This study describes lasing action in ring-type resonators defined by two-dimensional photonic crystals on a free-standing slab with InGaAsP active layers emitting at 1.55㎛. Free-standing photonic crystal slab structures are fabricated by using electron-beam lithography, chemically-assisted ion-beam etching, and undercut wet etching. The fabricated structures are pulse-pumped by a 980-nm laser diode at room temperature. Lasing actions from samples with various ring sizes are observed. A spectrum of a typical ring laser at above threshold shows the lasing wavelength of 1620 nm. An L-L curve shows a threshold pump power of ~3 mW. The lasing mode of the photonic crystal ring resonator originates from the true ring-type mode, which is confirmed by the observation of spectra and near-field images. The quality factor of the ring resonator is measured from the below threshold linewidth, which sets the lower bound as ~2000. The photonic crystal ring laser consists of 6 waveguides and 6 bent regions. Therefore, this structure is used to estimate the propagation loss in a photonic crystal waveguide. Using the reasonable value of group index of waveguide, propagation loss is less than $60 cm^{-1}$.
본 논문에서는 삼각형 격자 구조에 육각형의 고리 모양의 공진기를 제작하여 레이저 발진에 성공한 결과를 보고한다. 이 구조는 중심파장 1.55㎛에서 빛을 내는 양자 우물을 포함한 200 nm 두께의 InGaAsP 층이 공기 중에 떠 있는 형태로 되어 있다. 수직방향으로는 슬랩과 공기와의 굴절률 차이에 의한 전반사에 의해서, 수평방향으로는 광결정 구조가 갖는 광밴드 갭에 의해서 빛을 구속한다. 이와 같은 구조를 제작하기 위해서, 전자빔 리소그래피와 이온빔 식각, 염산 용액을 이용한 습식 식각등의 방법이 사용되었다. 제작된 구조는 980 nm 의 파장을 갖는 다이오드 레이저를 사용하여 펄스로 광 펌핑 되었다. 다양한 크기의 고리에서 레이저 발진이 관찰 되었다. 그 중에는 양자 우물의 중심 파장 보다 긴 1620 nm 에서 발진한 경우도 발견되었는데, 이 레이저의 입력 문턱값은 대략 3 mW로서, 기존에 제작된 단일 결함 레이저와 비슷한 정도임을 알 수 있었다.
고리형 레이저에서 형성된 발진 모드는 고리 모양의 공진기로부터 기인한다. 이것은 슬랩의 수평 방향으로 큰 파수벡터를 지니면서, 광결정 도파로를 따라서 진행하는 모드이므로, 전반사에 의해서 슬랩의 수직 방향으로도 잘 구속되어 있다. 즉 높은 품위값을 갖는 모드임을 예상할 수 있다. 실제로 양자 우물의 이득이 0이 되는 지점인 낮은 입력 문턱값에서, 발진 파장의 선폭을 통하여 품위값을 측정한 결과, 사용된 분광기의 한계치인 2000정도가 됨을 알 수 있었다. 광결정 고리형 레이저는 기존에 연구되던 마이크로 원반형 레이저와는 달리 광결정이 갖는 광밴드갭 효과에 의해, 고리형태의 모드를 갖도록 만든 것이다. 한편 구조 자체가 광결정 도파로로 이루어져 있으므로, 이것을 이용하여 광결정 도파로가 가지는 여러가지 특성들을 살펴보는데 좋은 도구가 될 것으로 기대된다. 실제로 광결정 도파로가 가지는 전파 손실 계수 α를 측정하여 $60 cm^{-1}$ 의 값을 얻었는데, 이 수치는 기존에 발표된 값과 비슷하였다.
