KR100754402B1

KR100754402B1 - 수직외부공진기형 면발광 레이저

Info

Publication number: KR100754402B1
Application number: KR1020060043942A
Authority: KR
Inventors: 김기범; 조수행; 김택
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-08-31
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: JP2007311780A; US20070268941A1

Abstract

본 발명에 의하면 수직외부공진기형 면발광 레이저가 개시된다. 개시된 수직외부공진기형 면발광 레이저는 공진 구간을 한정하기 위한 미러층과, 광을 생성하는 활성층과, 활성층을 냉각하기 위한 열확산기 및 열확산기에 결합되고 집광을 위한 볼록한 외표면을 갖는 마이크로 렌즈를 포함하는 발광소자, 마이크로 렌즈에 의해 집속된 광의 주파수를 변환하는 SHG 결정 및 SHG 결정을 통하여 주파수가 변환된 광은 투과하여 레이저로 출력하고, 변환되지 않은 기본 광은 미러층으로 반사하여 공진시키는 외부 공진미러를 포함한다.

본 발명에 의하면 레이저 출력이 향상되고, 조립시 구성부품들 상호 간의 얼라인이 용이하며, 컴팩트화에 유리한 수직외부공진기형 면발광 레이저가 제공된다.

Description

수직외부공진기형 면발광 레이저{Vertical external cavity surface emitting laser}

도 1은 종래기술에 의한 수직외부공진기형 면발광 레이저의 수직 단면 구조를 보인 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수직외부공진기형 면발광 레이저의 수직 단면 구조를 보인 도면이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직외부공진기형 면발광 레이저의 수직 단면 구조를 보인 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 펌프 LD 120 : 발광소자

121 : 기판 122 : 미러층

123 : 활성층 125 : 발광부

127 : 열확산기 129 : 마이크로 렌즈

130 : SHG 결정 131,135 : 반사방지 코팅층

140 : 복굴절 필터 150 : 외부 공진미러

151 : 반사/투과 코팅층 155 : 반사방지 코팅층

본 발명은 수직외부공진기형 면발광 레이저(vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL)에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 레이저 출력이 향상되고, 조립시 구성부품들 상호 간의 얼라인이 용이하며, 컴팩트화에 유리한 수직외부공진기형 면발광 레이저에 관한 것이다.

수직외부공진기형 면발광 레이저는 수직공진기형 면발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)의 상부 미러를 외부 공진미러로 대체하여 이득 영역(gain region)을 증가시킴으로써 수 ~ 수십 W 이상의 고출력을 얻도록 하는 레이저 소자이다.

도 1에는 종래기술에 따른 수직외부공진기형 면발광 레이저의 수직 단면도가 도시되어 있다. 도시된 수직외부공진기형 면발광 레이저는 펌핑 광을 출사하는 펌프 LD(Laser Diode, 10)와, 펌핑 광(P)을 집속하기 위한 포커싱 렌즈(15)와, 펌프 LD(10)에 의해 여기되어 소정 파장의 광을 생성하는 발광 매질(25)과, 상기 발광 매질(25)과 소정의 간격을 두고 마주보게 배치된 외부 공진미러(50)를 구비한다.

상기 펌프 LD(10)는 발광 매질(25)의 전방에 비스듬하게 배치되어 발광 매질(25)에 대해 펌핑 광(P)을 공급한다. 상기 발광 매질(25)은 기판(21)상에 순차적으로 형성된 DBR 미러(22)와 활성층(23)을 포함한다. 상기 DBR 미러(22)는 굴절율이 서로 다른 복수 개의 층이 서로 교번되게 적층되어 고 반사율의 미러층을 형성한다. 상기 활성층(23)은 주기적으로 복수의 QW(Quantum Well)이 배치된 다중양자 우물(MQW, Multi-Quantum Well) 구조로 마련되고, 펌핑 광(P)에 의해 여기되어 일정한 파장의 광을 방출한다. 이러한 구조를 갖는 발광 매질(25)은 높은 열전도 특성을 갖는 열확산기(27)에 부착되며, 고온의 발광 매질(25)은 상기 열확산기(27)를 통해 냉각된다. 발광 매질(25)에서 발생된 광은 DBR 미러(22)와 외부 공진미러(50) 사이를 왕복하면서 증폭되며, 결론적으로 상기 외부 공진미러(50)를 통하여 레이저(L)로 출력된다.

