KR20020081237A - 발산영역을 가진 반도체 레이저 엘리먼트 - Google Patents

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스테파노 발사모
죠르지오 지스로티
살바토르 모라스카
피오렌조 트레찌
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코닝 오.티.아이. 에스피에이
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Abstract

단일모드 광섬유에 접속하기 위한 반도체 리지 레이저는 좁은 평행영역, 발산영역 및 출력단면에 이웃한 넓은 평행영역을 구비한 리지를 갖는다. 레이저의 펌프영역은 리지의 전체 영역보다 작고, "T"자형태를 갖는다. 바람직하게, 상기 리지는 약 350 내지 550㎚의 깊이를 갖고, 상기 좁은 평행영역은 리지의 전체길이의 0.4배 이상의 길이를 갖는다. 출력에서 넓은 평행영역은 레이저가 낮은 열저항을 얻을 수 있도록 하며, 이는 낮은 작동온도, 레이저 공동에서의 낮은 출력밀도 및 낮은 비점수차의 원인이 된다.

Description

발산영역을 가진 반도체 레이저 엘리먼트{SEMICONDUCTOR LASER ELEMENT HAVING A DIVERGING REGION}
특허 및 공보에는 반도체 레이저 엘리먼트에서 이득 안내 및 굴절률 안내를 위한 다양한 구조가 개시되어 있다. 예를 들어, 미국특허 제4,251,780호는 레이저 평면상에 스트립 오프셋 형태를 가진 다층 평판형 주입 레이저를 개시하고 있다. 상기 특허는 오프셋 형태가 벽개된 단면에 대해 직교하지 않고 횡모드를 안정화시키는 스트립 또는 기판 채널인 것을 개시하고 있다. 상기 횡모드를 효과적으로 제어하기 위한 레이저 스트립으로서 포물선 또는 사다리꼴 형태가 개시되어 있다. 일부 실시예에서, 상기 스트립 오프셋 형태는 중앙의 직선 부분에 연결된 2개의 포물선 부분을 갖는다.
미국특허 제4,942,585호는 넓은 출력단면과 좁은 거울 단면 사이에 펌프된 사다리꼴 이득 매체층을 가진 반도체 레이저를 개시하고 있다. 상기 레이저는 넓은 출력단면을 가짐으로써 고출력을 제공하며, 출력단면에서의 출력밀도는 치명적인 광거울 손상을 피할 수 있을 정도로 낮다. 상기 출력에 대향하는 이득층의 말단에서, 상기 이득층은 그 앳지가 평행하며 굴절률이 안내되어 단일모드출력을 보장한다. 출력 말단에서, 상기 이득층은 평행한 앳지 부분으로부터 출력단부쪽으로 발산한다. 상기 이득층의 전체 발산영역은 펌프되어 광선을 유도방출시키게 된다.
미국특허 제4,349,905호는 폭이 테이퍼진 활성 스트립 영역을 가진 스트립 반도체 레이저를 개시하고 있다. 상기 스트립 레이저 구조는 레이징을 위한 하한전류밀도를 고려한 한 쌍의 광부, 바람직하지 않은 모드에서의 진동을 억제하기 위한협부, 및 상기 광부를 협부에 연결하는 한 쌍의 테이퍼형 스트립부를 갖는다. 또한, 상기 특허는 광부와 협부를 연결하는 단일의 테이퍼부를 가진 스트립 레이저 구조를 개시하고 있으며, 상기 협부는 출력단부가 된다. 이 구조에서, 상기 좁은 스트립 폭은 조밀하게 집중된 빔이 필요할 때 최소 상거리를 저감시킨다.
미국특허 제4,689,797호는 좁은 도파관부와 증폭기부가 구비된 활성층을 가진 반도체 레이저를 개시하고 있다. 좁은 도파관부는 횡모드 안정성을 제공하는 반면, 증폭기부는 고출력 레이징에 필요한 대형의 주입 운반체 수용기를 제공한다. 상기 레이저 구조는 증폭기부에 인접 배치되어 90% 내지 97%의 반사율을 가진 후단면과, 도파관부에 인접 배치되어 10% 이하의 반사율을 가진 전단면을 더 포함한다. 따라서, 좁은 도파관부는 장치의 출력이 된다.
영국 특허출원번호 제GB 2317744A는 단일의 칩상에 형성된 리지 적재형 또는 매설형 레이저 구조를 가진 물질 가공에 적합한 테이퍼형 반도체 레이저의 엇결성 어레이를 개시하고 있다. 상기 특허에서 어레이를 형성하는 레이저는 직선영역과 테이퍼 영역을 갖는다. 테이퍼부의 측면은 직선이거나 포물선 형상일 수 있으며, 출력단부에서 대체로 평행하다. 이러한 방식으로 형성된 레이저는 물질이 충분히 가열되어 화학적 변화, 융제 또는 연소하도록 작은 점으로 집중될 수 있는 출력을 제공한다.
본 출원인은 출력의 증대를 허용하는 공지의 레이저 구조가 낮은 열저항, 레이저 공동에서의 낮은 출력밀도 및 장치의 전체적인 전기광학적 성능면에서 장점을 제공하지 않는다는 것을 인식하였다.
또한, 본 출원인은 종래의 고출력 레이저가 추가적인 광학기기를 필요로 하지 않고 단일모드 광섬유에 대한 효과적인 접속을 허용하지 않음을 발견하였다.
본 발명은 반도체 레이저 디바이스에 관한 것으로, 특히 추가적인 보정 광학기기 없이 단일모드 광섬유에 접속되도록 채용된 고출력 리지 레이저(ridge laser)에 관한 것이다.
광통신의 성장과 함께, 반도체 레이저는 원거리 통신 시스템에서 중요한 요소가 되었다. 이러한 레이저 디바이스는 특히 단일 횡모드 방출에서 비교적 고출력으로 고품질의 광방출을 가능하게 한다. 특히, 광섬유 증폭기용 펌프 레이저로서, 고출력 단일모드 반도체 레이저가 사용될 수 있다.
표준 반도체 레이저에서, 활성영역은 p-n접합으로 합입된다. 다층구조는 고굴절률영역을 활성영역의 영면에 생성한다. 이러한 방식에서, 상기 다층구조에 대해 평행하게 전파하는 빛은 활성영역에서 안내될 수 있다.
