도전성을 갖고, 반면에 제2 서브층은 단지 0.1 ㎝^-1의 광 손실 계수(α_IOR2)를 갖는 물질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제18항에 있어서,

옴 접촉이 방사선 입력-출력 영역의 제1 서브층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제12항, 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

옴 접촉은 액티브 층과 방사선 입력-출력 영역 사이에 위치하는 도금층의 전기적으로 전도성인 서브층들 중 하나의 서브층에 의해 방사선 입력-출력 영역 쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제20항에 있어서,

옴 접촉이 최소 밴드갭을 갖고 상기 전기적으로 전도성인 층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

방사선 입력측에 무반사 코팅층을 갖는 제2 광 단면은 직교면에 평행하게 이루어지고, 입사각도(δ)는 arcsin(n_IORqsinξ)의 조건을 만족시키도록 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 무반사 코팅층은 자신의 내부 표면에 대향하고

액티브 층의 면과 둔각을 형성하고 다음의 범위로부터 선택된 경사각도(Ψ₃)로 형성되는 방사선 입력측의 제2 광 단면과 인접하고, 입력 구경의 크기에 의해 정해지는 방사선 입력-출력 영역의 표면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.

「(π/4)－(ξ/2)－(σ/2)」 내지 「(π/4)－(ξ/2)＋(σ/2)」
제23항에 있어서,

상기 경사각도(Ψ₃)는 「(π/4) － (ξ/2)」이 되도록 선택되고, 입력 방사선은 입력 표면에 입력 표면에 수직으로 향하는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방사선 입력측에 무반사 코팅층을 갖고 액티브 층의 면과 예각을 형성하는 제2 광 단면이 (ξ-σ) 내지 (ξ ＋ σ)의 범위로부터 선택되는 경사각도(Ψ₃)로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제25항에 있어서,

상기 경사각도(Ψ₄)는 입사각도(ξ)와 동일하게 선택되고, 입력 방사선은 입력 표면에 수직으로 향하는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

방사선 출력측에 무반사 코팅층을 갖고 액티브 층의 면과 예각을 형성하는 제2 광 단면이 (φ-σ) 내지 (φ ＋ σ)의 범위로부터 선택되는 수직면에 대한 경사각도(Ψ₄)를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제27항에 있어서,

상기 경사각도(Ψ₄)가 출사각도(φ)와 동일하게 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

방사선 출력측에 무반사 코팅층을 갖는 제2 광 단면은 직교면에 평행하게 형성되고, 출사각도(φ)는 상기 제2 광 단면으로부터의 내부 전반사(σ) 각도보다 작게 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제29항에 있어서,

반사층은 제2 광 단면중 한 단면 상에 형성되고 직교면에 평행하게 형성되며,

무반사 코팅층은 상기 제2 광 단면에 대향하는 다른 광 단면 상에 형성되고,

방사선 입력은 입력 구경의 크기에 의해 정해지고 방사선 입력-출력 영역의 내부 표면과 제2 광 단면의 경계로부터 시작하여 겨우 L_AGR·tanφ의 거리만큼 이격되게 위치하는 상기 무반사 코팅층의 일부를 통과하여 이루어지고, 방사선의 출력은 상기 무반사 코팅층의 다른 부분을 통과하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제30항에 있어서,

상기 반사 코팅은 반사 코팅을 갖는 제2 광 단면에 인접한 제1 광 단면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

무반사 코팅층은 방사선 입력-출력 영역의 내부 표면에 대항하고 방사선 출력측의 제2 광 단면에 인접한 방사선 입력-출력 영역 표면의 일부분―여기서 일부분은 출력 구경의 크기에 의해 정해짐― 위에 형성되고,

제2 광 단면은 액티브 층과 둔각을 형성하고 「(π/4)－(ξ/2)－(σ/2)」 내지 「(π/4)－(ξ/2)＋(σ/2)」의 범위로부터 선택된 경사각도(Ψ₄)로 형성되는

것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제32항에 있어서,

상기 경사각도(Ψ₄)가 「(π/4)－(σ/2)」이 되도록 선택되고, 출력 방사선은 출력면에 수직으로 향하는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제27항, 제28항, 제32항, 또는 제33항에 있어서,