상기 발광 매질(25)과 외부 공진미러(50) 사이의 광경로 상에는 소정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 복굴절 필터(40)와, 발광 매질(25)에서 나온 기본 주파수의 광파로부터 그 2배의 주파수를 갖는 제2 고조파(second harmonic wave)를 생성하기 위한 SHG 결정(30)이 배치된다. 알려진 바와 같이, 상기 SHG 결정(30)에서의 주파수 변환효율은 입사되는 광의 에너지 밀도와 비례하는 관계가 있다. 따라서, SHG 결정(30)의 변환효율을 높이기 위해서는 광의 빔경을 최소한으로 집속하는 것이 바람직할 것이다. 그런데, 도시된 종래기술에서는 SHG 결정(30)으로 입사되는 광을 집속하기 위한 별도의 포커싱 수단이 마련되지 않고, SHG 결정(30)이 발광 매질(25)로부터 상대적으로 원거리에 배치되는 결과, 발광 매질(25)에서 발생된 광이 SHG 결정(30) 측으로 진행하면서 점차 빔경이 증가하게 되고, 따라서 주파수 변환효율이 떨어지게 된다.

또한, 도시된 종래기술에 의하면, DBR 미러(22)와 외부 공진미러(50) 사이에서 공진되는 광은 발광 매질(25)의 정면으로 입사되는데 반하여, 펌프 LD(10)에 의한 펌핑 광(P)은 비스듬하게 경사져서 입사되므로, 발광 매질(25)에 있어서 DBR 미 러(22)와 외부 공진미러(50) 사이에서 공진되는 광이 입사되는 공진영역과 광 펌핑에 의한 발광영역이 완전히 일치되지 않고, 일부 미스 매치되는 부분이 생기게 된다. 이렇게 미스 매치되는 부분에서는 광 공진이 일어나기 어렵고, 따라서 광 공진기의 안정성 및 발진 효율이 떨어지게 된다.

본 발명의 목적은 SHG 결정의 주파수 변환 효율이 향상되어 레이저 출력이 향상되는 수직외부공진기형 면발광 레이저를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전술한 목적을 달성하면서도 구성부품들 상호 간의 얼라인 작업이 용이하게 이루어지고, 컴팩트화에 유리한 수직외부공진기형 면발광 레이저를 제공하는 것이다.

상기 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 수직외부공진기형 면발광 레이저는 공진 구간을 한정하기 위한 미러층과, 광을 생성하는 활성층과, 상기 활성층을 냉각하기 위한 열확산기 및 상기 열확산기에 결합되고 집광을 위한 볼록한 외표면을 갖는 마이크로 렌즈를 포함하는 발광소자;

상기 마이크로 렌즈에 의해 집속된 광의 주파수를 변환하는 SHG 결정; 및

상기 SHG 결정을 통하여 주파수가 변환된 광은 투과하여 레이저로 출력하고, 변환되지 않은 기본 광은 상기 미러층으로 반사하여 공진시키는 외부 공진미러;를 포함한다.

본 발명에 있어 바람직하게, 상기 발광소자의 외곽 후방에는 상기 활성층을 광 펌핑하기 위한 펌프 LD가 배치된다. 더욱 바람직하게, 상기 발광소자 및 외부 공진미러 사이의 구성요소들은 하나의 라인을 따라 일 열로 배열된 선형 구조를 이룬다.

상기 SHG 결정과 외부 공진미러 사이에는 특정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 복굴절 필터가 더 구비될 수 있다.