리지 반도체 레이저는 레이저의 측면영역과 비교하여 수직두께가 증대된 영역을 가진 것으로 알려져 있다. (예를 들어, 선택적 에칭으로) 층의 두께를 변화시킴으로써, 광안내부를 얻기 위한 굴절률의 횡변조를 구현할 수 있다. 두께가 더 두꺼운 영역(통상적으로, "리지"라 함)은 측면영역에 비해 더 높은 유효 굴절률을 갖는다. 굴절률 스텝의 범위는 측면영역에 대한 리지의 두께에 좌우된다. 굴절률의실상부가 외측보다는 리지에서 더 높기 때문에, 빛은 리지를 따라 안내될 수 있다. 이러한 안내 메카니즘을 "굴절률 안내"라 한다.
아울러, 전류는 p 및 n 측면에 용착된 금속성 접점을 통하여 활성영역으로 주입될 수 있다. 광학적 이득은 운반체 농도의 함수로서 증가하기 때문에, 외측영역에서보다 접점 아래의 영역에서 이득이 더 높고, 레이저 광은 이득이 높은 영역에서 전파하게 된다. 이러한 안내 메카니즘을 "이득 안내"라 한다. 리지 레이저에서, 굴절률 안내와 이득 안내는 모두 안내 메카니즘으로서 사용되며, 각 메카니즘의 상대적 비중은 리지에 의해 유도되는 실제 굴절률 변화와 전류 주입에 좌우된다.
스트립 반도체 레이저에서, 단지 이득 안내만이 광 안내부에서 발생한다. 스트립 레이저는 하나 또는 그 이상의 반도체 접합에서의 전하 운반체의 주입이 유도방출을 일으키는 디바이스이다. 상기 디바이스의 경면은 공동을 형성하되, 상기 공동에서는 주입된 전류밀도가 소정의 한계수준 이상일 때 유도방출에 의한 레이저가 생성된다.
예를 들면, 에르븀 도프 광섬유 증폭기의 펌프원으로서, 광통신 시스템에서 효과적 사용을 위해, 반도체 레이저 다이오드는 레이저에 의해 방출된 빛을 운반하는 단일모드 광섬유에 효과적으로 접속될 수 있어야 한다. 종래의 레이저는 비점수차이며, 단일모드섬유와 효과적으로 접속하기 위해, 방출된 빛의 수직 발산을 보상하기 위한 보정 광학기기를 필요로 한다. 또한, 고출력 레이저는 횡방향으로도 효과적인 섬유접속을 위해 추가적인 보정 광학기기를 필요로 한다. 이하, 본 출원인은 이러한 추가적인 보정 광학기기를 "추가적 광학기기"라 약칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예와 일치하는 반도체 레이저를 도시한 평면도이고,
도 2는 본 발명과 일치하는 반도체 레이저의 수직층 구조의 단면과 함께, 상기 수직층 구조의 굴절률과 에너지 간격의 변화를 도시한 개략도이며,
도 3은 도 1의 반도체 레이저 내부의 리지를 도시한 부분 평면도로서, 상기 레이저는 리지의 일부를 펌핑하기 위한 T자형 접점을 갖고,
도 4는 도 1의 반도체 레이저 내부의 리지를 도시한 부분 평면도이며,
도 5는 제조과정중에 분할되는 도 1의 반도체 레이저 내부의 리지를 도시한 부분 평면도이고,
도 6a 및 도 6b는 각각 리지의 단일모드 영역의 길이가 400㎛일 때, 리지의 총길이가 750㎛이고, 리지의 단열영역의 길이가 200㎛이며, 펌핑 전류가 350㎃인 리지 레이저에 대한 전자기장과 원거리음장 프로파일의 등고선 그래프이고,
도 6c 및 도 6d는 각각 리지의 단일모드 영역의 길이가 200㎛일 때, 도 6a 및 도 6b의 리지 레이저에 대한 전자기장과 원거리음장 프로파일의 등고선 그래프이며,
도 7a 및 도 7b는 각각 리지의 단일모드 영역의 길이가 900㎛일 때, 리지의 총길이가 1500㎛이고, 리지의 단열영역의 길이가 200㎛이며, 펌핑 전류가 650㎃인 리지 레이저에 대한 전자기장과 원거리음장 프로파일의 등고선 그래프이고,
도 7c 및 도 7d는 각각 리지의 단일모드 영역의 길이가 400㎛일 때, 도 7a 및 도 7b의 리지 레이저에 대한 전자기장과 원거리음장 프로파일의 등고선 그래프이며,
도 8a 및 도 8b는 각각 리지의 총길이가 1250㎛인 3개의 대표적 레이저에 대한 횡 및 종방향에서의 활성층 내부의 온도 프로파일을 도시한 그래프이고,
도 9a 및 도 9b는 각각 리지의 총길이가 1500㎛인 3개의 대표적 레이저에 대한 횡 및 종방향에서의 활성층 내부의 온도 프로파일을 도시한 그래프이며,
도 10a 및 도 10b는 각각 도 8a 및 도 8b, 도 9a 및 도 9b의 3개의 대표적 레이저에서 공동을 따라 길이방향으로 피크 파워 프로파일을 도시한 그래프이고,
도 11은 종래의 레이저와 본 발명에 따른 레이저의 출력단면에서의 빔 강도 프로파일을 비교한 그래프이며,
도 12는 종래의 레이저와 본 발명에 따른 레이저의 출력단면에서의 빔 위상 프로파일을 비교한 그래프이다.
본 출원인은 고출력 반도체 레이저 엘리먼트가 적절한 형상의 안내부, 예를 들어, 리지를 구비한 레이저 공동에서 낮은 열저항 및 낮은 출력밀도와 함께 고출력을 얻을 수 있음을 발견하였다. 또한, 본 출원인은 좁은 평행영역, 발산영역 및 출력단면에 이웃한 넓은 평행영역을 구비한 안내부를 가진 반도체 레이저 엘리먼트가 유리한 결과를 제공할 뿐만 아니라, 추가적인 광학기기를 사용하지 않고 단일모드 광섬유에 접속할 수 있도록 한다는 것을 발견하였다.
제 1 특징에 따르면, 본 발명은 후단면과 전단면 사이로 종방향으로 연장된 길이(L)를 가진 광안내부를 포함하는 단일모드 고출력 레이저광 방출용 반도체 엘리먼트에 관한 것으로, 상기 광안내부는 전파의 단일모드를 안내하기 위해 폭(W1)과 길이(L1)를 가진 대체로 평행한 측면을 구비하며 후단면에 이웃한 협부와, 상기 전파의 단일모드를 단열팽창시키기 위해 폭(W1)으로부터 폭(W3)으로 확장된 길이(L2)의 발산부를 포함한다.
