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양자도트 레이저 및 광증폭기 기술

전문가 제언: ○ 반도체 광 디바이스의 활성층에 직경이 약 10~20㎚인 반도체 결정인 양자도트를 도입함으로써 광 디바이스의 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 양자도트는 전자의 에너지 준위를 완전히 양자화하는 특징이 있다.

○ 양자화 효과에 의해 양자우물, 양자세선, 양자도트와 함께 전자의 운동 자유도는 2차원, 1차원, 0차원 등으로 각각 낮아지고, 전자의 에너지상태 밀도 함수는 차례로 첨예하게 된다. 특히 양자도트에서는 상태 밀도는 완전히 이산화된다. 본고에서는 반도체 양자구조, 자기 형성 양자도트, 양자도트 레이저, 양자도트 광 증폭기 기술을 고찰하였다.

○ 현재 사용되고 있는 광 통신용 반도체 레이저는 주위 온도에 따라 문턱 전류 효율 등의 동작 특성이 민감하게 변화하는 결점이 있다. 이에 따라 냉각기 사용, 소비 전력, 가격 측면에서 문제점을 갖고 있다. 이 문제점을 해결하는 방안의 하나로 광 통신용 양자레이저를 개발하고 있다.

○ 현재 광 통신 네트워크에서는 광 증폭기로 EDFA(Erbium-doped Fiber Amplifier)를 사용하고 있으나 EDFA는 증폭 파장 대역이 전체 광 통신 파장 대역의 약 1/10로 협대역이며 C밴드, L밴드 이외에는 증폭작용이 불가능하여 이를 개선하기 위해 최근에 양자도트 광 증폭기를 개발하고 있다.

○ 양자도트 광 증폭기의 구조는 반도체 레이저와 거의 같은 더블 헤테로 구조로 되어 있으며 양자도트를 증폭 매질로 사용하여 활성층에 포함되어 있다. 기존의 광 통신 시스템에서 사용되고 있는 광 통신 디바이스보다 이득, 잡음 지수 등 성능이 향상된 광 통신 디바이스에 대한 기대가 크다.

저자: Mitsuru SUGAWARA
자료유형: 학술정보