상기 마이크로 렌즈는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 비구면 형상의 마이크로 렌즈는 타원 렌즈 또는 비대칭 렌즈로 구성될 수 있다. 이러한 비구면 형상의 마이크로 렌즈는 상기 활성층에서 생성되는 비원형 단면의 광을 원형광으로 정형하여 상기 SHG 결정에 대해 공급한다.

상기 외부 공진미러는 오목한 구면경 또는 평편한 평면경으로 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 발광소자의 펌프 LD 측 표면에는 펌핑 광의 반사를 방지하고 투과를 촉진하기 위한 반사방지 코팅층이 형성된다.

바람직하게, 상기 SHG 결정에서 광축이 통과하는 양측의 주된 면에는 기본 광 및 변환된 광의 반사를 방지하여 내부 투과를 촉진하기 위한 반사방지 코팅층이 형성된다.

바람직하게, 상기 외부 공진미러의 공진기 안쪽에 위치된 표면에는 선택적으로 기본 광은 공진을 위해 반사하고, 변환된 광은 외부로 출력하기 위해 투과하는 반사/투과 코팅층이 형성되고, 상기 외부 공진미러의 공진기 밖으로 노출된 표면에는 변환된 광에 대한 반사방지 코팅층이 형성된다.

본 발명에 있어 바람직하게, 상기 열확산기는 상기 활성층과 마주보게 접합되어 있으며, 상기 활성층에서 발생된 광을 차단하지 않도록 광 투명한 재료로 구성된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직외부공진기형 면발광 레이저에 대해 설명하기로 한다. 도 2에는 수직외부공진기형 면발광 레이저의 수직 단면도가 도시되어 있다. 도시된 수직외부공진기형 면발광 레이저는 소정 파장의 광을 생성하기 위한 발광소자(120)와, 상기 발광소자(120)의 후방에서 펌핑 광(P)을 공급하는 펌프 LD(Laser Diode,110)와, 상기 발광소자(120)와 소정 간격을 두고 마주보게 배치된 외부 공진미러(150)를 포함한다. 상기 외부 공진미러(150)에서는 상기 발광소자(120)에서 발생된 광의 일부를 투과시켜서 레이저(L)로 출력하고, 일부 광은 공진을 위해 다시 발광소자(120) 측으로 반사하여 공진 조건을 만들어준다.

상기 발광소자(120)와 외부 공진미러(150) 사이에는 발광소자(125)에서 방사된 기본 주파수의 광을 그 배수의 주파수를 갖는 광으로 변환하기 위한 SHG(Second Harmonic Generation) 결정(130) 및 특정 파장대 광을 선택적으로 통과시키기 위한 복굴절 필터(140)가 배치된다.

본 발명의 수직외부공진기형 면발광 레이저는 발광소자(120)의 후방에 펌프 LD(110)가 배치되는 후방 광 펌핑 방식의 레이저 장치이다. 상기 펌프 LD(110)는 전방의 발광소자(120)에 대해, 예를 들어, 808nm의 펌핑 광(P)을 공급함으로써 발 광소자(120)의 활성층(123)을 여기시키게 된다. 상기 펌프 LD(110)과 대면하는 발광소자 측에는 펌핑 광(P)에 대한 반사를 최소화하고 투과를 촉진하기 위한 반사방지 코팅층(131)이 형성될 수 있다.

상기 발광소자(120)는 기판(121)상에 순차로 적층된 미러층(122) 및 활성층(123)을 포함하는 발광부(125)와, 상기 발광부(125)와 접하여 배치된 열확산기(127) 및 마이크로 렌즈(129)를 구비한다. 상기 미러층(122)은 외부 공진미러(150)와 함께 공진 구간을 한정하게 되며, 활성층(123)에서 생성된 광은 상기 미러층(122)과 외부 공진미러(150) 사이에서 공진을 일으키며 증폭된다. 상기 미러층(122)은 DBR 미러(distributed brag reflector)로 이루어지는 것이 일반적인데, 상기 DBR 미러는 복수의 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 다층 구조를 가지며, 각 굴절율층은 상기 활성층(123)에서 발생되는 광파장의 1/4에 해당되는 두께를 갖는다.