상기 길이(L1)는 0.4L 이상이며, 상기 광안내부는 20㎛ 이상의 길이(L3)와 폭(W3)을 가진 대체로 평행한 측면을 구비하며 상기 전단면에 이웃한 광부를 포함하되, 상기 폭(W3)은 5 내지 20㎛ 범위이다.
레이저를 형성하기 위하여, 상기 후단면은 고반사 코팅되며, 상기 전단면은 저반사 코팅된다.
본 출원인은 이러한 레이저가 고출력 조건하에서 고도의 안정성을 얻을 수 있음을 발견하였다. 이에 따라, 상기 레이저는 높은 유지비를 고려할 때 안정성이 중요한 문제가 되는 잠수함에서 광증폭기의 펌핑용으로 특히 적합하다.
광증폭기를 형성하기 위해, 상기 양단면은 반사방지막으로 코팅된다.
일실시예에서, 방출된 레이저광의 파장은 약 980㎚이다. 이 실시예에서, W3은 바람직하게 5 내지 11㎛이며, 바람직하게, W1은 3 내지 5㎛이다.
유리하게, L3은 적어도 0.04L이다.
바람직하게, L3은 적어도 0.1L이다.
유리하게, L1은 0.8L 이하이다.
유리하게, L2는 100㎛ 이상이다.
바람직하게, 상기 발산부는 2.5°이하의 발산각을 가진 직선형 측부를 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 방출된 레이저광의 파장은 약 1480㎚이다.
통상적으로, 상기 반도체 엘리먼트는 수직방향으로 다수개의 층을 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 다수개의 층에서 상부층중 적어도 한층에는 리지가 형성됨으로써, 광안내부를 한정한다.
유리하게, 상기 반도체 엘리먼트는 상면과 하면을 가진 활성층; 상기 활성층의 상하면 위에 각각 배치되며, 상기 활성층으로부터의 거리에 따라 감소하는 굴절률(n)을 가진 코어층; 각 코어층상의 클래딩층; 및 상기 클래딩층중 하나 위에 배치된 상부박막층과 클래딩층중 다른 하나 위에 배치된 기판층을 포함한다.
통상적으로, 상기 리지의 표면상에 펌프 전극이 형성된다. 펌프 전극은 리지의전체 표면상에 형성될 수 있다. 선택적으로, 상기 펌프 전극은 T자 형상이며, 광안내부의 좁은 발산부에서 폭(W1)과, 상기 광안내부의 광부에서 폭(W3)을 갖는다. 또 다른 변형예에 따르면, 상기 펌프 전극은 폭(W1)을 가진 스트립이다.
제 2 특징에 따르면, 본 발명은 후단면과 전단면 사이로 종방향으로 연장된 길이(L)를 가진 광안내부를 포함하는 단일모드 고출력 레이저광을 방출하기 위한 피그테일된 반도체 엘리먼트에 관한 것으로, 상기 광안내부는 전파의 단일모드를 안내하기 위해 폭(W1)과 길이(L1)를 가진 대체로 평행한 측면을 구비하며 후단면에 이웃한 협부와, 상기 전파의 단일모드를 단열팽창시키기 위해 폭(W1)으로부터 폭(W3)으로 확장된 길이(L2)의 발산부를 포함한다.
상기 광학 반도체 엘리먼트는 모드필드직경(MFD)을 가진 단일모드섬유에 접속되며, 길이(L1)는 0.4L 이상이다. 상기 광안내부는 20㎛ 이상의 길이(L3)와 폭(W3)을 가진 대체로 평행한 측면을 구비하며 상기 전단면에 이웃한 광부를 포함한다. 상기 폭(W3)은 0.6MFD 내지 1.4MFD 범위이다.
바람직하게, 상기 폭(W3)은 0.85MFD 내지 1.15MFD 범위이다.
바람직하게, 상기 단일모드섬유와의 접속은 맞대기 접속이다.
제 3 특징에 따르면, 본 발명은 펌프 방출을 제공하기 위해 전술한 바와 같은 피그테일된 반도체 엘리먼트, 희토류 도프된 광섬유, 및 상기 희토류 도프 광섬유에 펌프 방출을 접속시키기에 적합한 이색 커플러를 포함하는 광섬유 증폭기에 관한 것이다.
전술한 개략적인 설명과 하기된 상세한 설명은 청구범위에 기재된 본 발명의 이해를 돕기 위한 예에 불과함을 알 수 있을 것이다. 하기된 상세한 설명은 본 발명의 실시와 함께 본 발명의 추가적인 장점과 목적을 개시하고 제안한다.
첨부된 도면은 본 발명의 실시예를 도시하고 있으며, 명세서의 일부를 구성하고, 본 발명의 장점과 원리를 설명한다.
이하, 첨부도면에 도시된 본 발명에 따른 다양한 실시예를 참조한다. 도면에서, 동일한 참조번호는 가능한 한 서로다른 도면에서 동일 또는 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 레이저 엘리먼트(100)의 (척도에 따르지 않은)평면도이다. 통상적으로, 레이저(100)는 일련의 물질층을 포함한다. 상기 레이저(100)에 대하여 특히 바람직한 수직구조가 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 특히, 상기 레이저 엘리먼트(100)의 수직구조는 2개의 AlxGa1-xAs 클래딩층(202)(202') 사이에 샌드위치된 경사형 분리제한 이형구조(GRIN 영역)(200)를 포함하며, 여기서 x는 통상적으로 0.4 이하이다. 바람직한 실시예에서, x는 0.27이다. 상기 클래딩층(202)(202')의 두께는 통상적으로 약 1 내지 2㎛이다.
