KR100264775B1

KR100264775B1 - Semiconductor laser

Info

Publication number: KR100264775B1
Application number: KR1019930021640A
Authority: KR
Inventors: 이재호
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1993-10-18
Filing date: 1993-10-18
Publication date: 2000-09-01
Also published as: KR950012881A

Abstract

PURPOSE: A semiconductor laser is provided to be capable of reducing a light loss owing to reflection by using a ring-type grating different from a conventional grating. CONSTITUTION: A semiconductor laser emits a laser beam through grating that is formed on an active layer region(11). The grating(14) has a ring shape so that the laser beam(15) is emitted only in one direction. The laser beam is generated in a ring-shaped cavity and a grating period is designed so that only laser beams for satisfying an incident angle(theta) of 60° to 90° obtains a gain. The laser beam(15) penetrated toward the exterior of the cavity hardly passes the ring-type grating(14).

Description

Semiconductor laser

제1도는 종래의 반도체 레이저의 개략도이고,1 is a schematic diagram of a conventional semiconductor laser,

제2도는 본 발명의 반도체 레이저의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a semiconductor laser of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1,11 : 활성층 영역 2,12 : 내부 투과빔1,11: active layer region 2,12: internal transmission beam

3,13 : 내부 반사빔 4 : 제1 그레이팅3,13: internal reflection beam 4: first grating

14 : 링 그레이팅 5,15 : 레이저 빔14 ring grating 5,15 laser beam

6 : 제2 그레이팅 16 : 그레이팅의 평평한 선단부6: 2nd grating 16: Flat tip part of grating

본 발명은 반도체 레이저에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 DBR(Distributed Bragg Reflector)형 반도체 레이저에 링(ring) 메카니즘을 도입하여 이의 그레이팅(grating)에서 반사된 빔이 한쪽 방향으로만 나오도록 하므로써 유효 광출력을 향상시킬 수 있는 반도체 레이저에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly, by introducing a ring mechanism into a distributed bragg reflector (DBR) type semiconductor laser so that the beam reflected from its grating comes out in only one direction. The present invention relates to a semiconductor laser capable of improving light output.

현재, 단일 횡모드 및 단일 종모드를 유지하면서 1W 이상의 광출력을 얻기 위한 노력의 일환으로 DBR형 링 오실레이터(ring oscillator)를 사용한 반도체 레이저가 등장하고 있다.Currently, semiconductor lasers using DBR-type ring oscillators have emerged in an effort to obtain a light output of 1W or more while maintaining a single transverse mode and a single longitudinal mode.

제1도는 종래의 반도체 레이저를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 기존의 이득-도파(gain-guide)형 레이저 구조에서 활성층 영역(1)에 2쌍의 서로 수직인 그레이팅(grating, 4, 6)영역을 형성하여 특별히 오실레이터 캐비티(oscillator cavity)를 제조하므로 그 내부에서 반사되는 빔(3)이 브랙 반사(Bragg Reflection)를 하도록 하여 활성층 영역(1)의 이득 피크(gain peak)와 일치하는 파장으로만 레이저를 방출할 수 있도록 제조하였다.FIG. 1 is a schematic view of a conventional semiconductor laser. In the conventional gain-guided laser structure, FIG. 1 shows two pairs of perpendicular grating regions 4 and 6 in the active layer region 1. By forming a special oscillator cavity, so that the beam 3 reflected therein is subjected to Bragg reflection so that the laser only has a wavelength that matches the gain peak of the active layer region 1. It was prepared to release the.

그러나, 상기와 같이 서로 수직인 2쌍의 그레이팅 영역을 가지는 구조의 경우, 레이저 빔(5)으로 될 내부 투과빔(2)은 제2 그레이팅(6) 영역을 지나므로 반사에 의한 손실이 생기게 되며, 또한 제1 그레이팅부(4)와 거의 평행한 방향으로 양쪽 경면으로 방사되므로 실제의 유효 광출력은 총출력의 절반이하 수준으로 감소되는 문제점이 있었다.However, in the structure having two pairs of grating regions perpendicular to each other as described above, since the internal transmission beam 2 to be the laser beam 5 passes through the second grating 6 region, loss due to reflection occurs. In addition, since it is radiated to both mirror surfaces in a direction substantially parallel to the first grating portion 4, there is a problem that the actual effective light output is reduced to less than half of the total output.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결할 뿐만 아니라 종래의 것에 비해 성능이 상당히 개선된 반도체 레이저를 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a semiconductor laser which not only solves the above problems but also considerably improves the performance compared to the conventional one.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 레이저는 활성층 영역위에 형성된 그레이팅에 의해 레이저 빔을 방출하는 반도체 레이저에 있어서, 레이저 빔이 한쪽방향으로만 방출되도록 그레이팅을 링 형태로 형성시키는 것으로 이루어진다.In order to achieve the above object, the semiconductor laser of the present invention consists of forming a grating in a ring shape so that the laser beam is emitted only in one direction in the semiconductor laser emitting the laser beam by the grating formed on the active layer region.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 효과를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

전술한 바에 의하면 단일 횡모드 및 단일 종모드를 유지하면서 1W 이상의 광출력을 얻기 위하여 DBR형 링 오실레이터를 사용한 반도체 레이저를 개발하였다.According to the above, a semiconductor laser using a DBR-type ring oscillator was developed to obtain a light output of 1 W or more while maintaining a single transverse mode and a single longitudinal mode.