상기 활성층(123)은 주기적으로 QW(quantum well)이 배치되고 QW 사이에 베리어층이 개재되는 다중 양자우물(MQW, Multi- Quantum Well) 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(123)은 808nm 파장의 펌핑 광(P)보다 긴 파장의 광을 생성하는데, 활성층(123)을 구성하는 구체적인 반도체 화합물에 따라, 920nm 또는 1064nm 파장의 적외선 광을 생성한다.

상기 열확산기(127)는 상기 활성층(123)을 냉각시킴으로써 열화를 방지하는 방열판 역할을 한다. 이를 위해, 상기 활성층(123)은 열전도도가 높은 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 특히 활성층(123)에서 생성된 광이 차단되지 않도록 열전 도도와 함께 광 투과율도 높은 기재로 만들어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 열확산기(127)는 탄화 규소(SiC), 다이아몬드(diamond), 질화 알루미늄(AlN) 등으로 만들어질 수 있다. 상기 열확산기(127)는 발광부(125)에 대면되게 접합될 수 있는데, 예를 들어, 기판(121)상에 순차로 미러층(122)과 활성층(123)을 적층함으로써 발광부(125)를 구성하고, 이와 별도로 마이크로 렌즈(129)가 본딩된 열확산기(127)를 준비한 후에, 상기 발광부(125)와 열확산기(127)를 서로 대면 접합시킴으로써 도시된 바와 같은 발광소자(120)가 만들어질 수 있다.

상기 마이크로 렌즈(129)는 상기 활성층(123)에서 생성된 광을 집속하도록 볼록 렌즈로 구성된다. 마이크로 렌즈(129)를 통과하면서 집속된 광은 전방의 SHG 결정(130)으로 공급되는데, SHG 결정(130)의 주파수 변환효율은 입사광의 에너지 밀도에 비례하는 관계를 가진다. 이에, 본 발명에서는 마이크로 렌즈(129)를 통하여 SHG 결정(130)으로 입사되는 광의 빔경을 최소화시킴으로써 주파수 변환 효율을 높이고, 이로써 변환 결과로 생성된 광, 예를 들어, 가시광선 영역의 청색 광 또는 녹색 광의 출력을 높이고 있다.

한편, 상기 마이크로 렌즈(129)는 구면 렌즈 또는 비구면 렌즈로 구성될 수 있다. 일반적으로, 구면 렌즈가 가공 상의 편이와 제조원가의 절감을 도모할 수 있어 바람직하다고 할 것이나, 후술하는 바와 같이 비구면 마이크로 렌즈는 SHG 결정(130)에 입사되는 광을 원형광으로 정형함으로써 SHG 결정(130)의 주파수 변환 효율을 높이는데 기여할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 펌프 LD(110)에서 출사되는 펌핑 광(P)은 소정의 발산각도로 활성층(123)에 입사되는데, 대개 상기 활성 층(123)에 입사되는 광 스폿의 형상은 정확하게 원형이 아닌 경우가 많다. 즉, 상기 펌핑 광(P)은 빔 단면 내에서 2차원적으로 발산되는데, 예를 들어, 빔 단면의 수직축과 수평축에 대한 발산속도가 서로 다를 경우에, 상기 펌핑 광(P)은 원형광이 아닌 타원광이 되고, 비원형 펌핑 광에 의해 여기된 활성층(123)에서는 비원형의 광이 출력될 가능성이 높다. 이때, 상기 마이크로 렌즈(129)를 단면 방향에 따라 서로 다른 굴절력을 제공하는 비구면 렌즈로 구성함으로써 비원형광으로부터 원형광 또는 그에 근접하는 근원형광을 만들어 SHG 결정(130)에 공급할 수 있고, SHG 결정(130)의 변환 효율에 기여할 수 있다. 상기 비구면 렌즈는 펌핑 광(P)의 구체적인 형태에 대응하여 타원형 또는 비대칭형 등 다양한 비구면 형태로 제조될 수 있다. 한편, 상기 마이크로 렌즈(129)는 평볼록 렌즈로 마련되어 그 편평한 면을 통하여 열확산기(127)에 접합될 수 있으며, 또는 상기 열확산기(127) 위에 직접 몰딩되어 형성될 수도 있다. 이렇게 마이크로 렌즈(129)가 열확산기(127)에 결합된 형태로 마련됨으로써, 예를 들어, 마이크로 렌즈(129)가 열확산기(127) 또는 열확산기(127)가 부착된 발광부(125)와 서로 독립적인 별개의 부품으로 만들어진 경우와 비교할 때, 공진기의 부품 점수를 줄일 수 있으므로 고도의 정밀도가 요구되는 공진기의 광학적 얼라인에 있어 조립 작업의 편이성이 크게 향상될 수 있고, 공진기의 컴팩트한 설계가 가능하게 된다.