상기 GRIN 영역(200)은 2개의 AlxGa1-xAs 코어층(200b)(200b')을 포함한다. 코어층(200b)은 GRIN 영역(200)의 하부에 위치되며, 코어층(200b')은 상부에 위치된다. 상기 코어층(200b)(200b') 내부에서, Al의 레벨(x)은 클래딩층(202b)(202b')에 이웃한 각 층의 엣지로부터 약 0.1로 점차 감소한다. 도 2는 수직층에서의 에너지 간격(Eg)과 굴절률(n)을 개략적으로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 클래딩층(202b)(202b')으로부터 활성영역(200a)으로 갈수록 에너지 간격은 감소하고 굴절률은 증가한다. 알려진 바와 같이, 반도체 물질에서, 굴절률의 증가는 에니지 간격의 감소에 대응하며, 굴절률의 감소는 에너지 간격의 증가에 대응한다. 활성영역(200a)은 코어층(200b)(200b') 사이에 샌드위치된다. 활성영역(200a)은 InyGa1-yAs 양자 웰(quantum well)로도 표현되며, 여기서 바람직하게 y는 0.22이다. 전체 GRIN 영역(200)의 두께는 통상적으로 약 0.2 내지 2㎛이며, 활성층(200a)의 두께는 통상적으로 6 내지 7㎚이다.
또한, 반도체 레이저 엘리먼트(100)의 수직구조는 n도프 GaAs 기판층(204)과 p도프 GaAs 박막층(206)을 포함한다. 상기 GaAs 기판층(204)의 두께는 통상적으로 100㎛ 또는 그 이상이다. 본 출원인이 실험한 바람직한 실시예에서, 기판층(204)은 두께가 150㎛이다. 상부 박막층(206)은 두께가 거의 100㎚이다. 상기 2개의 GaAs 층(204)(206)은 p-n접합을 실현한다. 특히, 상층(206)은 전류 주입으로 펌핑을 위한 오옴접촉을 실현하기 위해 고도로 p도프된다.
도 1 및 도 2에서, 일반적으로, 상층(202')(206)은 참조번호 201인 그룹으로 합체되며, 하층은 참조번호 203인 그룹으로 합체된다.
도 2에는 반도체 레이저 엘리먼트(100)의 수직구조의 일예가 도시되어 있으나, 다른 수직구조도 가능하다. 예를 들어, 변형된 구조는 양자 웰을 갖지 않을 수 있으며, 또는 한개 이상의 양자 웰을 가질 수 있고, 상이한 층두께, 다양한 층을 위한 상이한 조성물 및/또는 반도체 합금을 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 레이저 엘리먼트(100)는 굴절률 안내용 리지(102)를 포함한다. 리지(102)는 도 2에 도시된 수직구조가 성장되었을 때 통상의 에칭기술로써 칩(100)의 상층(201)에 형성될 수 있다. 리지를 형성하는 에칭의 깊이는 잔류 RES로 측정될 수 있으며, 이는 GRIN 영역(200)의 중심과 에칭면(104)간의 거리이다. 바람직하게, RES는 약 350 내지 550㎚이다.
리지(102)의 폭은 레이저(100)의 길이방향을 따라 일정하지 않다. 도 1에 도시된 바와 같이, 리지(102)는 3부분, 즉 제 1 영역(106), 제 2 영역(108) 및 제 3 영역(110)으로 표시될 수 있다. 제 1 영역(106)은 바람직하게 대체로 평행한 측면으로 이루어진 길이(L1)와 폭(W1)을 갖는다. 본 명세서에서, "대체로 평행한 측면"은 측면간의 상대발산각이 0.1°이하인 것을 의미한다. 제 2 영역(108)은 길이(L2)를 가지며, 제 1 영역(106)과는 반대로, 폭(W1)으로 시작하여 폭(W3)까지 증가되는 발산측면을 갖는다. 제 3 영역(110)은 대체로 평행한 측면으로 이루어진 길이(L3)와 폭(W3)을 갖는다. 도 1에 도시된 바와 같이, W3은 W1보다 크다.
전술한 바와 같이, 리지(102)의 전체 표면은 레이저 디바이스(100)의 펌핑을 위한 오옴접촉을 실현하기 위해 p도프될 수 있다. 선택적으로, 접촉은 일부 영역을 펌핑하지 않은 상태로 남김으로써 구현될 수 있다. 바람직한 레이저 엘리먼트(100) 펌핑 방법에 있어서, 폭(W1)(W3)을 가진 "T"자형 펌프 전극(11)으로 도핑이 실시될 수 있으며, 이 때, 리지(102)의 발산영역은 펌핑되지 않는다. 도 3은 리지(102)의 일부를 펌핑하는 "T"자형 펌프 전극(302)에 의한 도핑 형태를 도시한 도면이다. 이 형태에서, 좁은 영역(106)과 넓은 영역(110)은 전체가 펌프되는 반면, 테이퍼 영역(108)은 일부만 펌프된다. 다른 변형예에서, 테이퍼 영역(108)과 넓은 영역(110)을 관통하며 좁은 영역(106)의 폭인 스트립에서만 펌핑이 이루어질 수 있다. 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 다양한 펌핑 형태가 채용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
리지(102)의 좁은 영역(106)에 이웃한 단면(112)은 리지(102)에 대해 수직하며, 절연필름 적층에 의해 고반사 코팅됨으로써, 85% 이상의 반사율을 갖는다. 넓은 영역(110)에 이웃한 단면(114)은 리지(102)에 대해 수직하며, 절연필름 적층에 의해 저반사 코팅됨으로써, 20% 이하, 바람직하게는 15% 이하, 예를 들어 약 9%의반사율을 갖는다. 따라서, 고반사율 단면(112)("후단면")과 저반사율 단면(114)("전단면")에 의해 공동이 형성된다. 전류를 주입함으로써, 상기 공동에서 레이저광이 발생되어 적절하게 증폭될 수 있다. 수직방향에서, 굴절률이 GRIN 영역(200)(도 2 참조)에서 더 높기 때문에, 상기 레이저광은 GRIN 영역(200) 자체에서 실질적으로 한정되며, 최대 강도는 활성층(200a)에 대응한다.
횡(가로)방향에서, 상기 광안내부는 리지(102)의 존재에 따른 결과이며, 이는 횡방향으로 유효 굴절률 프로파일의 변화를 유도한다. 따라서, 유효 굴절률 프로파일은 리지(102) 자체 아래 영역에서 더 높고, 나머지 영역에서는 더 낮다. 이러한 효과는 굴절률 안내 메카니즘으로 알려져 있다. 따라서, 횡방향에서, 레이저광은 리지(102) 아래 영역에서 실질적으로 한정된다. 특히, 리지(102)의 깊이를 한정하는 잔류 RES의 양은 레이저가 횡방향에서 단일모드로 작용하도록 하기에 적합한 굴절률 스텝을 얻기 위해 선택된다. 또한, 전류 주입에 의한 펌핑은 이득 안내의 원인이 된다. 레이저의 출력단면은 넓은 영역(110)에 이웃한 전단면(114)이다. 레이저의 방출 파장은 바람직하게 약 980㎚이다.
