LD   Laser Diode   레이저 다이오드, 반도체 레이저

(2017-02-17)
1. 레이저 다이오드 (Laser Diode)

  ㅇ 주로 광통신광원으로 많이 쓰이는 반도체 발광소자
     - 주입 여기된 전하 캐리어에 의해 자연방출된 광은,
     - 광공동(이득매질) 끝단 반사기 사이를 오가며 유도방출로 이어져,
     - 코히어런트한 광이 방출됨

  ㅇ LED에 비하여,
     - 출력이 크고 변조시 상한 주파수가 크며, 상당히 정교한 선폭을 갖는 광 방출 다이오드


2. 반도체 레이저 다이오드 (Semiconductor Laser Diode)

  ㅇ 동작 원리 : 전류가간섭성(코히어런트) 으로 바꾸어주는 변환소자의 일종
     - 직접 천이밴드구조를 갖는 반도체 p-n 접합에 순방향 전류를 흘려주면,
     - 전도대 전자가전자대 정공재결합되면서,
     - 그 에너지 차이에 해당하는 파장이 발생되고,
     - 2개의 평형한 거울면에 의해 이 왕복 반사하면서, (☞ 광공동공진기 참조)
     - 특정 주파수의 광파가 선택되어 이득을 얻게되는 성질을 이용
       

  ㅇ 임계전류
     - 낮은 주입전류에서는 LED 처럼 동작하지만, 임계전류(Threshold Current)라고 하는
       정해진 값 이상의 전류를 흘려주면 광출력이 급격히 증가하며 레이저 발진 시작

  ㅇ 스위칭 가능
     - 주입전류를 스위칭하면 광출력도 스위칭되며, 그 속도가 10 GHz 이상이 되는데
       이 성질때문에 광통신에 사용 가능 (직접 변조)

  ㅇ 출력 주파수스펙트럼 형태 결정
     - 어떤 반도체 매질을 사용하는가에 따름 

  ㅇ 명칭 
     - 전기적으로는 단순한 p-n 다이오드 구조이므로 레이저 다이오드라고도 함


3. 반도체 레이저의 특징변조하기가 쉬움
  ㅇ 전력 소비가 작음
  ㅇ 파장 선택범위가 넓음 (0.33~28 ㎛)
  ㅇ 스펙트럼 폭(Spectral Width)이 좁고, 미세하게 집광이 가능
     - 통상 0.1 ~ 5 nm의 스펙트럼선폭을 가짐
     - 단일모드광섬유용 : 1 nm 이하, 다중모드광섬유용 : 수 nm 정도
  ㅇ 소형이고 경량화하기 쉬움


4. 주로 사용되는 반도체 재료

   ㅇ 0.85 ㎛ 파장대의 GaAlAs
   ㅇ 1.3 ㎛, 1.55 ㎛ 파장대 의 InGaAsP


5. 반도체 레이저의 구분

  ※ ☞ 반도체레이저 종류 참조
     - FP-LD, DFB-LD, VCSEL
6. LD 패키지

  ㅇ 종류
     - Chip on Submount (COS), TO-Can, C-Mount 등

  ㅇ TO-Can 패키지
     - 가장 일반적인 패키지 형태
     - 외부 구성 : 3개 핀 및 광 출구
        . 3개 핀 : (2개는 캐소드애노드, 나머지 1개는 광 출력 모니터)
     - 크기 구분 : 직경 5.6 mm, 9 mm


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