제1도는 종래의 반도체 레이저를 나타낸 것으로, 이러한 구조의 반도체 레이저는 전술한 바와 같이 먼저 오실레이터 캐비티(그레이팅의 내부구역)내에서 2쌍의 그레이팅(4, 6)과 브랙 반사조건을 만족하는 반사빔(2, 3)이 서로 수직인 2쌍의 그레이팅(4, 6)에 대해 상호 보완적으로 링 오실레이션(Ring Oscillation)을 하여 레이저 빔(5)과 거의 평행으로 진행하는 내부 투과빔(2)과 나머지 내부 반사빔(3)으로 되는데, 이때 상기 내부 투과빔(2)은 레이저 빔(5)이 되지만, 내부 반사빔(3)은 내부 경계면을 타고 계속적으로 반사되어 캐비티내에 잔류하게 된다.FIG. 1 shows a conventional semiconductor laser. As described above, the semiconductor laser has a reflection beam that satisfies two pairs of gratings 4 and 6 and Bragg reflection conditions in an oscillator cavity (inner region of the grating). Internally transmitted beams 2 running substantially parallel to the laser beam 5 by ring oscillation complementary to two pairs of gratings 4 and 6 where (2, 3) are perpendicular to each other And the remaining internal reflection beam 3, wherein the internal transmission beam 2 becomes the laser beam 5, but the internal reflection beam 3 is continuously reflected on the inner boundary surface and remains in the cavity.

또한, 레이저 빔(5)이 되는 내부 투과빔(2)은 제2 그레이팅(6)영역을 지나므로 반사에 의한 손실이 생기게 되고 양쪽 경면으로 방사되므로 유효 광출력이 실제 총출력의 절반이하 수준에 불과하게 된다.In addition, since the internal transmission beam 2, which becomes the laser beam 5, passes through the second grating 6 region, there is a loss due to reflection and is radiated to both mirror surfaces, so that the effective light output is less than half of the actual total output. It will be nothing.

본 발명자는 이러한 점을 감안하여 기존의 그레이팅과는 다른 링 형태의 그레이팅을 개발한 것이다.The present inventors have developed a ring-shaped grating different from the existing grating in view of this point.

제2도는 본 발명의 반도체 레이저를 나타낸 것으로, 활성층 영역(1)상에 링 형태로 이루어진 그레이팅(14)이 형성된 구조를 이루고 있다. 여기서, 상기 링 그레이팅(14)의 평평한 선단부(16)는 경면에 수직인 축과 약 40°이하의 예각을 이루고 있다.2 shows a semiconductor laser of the present invention, and has a structure in which a grating 14 having a ring shape is formed on the active layer region 1. Here, the flat tip 16 of the ring grating 14 forms an acute angle of about 40 ° or less with an axis perpendicular to the mirror surface.

한편, 상기 링형 그레이팅(14)은 그 주기가 하기의 식을 만족하는 형태로 구성된다.On the other hand, the ring grating 14 is configured in such a form that the cycle satisfies the following equation.

mλ = 2n_effd cosθmλ = 2n _eff d cosθ

여기서, n_eff는 그레이팅을 포함하는 영역의 유효굴절율,Where n _eff is the effective refractive index of the region containing the grating,

d는 그레이팅 주기,d is the grating period,

θ는 빔의 입사각,θ is the angle of incidence of the beam,

λ는 빔의 파장,λ is the wavelength of the beam,

m은 정수m is an integer

상기 식에서 빔의 입사각 λ는 60°내지 30°의 범위에 있고, 이를 만족하는 그레이팅 주기 d를 가진다.In the above equation, the incident angle λ of the beam is in the range of 60 ° to 30 °, and has a grating period d that satisfies this.

제2도에 도시된 바와 같이 본 발명의 반도체 레이저는 링형 캐비티내에서 발생한 빔이 그레이팅(14)과 브랙 반사를 하여 그림과 같이 반사를 하게 되는데, 이때 상기 그레이팅 주기를 빔의 입사각 θ가 60°내지 90°를 만족시키는 빔만이 이득을 얻도록 설계하였으므로 실제로 캐비티 바깥으로 투과되는 레이저 빔(15)은 링형 그레이팅(14)을 거의 지나지 않고 곧바로 경면 바깥으로 방출되게 되어 반사에 의한 광손실은 거의 사라지게 되고, 한쪽방향으로만 레이저 빔이 방사되므로 유효광출력이 훨씬 증가된다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, in the semiconductor laser of the present invention, the beam generated in the ring-shaped cavity reflects with the grating 14 to be reflected as shown in the figure, wherein the grating period is determined by the incident angle θ of the beam at 60 °. Since only the beams satisfying 90 to 90 ° are designed to gain, the laser beam 15 that is actually transmitted out of the cavity is emitted almost immediately after the ring-shaped grating 14 and is emitted out of the mirror surface, so that light loss due to reflection is almost disappeared. It can be seen that the effective light output is much increased because the laser beam is emitted only in one direction.

그러므로, 본 발명의 반도체 레이저는 종래의 그레이팅과는 다른 링형 그레이팅을 사용하므로써 반사에 의한 광손실을 줄일 수 있으며 유효 광출력을 훨씬 높일 수 있는 잇점이 있다.Therefore, the semiconductor laser of the present invention can reduce the optical loss due to reflection by using a ring-type grating different from the conventional grating, and has an advantage of increasing the effective light output even more.

Claims

A semiconductor laser which emits a laser beam by grating formed on the active layer region (11), characterized in that the grating (14) is formed in a ring shape so that the laser beam (15) is emitted only in one direction.

The semiconductor laser according to claim 1, wherein the period of the ring grating (14) satisfies the following equation.

mλ = 2n _eff d cosθ

Where n _eff: effective refractive index of the region including grating d: grating period θ: beam incident angle λ: beam wavelength m: integer

The semiconductor laser according to claim 1, wherein the tip portion (16) of the grating (14) forms an angle in the range of about 0 to 40 degrees with an axis perpendicular to the mirror surface.