Integration of optical devices and waveguide is a key to the realization of the optical integrated circuit. Integrated twin guide laser diode (ITG LD) with etched roof-top reflectors (RTR) at both side is proposed as a integrated light source. Since RTR can totally reflect incident beams threshold current (Ith) of ITG LD can be reduced by adopting RTR.
Conical microlens arrays are formed on a glass plate by simply spin-coating spin-on-glass film on the glass and patterning photoresist, then etching the glass in HF solution. These arrays can be used for obtaining more uniform irradiance profiles from non uniform incoherent sources.
Transverse electric field distributions in the twin-guide structure and power coupling between active and passive guiding layers are calculated by rigorous normal mode method. Threshold gain (Gth) and transmission into the outer single guide according to cavity length are also obtained. Optimum layer design parameters are determined. Characteristics of twin-guide can be significantly changed by lasing wavelength variation and fluctuations in material parameters. Twin-guide LD layers are grown by AP-MOCVD and etched RTR mirrors are formed by chemically assisted ion beam etching (CAIBE).
Light-current characteristics are measured for LD with various mirror configurations. As stripe width increases, RTR gives lower threshold current than cleaved facet or etched straight mirror. This is because RTR has higher reflectivy for most region, but has radiation and scattering loss at the corner region. Carrier distribution and lateral modes of gain-guided stripe LD are obtained. Near field patterns of RTR LD are similar to those of cleaved facet LD up to stripe width of 10㎛. But, RTR LD strongly favors odd mode operation for stripe width of 20㎛.
Longtudinal mode selection property of coupled cavity is seen in spectra. Reflection modulation according to wavelength occurs in twin-guide LD with etched RTR. This gives threshold gain modulation and only particular longitudinal modes can appear periodically. The mode spacing is inversly proportional to cavity length. At particular current level, only single mode operation is seen.
광집적 회로의 구현을 위해서는 광소자와 광도파로의 집적이 필수적이다. 본 논문에서는 먼저 지붕형반사기를 가진 레이저 다이오드와 광도파로를 이중 도파로를 써서 집적시키는 구조를 제안하였다. 지붕형 반사기는 전반사 현상을 일으켜 들어오는 모든 빛을 반사시킬수 있기 때문에 레이저 다이오드의 문턱 전류를 낮추는 데 기여할 수 있다.
반도체 공정에 필요한 노광 장치에서 균일성을 향상시키기 위해 개발된 미세 렌즈 배열의 동작 원리에 원리에 대해 설명하고 이것이 광원에서 나오는 빛의 균일성을 향상시킴을 보였다.
이중도파로 구조에서의 전자장의 분포와 빛의 전파, 문턱 이득과 투과율 등의 특성을 정규 모드를 구하여 계산하였고, 여기서 레이저의 특성이 파장 및 각 층의 조그만 특성 변화에도 민감하게 변함을 알 수 있었다.
다음 이중 접합 구조의 화합물 반도체 레이저 다이오드 층을 상압의 유기 화학 증착기에서 기르고, 석영층을 증착시켜 전류 제한과 반사기 식각시의 마스크 역할을 하게 하였다. 화학물질을 동반한 이온 빔 식각기를 이용하여 수직 구조의 반사기를 얻을 수 있었다.
만들어진 레이저 다이오드에 대해 광 대 전류 특성과 근접 전장 특성을 측정하였다. 지붕형 반사기는 넓은 선폭을 가진 레이저 다이오드에서 잘려진 반사기나 똑바로 식각된 반사기보다 낮은 문턱 전류와 높은 효율을 줄 수 있음이 확인되었다. 이는 좁은 선폭을 가진 레이저 다이오드의 경우 지붕형 반사기의 끝단에서 방사나 산란으로 인한 손실이 상대적으로 크기 때문에 지붕형 반사기의 장점인 반사율의 상승을 상쇄시키기 때문으로 보인다. 근접 전장의 특성에서 넓은 선폭을 가진 경우 지붕형 반사기 레이저가 비대칭 모드를 취함을 알 수 있었다.
스펙트럼의 분석에서 식각된 거울을 가진 이중 도파로 구조의 레이저가 몇몇의 특정의 파장에서만 발진을 일으킴을 알 수 있었다. 또, 특정한 구동전류에 서는 단일 모드만이 발진하는 현상도 보였다. 이 현상은 파장에 따라 각 층의 굴절율이 변화하고 안에서 발진하는 모드간의 결합 거리가 많이 바뀌어, 실제 반사율이 파장에 따라 달라지고 따라서 공진이 일어나는 문턱 이득이 달라지는 것으로 설명될 수 있다.