방사선 입력-출력 영역은 마스터 광원에 광 결합되는 제1 서브 영역을 포함하는 적어도 두 개의 채용된 서브 영역으로 형성되고, 상기 서브 영역들은 각 서브 영역으로부터의 방사선 출력을 위해 제2 광 단면에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제34항에 있어서,

액티브 층의 면과 예각을 형성하는 방사선 출력측의 제2 광 단면은 「(π/4)＋(φ/2)－(σ/2)」 내지 「(π/4)＋(φ/2)＋(σ/2)」의 범위로부터 선택된 경사각도(Ψ₄)로 형성되고, 무반사 코팅층은 방사선 입력-출력 영역 위치에 대향하는 레이저 이종 구조물의 표면 상에 자신의 투과 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항, 제27항 내지 제29항, 제32항 및 제33항 중 어느 한 항에 있어서,

각 이득 영역에 대한 동일한(identical) 입사각도(ξ)와 출사각도(φ)를 갖는 적어도 두 개의 액티브 이득 영역은 방사선 입력-출력 영역의 동일한 표면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제36항에 있어서,

상기 적어도 두 개의 액티브 이득 영역은 방사선 입력-출력 영역의 표면 및 액티브 층의 면에 평행한 단일 라인을 따라 액티브 영역의 시작 위치들 사이가 2d_IOR/tanφ로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항, 제27항 내지 제29항, 제32항 및 제33항 중 어느 한 항에 있어서,

각 이득 영역에 대해 동일한 입사각도(ξ)와 출사각도(φ)를 갖는 적어도 하나의 액티브 이득 영역은 방사선 입력-출력 영역의 대향 표면들 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제38항에 있어서,

적어도 하나의 액티브 이득 영역은 서로 평행하고 대향면들 상에 위치하는 두 개의 라인 각각을 따라 형성되고, 상기 대향면들 상에 위치하는 액티브 이득 영역의 시작 위치들 간의 최단 거리가 d_IOR/sinφ가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항, 제27항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,

마스터 입력 방사원이 제2 증폭 소자로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제40항에 있어서,

반사기가 제2 증폭 소자의 액티브 이득 영역 내에 채용되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제1항 내지 제21항, 제27항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,

마스터 광원의 액티브 이득 영역이 증폭 소자의 방사선 입력-출력 영역 상에 위치하고, 마스터 광원의 액티브 이득 영역의 출사각도(φ)가 증폭 소자의 액티브 이득 영역의 입사각도(ξ)와 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제42항에 있어서,

반사기가 마스터 광원의 액티브 이득 영역 내에 채용되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제42항 또는 제43항에 있어서,

상기 마스터 광원 및 증폭 소자의 액티브 이득 영역이 방사선 입력-출력 영역의 동일한 내부 표면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제44항에 있어서,

상기 마스터 광원 및 증폭 소자의 액티브 이득 영역이 방사선 입력-출력 영역의 표면 그리고 액티브 층의 면에 평행한 동일 라인 상에 상의 액티브 영역의 시작 위치들 사이가 2d_IOR/tanφ로 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제42항 또는 제43항에 있어서,

상기 마스터 소스 및 증폭 소자의 액티브 이득 영역이 방사선 입력-출력 영역의 대향 표면들 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제46항에 있어서,

상기 마스터 소스 및 증폭 소자의 액티브 이득 영역이 서로 평행하고 대향면들 상에 위치하는 두 개의 라인 각각을 따라서 형성되고, 상기 대형면 상에 위치하는 액티브 이득 영역의 시작 위치들 간의 최단 거리가 d_IOR/sinφ가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제36항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,

방사선 입력-출력 영역 중 적어도 한 표면 일부가 반사성을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제41항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반사기가 반사 코팅으로 구현되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제41항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반사기가 분포형 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)로서 구현되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.
제41항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반사기가 마스터 광원의 액티브 이득 영역의 전장(entire length)을 다라 분산형 피드백 반사기(distributed feedback reflector) 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 반도체 광 증폭기.