상기 마이크로 렌즈(129)를 통하여 집속된 광은 SHG 결정(130)으로 입사된다. 상기 SHG 결정(130)은 기본 주파수를 갖는 광으로부터 그 두 배의 주파수를 갖는 광을 만들어내며, 이에 따라, 적외선 파장대의 광을 가시광선 파장대의 광으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 920nm 및 1064nm의 파장을 갖는 적외선 광은 상기 SHG 결정(130)을 통과하면서 각각 460nm의 청색 파장대 및 532nm의 녹색 파장대의 가시광으로 변환된다. 상기 SHG 결정(130)에서 광축(O)이 통과하는 앞쪽과 뒤쪽 표면에는 주파수가 변환된 광 및 변환되지 않은 광의 내부 투과를 촉진하고 반사를 방지하기 위하여 반사방지(anti-reflectance) 코팅층(131,135)이 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 SHG 결정(130)에 이어서 광축(O)에 대해 비스듬히 배치된 복굴절 필터(140)는 특정 파장대의 광은 선택적으로 통과시키고, 다른 파장대의 광은 배제함으로써 특정 파장대 중심의 선예한 스펙트럼 분포를 갖는 광을 만들어낸다.

상기 외부 공진미러(150)는 상기 발광소자(120)의 미러층(122)과 함께 소정의 공진 구간을 제공하게 된다. 상기 외부 공진미러(150)는 SHG 결정(130)에 의해 주파수가 변환된 광은 투과시키서 공진기 외부로 출력하며, 반면에 주파수가 변환되지 않은 광은 상기 발광소자(120) 측으로 반사하여 공진이 일어나게 한다. 이를 위해, 외부 공진미러(150)의 발광소자(120) 측 표면에는 광 파장에 따라 선택적으로 광을 반사 또는 투과시키도록 반사/투과 코팅층(151)이 형성된다. 상기 외부 공진미러(150)의 외부 표면에도 주파수가 변환된 광에 대한 반사를 방지하기 위한 반사방지 코팅층(155)이 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시예의 외부 공진미러(150)는 소정 곡률을 갖는 오목한 구면경으로 구성될 수 있다. 오목한 외부 공진미러(150)에 의해 반사된 광은 광축(O)에 대해 근접하면서 수렴하는 형태로 발광소자(120) 측으로 진행하며, 광 펌핑이 이루어지는 활성층(123)의 발광영역과 대체로 합치되는 범위 내로 수렴된다. 이와 달리, 외부 공진미러(150)에서 반사된 광이 입사되는 발광소자(120)의 공진영역이 광 펌핑에 의한 발광영역보다 넓을 경우, 발광영역을 벗어난 위치에서는 광 생성에 의한 광증폭이 일어나기 어렵게 되므로, 공진기의 안정성이 떨어지고, 공진되는 광이 무효하게 손실되면서 광 펌핑을 위한 소비전력이 낭비되고 레이저의 출력 광량이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다. 본 발명에서는 외부 공진미러(150)로 오목경을 사용함으로써 공진기의 안정성을 기하고 있다.