선택적으로, 공지된 기술에 따라, 구조, 예를 들면, 수직구조 및 활성물질을 적절하게 선택함으로써, 본 발명의 레이저는 다른 파장으로, 예를 들어, 약 1480㎚으로 방출시키기 위해 채용될 수 있다.
레이저(100)는 단일모드 섬유(도 1에는 미도시)에 피크테일로 접속된다. 레이저를 향하고 있는 섬유의 일단에는 수직방향에서만 발산을 보상하기 위한 실린더형 교정렌즈가 형성된다. 횡방향에서는 어떠한 추가적인 광학기기도 채용되지 않는대신, 맞대기 접속이 이용된다. 이 구조에서, 리지(102)의 제 3 영역(110)의 폭(W3)은 단일모드섬유의 모드필드직경(MFD)와 유사하여야 한다. 바람직하게, 상기 레이저와의 접속을 위해 방출파장에서 단일모드인 섬유가 사용된다. 일반적으로, W3은 약 5 내지 20㎛ 범위에서 선택된다. 파장에 따라, W3의 값은 바람직하게 MFD±40%MFD로 한정된 범위에서 선택된다. 더 바람직하게, W3은 MFD±15%MFD로 한정된 범위에서 선택된다.
약 980㎚ 방출파장에 있어서, 약 8 내지 8.5㎛의 MFD값을 가진 단일모드섬유가 유리하게 사용된다. 이 경우, W3의 값은 바람직하게 약 5 내지 11㎛에서 선택되며, 더 바람직하게는 약 7 내지 9㎛에서 선택된다.
도 4는 종방향(Z) 및 횡방향(X)에 관련된 기하학적 변수와, 리지(102)를 개략적으로 도시한 도면이다. 3개의 영역(106)(108)(110)은 서로다른 역할을 하며, 본 출원인은 하기된 바와 같이 구조의 전기광학적 성능을 저하시키지 않고 고출력 레이징을 구현하기 위해 이들의 기하학적 크기가 신중하게 결정되어야 함을 발견하였다. 바람직하게, 약 100㎽ 이상을 고출력이라 간주한다.
제 1 영역(106)은 레이저의 작동중 측방향에서의 단일모드선택을 제공하기 때문에, 제 1 영역(106)을 "단일모드영역"이라 칭한다. 레이저의 단일모드작동은 리지(102)의 깊이에 의해 먼저 제어된다. 고출력에서, 공동내에서 레이저광의 진동시 고차모드가 트리거될 수 있으며, 이러한 고차모드의 전파는 레이저에 접속된 단일모드섬유에 대한 에너지의 최대 커플링 위하여 회피되어야 한다. 따라서, 단일모드영역(106)은 고차모드를 효과적으로 배제시키기 위해, 즉 유효 모드필터로서 기능하기 위해 충분히 좁고 충분히 길어야 한다. 한편, 단일모드영역(06)의 폭은 양호한 오옴접촉과 합리적으로 낮은 전류밀도를 제공하기에 충분하여야 한다.
바람직하게, 상기 단일모드영역(106)의 폭(W1)은 바람직한 방출파장범위에 대하여 3 내지 5㎛ 범위에서 선택될 수 있다. 길이(L1)와 관련하여, 본 출원인이 실시한 컴퓨터 시뮬레이션에서는 L=L1+L2+L3이 총공동길이일 때, 고출력으로 안정적인 레이징 작용을 구현하기 위해, 단일모드영역(106)의 길이(L1)는 바람직하게 약 0.4L 이상이어야 하는 것으로 나타났다. 이 값보다 작은 L1은 불량한 모드선택의 원인이 될 수 있다.
발산영역(108)은 공동내에서 전파하는 단일모드의 확대 및 증폭을 제공함으로써, 공동을 따라 출력단면을 향한 출력밀도는 저하되는 반면, 전체 광출력은 증대된다. 확대는 단열적으로, 즉 고차모드로 에너지를 접속시키지 않고 구현되어야 한다. 단열조건은 발산영역(108)의 발산각(θ)을 매우 적은 값으로 제한하며, 이는 전파모드의 가로크기에 따라 좌우된다. 발산영역(108)을 "단열영역"이라 할 수 있다. 고려된 파장범위에 대하여, 약 2.5°이하의 각도가 바람직하다. 더 바람직하게, 각도(θ)는 약 1.5°이하이다. 더 바람직하게, 각도(θ)는 약 1°이하이다. 당업가가 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 발산이 단열적으로 실시된다면, 발산영역(108)의 측면은 도 4에 도시된 직선형태의 측면과는 다른 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 발산영역(108)의 길이는 바람직하게 100㎛ 이상이다.
레이저의 출력단면에 이웃한 넓은 평행영역(110)은 모드의 증폭을 제공하며, 단열영역(108)이 상기 출력단면에서 종료되는 실시예에 관하여 여러가지 장점을 달성한다. 고려된 파장범위에 대하여, W3은 바람직하게 5 내지 11㎛ 범위이다. 더 바람직하게, W3은 7 내지 9㎛ 범위이다.
첫번째 장점은 제조과정이 용이하다는 점이다.
도 5를 참조하면, 레이저는 적어도 2개의 디바이스가 생성될 수 있는 긴 칩(500)(502)으로부터 시작 생성될 수 있다. 그 후, 2개의 레이저를 분할하기 위해 절단작업이 실시된다. 칩(500)이 넓은 평행영역을 갖지 않고 합체되는 2개의 나팔 영역을 가진 경우, 절단은 디바이스의 사용을 보장하도록 정밀하여야 한다. 예를 들어, 칩(500)의 절단이 2개의 나팔 영역의 합체 부위에서 정밀하게 이루어지지 않을 경우, (1) 부분은 이용가능하지만, (2) 부분은 그 상대와 매우 다른 허용할 수 없는 형상을 갖는다. 한편, 긴 칩(502)이 넓은 평행영역을 갖는 경우, 절단은 더 높은 공차를 허용하기 때문에, 수율이 증대된다. 긴 칩(502)을 사용하는 본 발명의 실시예에 대한 부정확한 절단은 약간 다른 디바이스(3)(4)을 만들게 되지만, 실질적으로 동일한 특성을 갖는다.
