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레이저 결정 내 광도파로

전문가 제언: ○ 오늘날의 초고속 대용량화 정보통신시대에는 나날이 정보량이 증가하여 기존의 광전변환과 전광변환을 되풀이해야 했던 옵토일렉트로닉스 시대로부터 광자에 의한 전광시대(全光時代)로 진입하고 있다.

○ 전광시대의 집적 광회로에 들어가기 위해서는 광원이나 레이저 또는 증폭기 등의 핵심 광 부품이 평판 광소자로 되어야 하고 광도파로화가 필수적이다. WDM(파장분할다중화) 기술의 평판 광소자 핵심인 도파로 증폭기는 종래의 수 m 길이의 EDFA(어븀첨가 광섬유 증폭기)에서 수 ㎝ 길이의 EDWA(어븀첨가 도파로 증폭기)로 발전하고 있다.

○ 광도파로 재료에는 정밀가공이 쉽고 실리콘 반도체와 결합하여 사용하기 편한 실리콘이나 실리카 기반의 재료가 표준이었으나 광학 이득이 적다. 화합물 반도체는 큰 광학 이득과 파장의 다양성이 있으나 에피택시 성장의 복잡성으로 가격 경쟁력이 부족하다. 고경도의 유전체 산화물 결정인 레이저 결정은 화학적으로 안정하여 광도파로 재질로 적합하다. 유리는 비정질로 조성 및 굴절률 거동이 복잡하다. 최근 대량생산에 유리한 고분자 재료의 이용이 국내외에서 한창 연구되고 있다.

○ 본문에서는 희토류나 천이금속 이온이 첨가된 레이저 결정 내에 도파로 레이저를 위한 광도파로 제법과 응용에 대한 최근의 진보가 소개되었다. 광도파로 제법으로는 벌크 기판에 이온이 첨가된 에피택시 층을 성장시킨 후 가공 처리하는 종래 제법이 공정이 복잡하고 시간 소요가 많아 박막성장이 필요 없는 기술이 개발되어 소개되고 있다. 펄스레이저 증착, 이온주입, 수소이온 교환, 이온 확산 등의 기술이 있다.

○ 2006년 보고된 Yb 첨가의 텅스텐산염은 Ti: 사파이어 레이저의 여기로 연속파 레이징이 성공되어, 평면형 도파로 레이저로는 최대인 출력 290mW, 기울기 효율 80.4% 그리고 전파손실 ~0.18 dB/㎝을 보였다. 전기광학효과와 비선형 광학특성이 활용되고 있는 LiNbO3을 비롯하여 Ti: 사파이어, Nd:YAG 등에서 도파로 레이저가 성공 되고 있다. 국내 에서는 고분자 광도파로에 대한 연구가 활발하여 1999년 완료한 한국자원연구소의 고에너지 중이온빔을 이용한 프로젝트 등이 보인다.

저자: Markus Pollnau et al
자료유형: 학술정보