한편, 본 발명의 수직외부공진기형 면발광 레이저에서는 그 구성 부품들이 하나의 라인을 따라 일 열로 배열됨으로써 직선상의 광축이 형성되는 선형 구조를 갖는다. 이러한 선형 구조의 레이저 장치는 구성부품들이 소정의 사잇각을 갖는 서로 다른 라인을 따라 배열됨으로써 광축을 따라 적어도 하나 이상의 위치에서 광축이 굴절되는 구조를 갖는 다른 레이저 장치에 비해, 설치 공간이 절약되어 공진기의 컴팩트화에 유리하고, 단순한 배열 구조를 구비하여 높은 정밀도로 광학 부품들을 얼라인하는데 보다 편리한 장점이 있다.

도 3에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직외부공진기형 면발광 레이저의 수직 단면 구조가 도시되어 있다. 참고적으로, 도 2에 도시된 구성요소들과 동일한 기능을 수행하는 사실상 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하였다. 도면을 참조하면, 본 실시예의 수직외부공진기형 면발광 레이저는 광 펌핑을 위한 펌프 LD(110)와, 상기 펌프 LD(110)에 의해 여기되어 광을 생성하는 발광소자(120)와, 상기 발광소자(120)와 소정 간격을 두고 마주보게 배치되어 그 사이에서 공진을 일으키는 외부 공진미러(150)를 포함하며, 상기 발광소자(120)와 외부 공진미러(150) 사이에는 주파수 변환을 위한 SHG 결정(130) 및 특정 주파수를 선택적으로 통과시키는 복굴절 필터(140)가 배치된다. 도시된 수직외부공진기형 면발광 레이저도 발광소자(120)의 후방에서 펌핑 광이 공급되는 후방 광 펌핑 방식의 레이저 장치이며, 펌프 LD(110)를 포함하여 발광소자(120)와 외부 공진미러(150) 사이의 광학 소자들이 일직선상에 배열되는 선형 구조의 레이저 장치이다.

상기 발광소자는 기판(121), 상기 기판(121) 위에 순차적으로 적층된 DBR 미러층(122), 다중 양자우물(MQW) 구조의 활성층(123)을 포함하고, 상기 활성층(123)에서 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 열확산기(127) 및 상기 활성층(123)에서 발생된 소정 파장대의 광을 집속하기 위한 마이크로 렌즈(129)를 포함한다.

본 실시예의 마이크로 렌즈(129)도 SHG 결정(130)에 대해 고밀도로 집속된 광을 공급하기 위하여 볼록 렌즈로 구성되며, SHG 결정(130)에 입사되는 광을 원형광으로 정형하기 위해 필요에 따라 비구면 렌즈로 구성될 수 있다. 그러나, 본 실시예의 마이크로 렌즈(129)는 제1 실시예에 비해 저 굴절력을 갖도록 렌즈 곡률이 조정된다. 상대적으로 감소된 굴절력의 마이크로 렌즈(129)를 통과한 빔은 완만한 수렴각도로 SHG 결정(130)에 대해 입사되며, 특정 파장의 광을 선택하기 위한 복굴절 필터(140)를 거쳐 외부 공진미러(150)로 입사된다. 상기 외부 공진미러(150)는 발광소자(120)의 DBR 미러층(122)과 함께 공진 구간을 제공하며, 발광소자(120)에서 발생된 광은 공진 구간을 왕복하면서 증폭된다. 이때, 저 굴절력의 마이크로 렌즈(129)를 통하여 공진되는 광은 평행광에 근접하는 근평행광 형태로 공진 구간을 왕복하게 된다. 이에 따라, 본 실시예의 외부 공진미러(150)는 제1 실시예와 달리, 평면경으로 구성될 수 있으며, 이 경우에도 상기 외부 공진미러(150)에 의해 반사된 광속은 비교적 광축(O)에 근접한 경로를 따라 발광소자(120) 측으로 입사되므로, 안정적인 광증폭이 이루어질 수 있다.