도 6a 내지 도 6d, 그리고 도 7a 내지 도 7d는 리지 레이저의 다양한 형태에 대한 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 나타낸다. 도 6a 내지 도 6d에 도시된 결과는 총공동길이(L)가 750㎛이고, 발산영역(108)의 길이(L2)가 200㎛이며, 광안내부에서 굴절률 스텝이 0.003이고, 펌핑 전류가 350㎽인 리지 레이저로 얻은 것이다. 단일모드영역의 폭(W1)은 4.6㎛인 반면, 넓은 영역의 최대폭(W3)은 9㎛이다. 도 6a 및 도 6c는 각각 400㎛과 200㎛의 단일모드영역 길이(L1)로 얻은 GRIN 영역의 평면에서 전자기장의 등고선 그래프이다. 도시된 바와 같이, 200㎛를 초과하는 길이는 안정적인 레이징을 구현하기 위한 바람직한 크기를 제공한다. 도 6b와 도 6d를 비교함으로써 동일한 결과를 볼 수 있으며, 이들은 각각 L1=400㎛과 L1=200㎛일 때 측방향에서의 원거리음장의 양태를 도시한 그래프이다. 도 6b에서는 안정적인 프로파일을 관찰할 수 있는 반면, 도 6d에는 불량한 모드 선택과 이에 따른 에너지의 고차모드 접속으로 인한 바람직하지 않은 진동이 보인다.
도 7a 내지 도 7d의 결과는 총공동길이(L)가 1500㎛이고, 테이퍼 영역의 길이(L2)가 200㎛이며, 광안내부에서 굴절률 스텝이 0.003이고, 펌핑 전류가 650㎽인 리지 레이저로 얻은 것이다. 단일모드영역의 폭(W1)은 4.6㎛인 반면, 넓은 영역의 최대폭(W3)은 9㎛이다. 도 7a 및 도 7b는 각각 출력단면에서 측방향과 GRIN 영역의 평면에서 900㎛의 단일모드영역 길이(L1)로 얻은 결과를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 매우 안정적인 레이징이 구현된다. 도 7c 및 도 7d는 400㎛의 단일모드영역의 길이(L1)로 얻은 해당 결과를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 바람직하지 않은 진동이 나타난다. 바람직하게, 단일모드영역(21)의 좁은 폭으로 인한 높은 피크 파워 밀도를 피하기 위해, 상기 길이(L1)는 약 0.8L이하이어야 한다.
전기저항 및 열저항에 관련하여, 단면적이 큰 영역은 단열영역(108)과 넓은 평행영역(110) 모두로 이루어지기 때문에, 넓은 평행영역(110)을 더 길게 함으로써 매우 작은 값을 얻을 수 있다. 폭(W1)(W3)과 공동의 총길이(L)의 고정값에 대하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 단열영역이 출력단면에서 종료되는 디바이스(예를 들어, 도 5의 (1))와 비교할 때 단면적이 큰 영역(예를 들어, 도 5의 (3)(4))을 갖는다. 따라서, 본 발명의 디바이스에서 전기저항은 감소된다. 또한, 리지(102)의 단열영역(108) 다음에 넓은 평행영역(110)을 가진 바람직한 디바이스에서 열저항은 감소된다. 상기 열저항은 하기된 수학식 1로 정의된다.
여기서, ΔT는 디바이스의 기판(204)과 활성영역(200)간의 온도차이며, Pdissip는 작동중 소실된 파워이다. 낮은 열저항은 낮은 작동온도의 원인이 된다. 일반적으로, 낮은 작동온도가 유리한데, 그 이유는 고출력이 관련되는 경우 낮은 고차모드 트리거 가능성에 앞서, 온도효과에 의해 유도된 측방향에서의 굴절률 프로파일의 낮은 향상이 이루어질 수 있수 있기 때문이다. 또한, 낮은 작동온도로 인해 디바이스의 안정성은 증대된다. 본 출원인은 출력단면(114)에 이웃하여 넓은 평행영역(110)이 존재하기 때문에 본 발명의 레이저가 낮은 작동온도의 유리한 효과를 의외로 향상시키는 것을 발견하였다.
도 8 및 도 9는 서로다른 리지의 기하학적 형태를 가정하고 3종류의 레이저에 대해 시뮬레이션을 실시한 결과를 나타낸 그래프이다. 즉, (a) 레이저는 리지에 발산영역이 없는 종래의 구조를 갖고, (b) 레이저는 출력단면에서 종료되는 단열영역의 넓은 영역을 구비한 종래의 구조를 가지며, (c) 레이저는 출력단면에 이웃한 넓은 평행영여과 단열영역의 넓은 영역을 구비한 본 발명에 따른 레이저이다. 리지 깊이, 출력 파워 및 디바이스 깊이 뿐만 아니라, 수직구조는 3개의 레이저가 동일하다. 단일모드영역의 폭(W1)((a) 레이저에서 이 폭은 전체 리지 폭에 해당함)은 4.6㎛이다. (b) 및 (c) 레이저에 있어서, 넓은 영역의 최대폭(W3)은 9㎛이다. (c) 레이저에 있어서, 이 폭은 출력단면(114)에 이웃한 넓은 평행영역(110)의 폭에 해당한다. 표 1은 다양한 영역의 기하학적 크기를 요약한 것이다.
디바이스 L1(㎛) L2(㎛) L3(㎛)
(a) 1250
(b) 650 600
(c) 650 200 400
표에서 알 수 있는 바와 같이, 단일모드영역의 동일한 길이(L1)가 (b) 및 (c) 레이저에 대해 사용된다.
도 8a 및 도 8b는 총길이(L)가 1250㎛인 디바이스에 대한 결과를 나타낸다. 도 8a는 출력단면에서 측방향(X)으로(도 4 참조) (기판(204)의 온도에 해당하는 레이저 아래에 위치된 펠티어 셀의 온도와 관련하여) 3개의 레이저에 대한 활성층내에서의 온도 프로파일에 관한 그래프이다. 도 8b는 공동을 따라 종방향(Z)(도 4 참조)으로 활성층내에서의 온도 프로파일에 관한 그래프이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, (b) 및 (c) 레이저는 낮은 출력밀도로 인해 (a) 레이저의 프로파일과 비교할 때 더 큰 프로파일을 갖는다. 그럼에도 불구하고, (b) 레이저는 (a) 레이저와 실질적으로 동일한 온도향상을 갖는 반면, (c) 레이저는 더 낮은 피크를 갖는다. 감소량은 25%이다. 이와 같은 온도의 실질적 감소는 전술한 바와 같이 고차모드의 여기없이 고출력작동을 가능하게 한다.
도 8b에 도시된 바와 같이, (b) 및 (c) 레이저는 (a) 레이저에 대해 낮은 프로파일을 갖지만, (c) 레이저는 전체 공동을 따라 상당히 저감된 최저의 온도를 갖는다. Z방향에서 공동을 따른 온도는 출력단면에 이웃한 영역에서 특히 낮다.
더 향상된 결과가 도 9a 및 도 9b에 도시되어 있으며, 이는 도 8a 및 도 8b의 해당 데이타를 나타낸 그래프이고, 총길이가 1500㎛인 디바이스로부터 얻었다. 표 2는 다양한 영역의 기하학적 크기를 요약한 것이다.
디바이스 L1(㎛) L2(㎛) L3(㎛)
(a) 1500
(b) 650 850
(c) 650 200 650
표 1과 표 2를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, (c) 레이저에서 유일한 차이점은 넓은 평행영역(110)의 길이(L3)가 400㎛가 아닌 650㎛라는 것이다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 측방향 및 종방향 모두에서 온도의 감소는 더 긴 길이(L3)에서 심하다. 도 10a 및 도 10b는 도 9a 및 도 9b의 동일한 레이저에 대해 공동을 따른 피크 파워 프로파일의 그래프이다. (c) 레이저의 출력단면에 이웃한 평행영역(110)의 유리한 효과가 낮은 피크 출력밀도를 얻는데 있어서 명백하다.
온도 프로파일과 피크 파워 프로파일에서의 유리한 결과는 출력이 높은 영역인 넓은 평행영역을 레이저의 출력단면에 이웃하게 적절히 선택 배치하였기 때문이다. 이러한 결과는 측면 크기가 작은 스폿 사이즈를 가진 고출력 단일모드 레이저에 있어서 중요하다. 이러한 종류의 레이저는 단일모드섬유에 대해 측방향 맞대기 접촉에 의한 효과적인 접속을 가능하게 한다. 측방향 크기가 큰(방출파장범위가 20㎛ 또는 그 이상인) 레이저에 있어서, 온도 프로파일과 피크 파워 프로파일에 대한효과는 스폿 사이즈 영역이 더 크기 때문에 출력밀도가 낮다는 사실에 의해 완화된다.
또한, 본 출원인은 출력단면에 이웃한 넓은 평행영역의 길이(L3)가 본 발명에 따른 분명한 효과를 위해 적어도 20㎛인 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 유리하게, 상기 넓은 평행영역의 길이(L3)는 적어도 0.04L이어야 한다. 더 바람직하게, 상기 넓은 평행영역의 길이(L3)는 적어도 0.14L이어야 한다. 더 바람직하게, 상기 넓은 평행영역의 길이(L3)는 적어도 0.2L이어야 한다.
총길이가 750㎛인 본 발명에 따른 300개 이상의 나팔 디바이스에 수집된 안정성 데이타가 서로 다른 조건(200㎽ 내지 350㎽ 범위의 출력파워, 25 내지 70℃의 케이스 온도, 약 980㎚의 방출파장)하에서 실험되었으며, 본 발명에 따른 나팔 구조가 동일한 조건(출력파워, 케이스 온도)에서 작동하며 나팔 구조가 없고 동일한 공동 길이(L)를 가진 종래의 레이저로 얻은 값보다 40% 이상 더 낮은 고장율(FIT 단위)을 구현할 수 있음이 밝혀졌다. 이 결과는 안정성이 구성요소의 핵심이 되는 응용분야(예를 들어, 잠수함 분야)에서 특히 중요하다.
출력단면에 이웃한 넓은 평행영역의 다른 장점은 레이저의 출력단면에 의해 방출되는 빔의 광학특성과 관련된다.
도 11은 출력단면에서의 빔 강도 프로파일을 나타낸 그래프이다. 특히, 실선(1102)은 L1=400㎛, L2=200㎛, L3=150㎛인 본 발명에 따른 레이저의 빔 강도 프로파일을 나타낸다. 점선(1104)은 L1=400㎛, L2=350㎛인 (전술한 (b) 레이저와 같이) 출력단면까지 계속되는 발산 단열부를 가진 레이저의 빔 강도 프로파일을 나타낸다. 양 레이저의 폭은 W1=4.6㎛, W3=9㎛이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 빔 강도 프로파일(1102)은 본 발명에 따른 레이저가 더 낮고 더 넓다. 이에 따라 출력단면에서 출력밀도가 각각 낮아지며, 이는 고출력이 연관될 때 치명적인 광거울 손상(COMD)을 피하는데 있어서 유리하다.
도 12는 도 11에 개시된 레이저의 출력단면에서 빔의 위상 프로파일을 나타낸 그래프이다. 명백하게, 본 발명에 따른 레이저의 빔 위상 프로파일(1202)(실선)은, 발산영역은 있지만 넓은 평행영역(110)은 없는 종래 레이저의 위상 프로파일(1204)(점선)에 비해 평탄화된다. 즉, 본 발명에 따른 레이저가 비점수차가 더 작다. 비점수차가 작은 빔은 섬유에 대한 출력의 더 효과적인 접속을 가능하게 하며, 이는 접속을 위한 추가적인 광학기기의 필요성을 제거하기 때문에, 상기 특징은 매우 중요하다. 또한, 상기 공동에서 저반사 단면에 의해 역반사되는 레이저광중 일부가 평평한 파두를 가짐으로써 공동 자체에서 매우 신속한 접속이 이루어지기 때문에, 공동에서 유리한 효과가 존재한다. 한편, 비점수차 빔은 상기 저반사 단면에서 역반사 후 발산 파두의 원인이 되며, 이는 공동내에서의 접속에서 덜 효과적이며, 공동 자체 내에서 빔의 위상 안정화를 더 느리게 하는 결과를 가져온다.
하기된 표 3에는 약 980㎚의 파장을 방출하는 본 발명에 따른 레이저의 유리한 예시적 구조의 기하학적 크기가 개시되어 있다. 상기 레이저는 150㎽보다 훨씬 더 높은 출력을 섬유에 접속할 수 있다.