이렇게 외부 공진미러(150)를 오목경이 아닌 평면경으로 구성하면, 오목경을 가공하기 위해 필요한 고가의 가공장치나 숙련된 기술이 요구되지 않고 가공 상의 편이가 도모될 수 있으며, 미러면 상에 코팅층을 형성하는 공정에서도 그 작업성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 코팅층을 높은 정밀도로 가공할 수 있어, 예를 들어, 코팅층의 막 두께나 성분 등을 위치에 관계없이 균일하게 유지할 수 있다.

본 발명의 수직외부공진기형 면발광 레이저에서는 SHG 결정에 입사되는 광을 집속하기 위한 마이크로 렌즈가 구비되므로, SHG 결정의 주파수 변환 효율이 향상될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 전술한 효과를 달성하면서도 마이크로 렌즈가 별도의 독립적인 부품으로 마련되는 대신에, 발광부 및 열확산기와 함께 하나의 부품으로 구성되므로, 부품점수가 줄어들게 되어 공진기의 컴팩트한 설계가 가능하게 되고, 특히 마이크로 렌즈를 위한 별도의 얼라인 작업이 요구되지 않게 된다.

본 발명의 수직외부공진기형 면발광 레이저는 펌프 LD가 발광소자의 후방에 배치되고 구성부품들이 일직선상으로 배열되는 선형 구조를 가지므로, 구성부품들 상호 간의 얼라인 작업이 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

공진 구간을 한정하기 위한 미러층과, 광을 생성하는 활성층과, 상기 활성층을 냉각하기 위한 열확산기 및 상기 열확산기에 결합되고 집광을 위한 볼록한 외표면을 갖는 마이크로 렌즈를 포함하는 발광소자;

상기 마이크로 렌즈에 의해 집속된 광의 주파수를 변환하는 SHG 결정; 및

상기 SHG 결정을 통하여 주파수가 변환된 광은 투과하여 레이저로 출력하고, 변환되지 않은 기본 광은 상기 미러층으로 반사하여 공진시키는 외부 공진미러;를 포함하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 발광소자의 후방에는 상기 활성층을 광 펌핑하기 위한 펌프 LD가 배치되는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 발광소자 및 외부 공진미러 사이의 구성요소들은 하나의 라인을 따라 일 열로 배열된 선형 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 SHG 결정과 외부 공진미러 사이에는 특정 파장의 광을 선택적으로 통과시키기 위한 복굴절 필터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 마이크로 렌즈는 구면 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 마이크로 렌즈는 비구면 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제6항에 있어서,

상기 마이크로 렌즈는 타원 렌즈 또는 비대칭 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제6항에 있어서,

상기 비구면 형상의 마이크로 렌즈는 상기 활성층에서 생성되는 비원형 단면의 광을 원형광으로 정형하여 상기 SHG 결정에 대해 공급하는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 외부 공진미러는 오목한 구면경으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 외부 공진미러는 평편한 평면경으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 발광소자의 펌프 LD 측 표면에는 펌핑 광의 반사를 방지하고 투과를 촉진하기 위한 반사방지 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 SHG 결정에서 광축이 통과하는 양측의 주된 면에는 기본 광 및 변환된 광의 반사를 방지하여 내부 투과를 촉진하기 위한 반사방지 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 외부 공진미러의 공진기 안쪽에 위치된 표면에는 선택적으로 기본 광은 공진을 위해 반사하고, 변환된 광은 외부로 출력하기 위해 투과하는 반사/투과 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 외부 공진미러의 공진기 밖으로 노출된 표면에는 변환된 광에 대한 반사방지 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 미러층은 DBR 미러로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 열확산기는 상기 활성층과 마주보게 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.
제1항에 있어서,

상기 열확산기는 상기 활성층에서 발생된 광을 차단하지 않도록 광 투명한 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직외부공진기형 면발광 레이저.