L(㎛) L1(㎛) L2(㎛) L3(㎛)
2000 900 1000 100
1500 800 600 100
여기에 개시된 바와 같은 반도체 레이저 엘리먼트는 통상적으로 에르븀 도프 광섬유 증폭기 또는 레이저용 펌프 레이저로서 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 특징과, 공지된 기술에 따른 수직구조 및 활성물질을 선택함으로써, 당업자는 다른 특정 파장에서 고출력 레이저 방출을 구현할 수 있으며, 다른 희토류 성분으로 도프된 활성 섬유용 펌프원을 제공할 수 있다. 개시된 레이저는 증폭기 이득 및/또는 그 출력 파워를 증대시킬 수 있도록 하며, 증폭될 수 있는 채널의 수를 증가시킨다는 점에서 기존의 광섬유 증폭기를 개선할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명에 따른 레이저는 고도의 안정성을 갖기 때문에, 당해 레이저를 잠수함 광학 증폭기의 펌핑을 위해 특히 유리하게 사용될 수 있도록 한다.
당업자에게 공지된 바와 같이, 통상적으로, 광학 증폭기는 하나 또는 그 이상의 펌프 레이저와 하나 또는 그 이상의 에르븀 도프 활성섬유 또는 일반적으로 희토류 도프 활성섬유를 포함한다. 상기 펌프 레이저 또는 레이저들은 하나 또는 그 이상의 이색 커플러, 예를 들어 용융 섬유 커플러 또는 미세광학 커플러에 의해 활성섬유 또는 섬유들에 접속된다. 잠수함 원거리통신 시스템에 사용하기 위한 광학 커플러는 통상적으로 긴밀한 방수용기에 봉입된다.
개시된 방법 및 물품에 대하여, 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다. 당업자는본 발명을 실시하거나 명세서에 개시된 내용으로부터 본 발명의 다른 실시예를 명백하게 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 이득 안내 메카니즘을 이용하는 스트립 레이저가 전술한 설명에 따른 안내부의 기하학적 구조를 갖도록 구현될 수 있다. 다른 실시예로서, 단면을 반사방지막으로 (AR)코팅함으로써, 반도체 증폭기가 전술한 기하학적 구조로 구현될 수 있다. 증폭기의 경우, 양단면이 바람직하게 광섬유와 함께 피그테일된다. 바람직하게, 역반사를 저감시키기 위해, 사선형 (즉, 리지에 수직하지 않은) 단면이 더 채용될 수 있다.
상세한 설명과 실시예는 단지 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 진정한 범주는 하기된 청구범위에 기재되어 있다.

Claims (22)

  1. 후단면과 전단면 사이로 종방향으로 연장된 길이(L)를 가진 광안내부를 포함하는 단일모드 고출력 레이저광 방출용 반도체 엘리먼트로서,
    상기 광안내부는 전파의 단일모드를 안내하기 위해 폭(W1)과 길이(L1)를 가진 대체로 평행한 측면을 구비하며 후단면에 이웃한 협부와, 상기 전파의 단일모드를 단열팽창시키기 위해 폭(W1)으로부터 폭(W3)으로 확장된 길이(L2)의 발산부를 포함하되,
    상기 길이(L1)는 0.4L 이상이며,
    상기 광안내부는 20㎛ 이상의 길이(L3)와 폭(W3)을 가진 대체로 평행한 측면을 구비하며 상기 전단면에 이웃한 광부를 포함하고, 상기 폭(W3)은 5 내지 20㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 후단면은 고반사 코팅되며, 상기 전단면은 저반사 코팅된 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 양단면은 반사방지 코팅된 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 방출된 레이저광의 파장은 약 980㎚인 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 W3는 5 내지 11㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 W1은 3 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 L3는 적어도 0.04L인 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 L3는 적어도 0.1L인 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 L1은 0.8L 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  10. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 L2는 100㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 발산부는 2.5°이하의 발산각을 가진 직선형 측부를 가진 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 방출된 레이저광의 파장은 약 1480㎚인 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 엘리먼트는 수직방향으로 다수개의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 다수개의 층중 상층의 적어도 일층상에 리지가 형성됨으로써, 상기 광안내부를 한정하는 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 반도체 엘리먼트는
    상면과 하면을 가진 활성층;
    상기 활성층의 상하면 위에 각각 배치되며, 상기 활성층으로부터의 거리에 따라 감소하는 굴절률(n)을 가진 코어층;
    각 코어층상의 클래딩층; 및
    상기 클래딩층중 하나 위에 배치된 상부박막층과 클래딩층중 다른 하나 위에 배치된 기판층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 반도체 엘리먼트는 리지의 표면상에 형성된 펌프 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 펌프 전극은 리지의 전체 표면상에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 펌프 전극은 T자 형상이며, 광안내부의 좁은 발산부에서 폭(W1)과, 상기 광안내부의 광부에서 폭(W3)을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 엘리먼트.
  19. 후단면과 전단면 사이로 종방향으로 연장된 길이(L)를 가진 광안내부를 포함하는 단일모드 고출력 레이저광을 방출하기 위한 피그테일된 반도체 엘리먼트로서,
    상기 광안내부는 전파의 단일모드를 안내하기 위해 폭(W1)과 길이(L1)를 가진 대체로 평행한 측면을 구비하며 후단면에 이웃한 협부와, 상기 전파의 단일모드를 단열팽창시키기 위해 폭(W1)으로부터 폭(W3)으로 확장된 길이(L2)의 발산부를 포함하되,
    상기 광학 반도체 엘리먼트는 모드필드직경(MFD)을 가진 단일모드섬유에 접속되며,
    상기 길이(L1)는 0.4L 이상이고,
    상기 광안내부는 20㎛ 이상의 길이(L3)와 폭(W3)을 가진 대체로 평행한 측면을 구비하며 상기 전단면에 이웃한 광부를 포함하고,
    상기 폭(W3)은 0.6MFD 내지 1.4MFD 범위인 것을 특징으로 하는 피그테일된 반도체 엘리먼트.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 단일모드섬유와의 접속은 맞대기 접속인 것을 특징으로 하는 피그테일된 반도체 엘리먼트.
  21. 펌프 방출을 제공하기 위해 제 19 항에 따른 피그테일된 반도체 엘리먼트, 희토류 도프된 광섬유, 및 상기 희토류 도프 광섬유에 펌프 방출을 접속시키기에 적합한 이색 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 광섬유 증폭기는 방수용기를 더 포함하되, 상기 희토류 도프 광섬유, 피그테일된 반도체 엘리먼트 및 이색 커플러는 상기 용기에 봉입되는 것을 특징으로 하는 광섬유 증폭기.
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