초록 ▼

□ 최종목표
- 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드 기술 개발

□ 개발내용 및 결과
○ 기술 개발 결과
▫ 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드 소자 개발
- 테이퍼드 MOPA 구조 설계/마스크 제작/공정개발/제작
- 광출력: > 2W 테이퍼드 MOPA형 구조, 파장 782 nm
- 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드 측정 기술
▫ 특허출원 : 프로그램 등록
- 특허명 : 테이퍼드 광증폭기 시뮬레이션 프로그램 (C-2020-044327 /2020.11.23)

□ 최종목표
- 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드 기술 개발

□ 개발내용 및 결과
○ 기술 개발 결과
▫ 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드 소자 개발
- 테이퍼드 MOPA 구조 설계/마스크 제작/공정개발/제작
- 광출력: > 2W 테이퍼드 MOPA형 구조, 파장 782 nm
- 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드 측정 기술
▫ 특허출원 : 프로그램 등록
- 특허명 : 테이퍼드 광증폭기 시뮬레이션 프로그램 (C-2020-044327 /2020.11.23)
▫ 학회논문발표
-제목 : 940nm 400mW Transverse Single Mode Laser Diode with RISA Structure
-학회 : Photonics West 2020, Novel In-Plane Semiconductor Lasers XIX
○ 제품에 대한 기술적인 원리
-고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭기는 낮은 출력의 레이저 출력을 높은 출력으로 증폭하는 능동형 광소자로 공간적으로 단일 모드를 가지는 시드 광원을 비선형 현상을 최소화 하면서 증폭하기 때문에 높은 출력이지만 공간적으로 안정적인 레이저 출력을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있음
-양자우물을 이득매질로 하는 레이저 다이오드나 혹은 광증폭기와 같은 능동형 광소자는 높은 비선형 계수를 가지고 있기 때문에 단일 모드의 높은 출력을 얻는 것은 단일 레이저 다이오드 소자형태로 구현하는 것은 사실상 불가능하여 이를 해결하기 위해 제안된 소자임
-고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드는 기본적으로 RWG + 테이퍼드 광증폭 영역의 두 영역이 직접화 된 구조를 가지고 있어 그만큼 구현하기가 힘듦
- 따라서 각각의 영역의 기술적인 접근을 통해서 구현 가능한 기술임
○ 연구내용
- RWG + 테이퍼드 증폭영역의 두 영역이 집적화된 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드 소자의 설계 기술 연구는 RWG 영역과 테이퍼드 광증폭 영역 해석을 통해서 진행됨
- 에피는 780nm 파장을 중심으로 하는 양자우물 구조와 수직방향으로 단일모드의 도파로 구조를 설계 하였으며, 유효굴절율 해석방법을 이용하여 RWG 구조가 공간적으로 단일모드를 형성할 수 있게 하였고 이를 이용하여 RWG의 형성을 위한 공정의 에칭 깊이를 결정하였음
- 테이퍼드 영역의 비선형 해석을 위해서 기존의 테이퍼드 광증폭 시뮬레이션 프로그램을 current spreading, carrier diffusion 효과를 추가하고 GUI를 개선하여 주입전류세기, input aperture width, tapered angle, seed 출력 등의 의존성을 시뮬레이션 하였음
- 테이퍼드 광증폭기 시뮬레이션을 통해서 단위 소자의 설계를 하였으며 이를 바탕으로 단위 소자 마스크 설계를 진행함
- 기본 단위소자 마스크는 ㈜큐에스아이의 공정 환경에 맞게 수정되어 화합물 반도체 공정을 통하여 테이퍼드 광증폭기 제작을 진행하였음
- 제작된 테이퍼드 광증폭기는 AlN sub-mount와 C-mount에 마운팅되어 한국전기연구원에서 구축한 측정시스템을 통하여 그 특성을 분석함

□ 기술개발 배경
○ 2018년 1월 ‘Strategies Unlimited’ 시장 보고서에 의하면 세계 레이저 광원 시장은 2018년 130,6억불이고 이중 레이저 다이오드 시장은 42% 즉 54.85억불이 될 것으로 예상됨
○ 응용분야별로 레이저 시장 현황을 살펴보면 Material processing과 Communication 응용시장이 50% 이상을 차지하고 있으며 시장이 큰만큼 IPG Photonics, Jenoptik, DILAS, ROHM, JDSU, NICHIA 등의 세계 주요 레이저 다이오드 생산 업체들이 이 시장을 차지하고 있음
○ 그리고 최근 중국은 반도체 굴기와 자본력으로 레이저 다이오드 산업을 육성하고 있으며 대표적인 기업으로 BWT와 Focuslight 사가 있고주 제품은 Material processing에 들어가는 고출력 펌프 레이저 다이오드이며 Communication 용 레이저 다이오드는 이미 가격 경쟁력을 갖고 주요시장을 차지하고 있음
○ 그런데 지원업체의 경쟁력을 갖추고 있는 부분은 시장크기가 상대적으로 작은 프린팅과 센서시장을 차지하고 있어 기업 성장성이 떨어지는 상황임
○ 따라서 지원기업은 선진 주요기업과 신생 중국 기업이 경쟁하고 있는 Material processing 분야의고출력 레이저 다이오드 제품군을 개발하기 보다는 높은 기술력과 다양한 제품을 필요로 하는 R&D & Military용 레이저 시장으로 진입하기 위해서 첫 단계로 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드를 개발하고 자 함

□ 핵심개발 기술의 의의
○ 연구개발을 통하여 기술개발이 완료되면 세계적 수준의 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드 기술을 확보함
○ 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드 제작 공급업체는 세계적으로 eagleyard photonics와 m2k laser 2곳이며 이들과 동등 수준의 high-end 다이오드 레이저 기술을 확보하여 지원기업은 새로운 시장으로 진출 할 수 있어 현재 정체상태에 있는 지원기업의 성장 동력이 될 것으로 기대됨
○ 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드는 고품위의 출력빔을 얻을 수 있어 고체 레이저 펌핑 및 광섬유 커플링 등 광학적 특성이 우수하기 때문에 다양한 분야에서 응용될 수 있는 잠재력을 가지고 있어 고출력 레이저 다이오드 산업영역 뿐만 아니라 다양한 광학 응용분야에 맞는 다양한 레이저 다이오드 상품군을 형성 할 수 있는 발전 가능성이 있음

□ 적용 분야
○ Optical tweezer, spectroscopy 등 자연과학 응용
○ 원자단위의 자이로스코프 등의 국방연구
○ Optical trapping을 이용한 volumetric display 응용
○ Doppler cooling, Raman cooling 등
○ Magneto-optical trapping (MOT)응용 등
○ 고출력 테이퍼드 MOPA 광증폭 다이오드의 응용 예

(출처 : 초록 - 3. 개발결과 요약 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 초록 ... 3
• 목차 ... 10
• 제 1 장 서론 ... 11
• 제 1 절 과제의 개요 ... 11
• 제 2 절 국내․외 관련 기술의 현황 ... 13
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 파급 효과 ... 13
• 제 2 장 과제 수행 내용 ... 14
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 14
• 제 2 절 개발 내용 및 개발 범위 ... 14
• 제 3 장 과제 수행 결과 및 사업화 계획 ... 24
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 24
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 24
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 24
• 3. 연구개발 성과 ... 25
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 25
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 26
• 1. 시장 현황 ... 26
• 2. 사업화 계획 ... 27
• 3. 향후 추가 기술 개발 계획 ... 28
• 제 4 장 결 론 ... 29
• 제 1 절 향후 활용방안 ... 29
• 제 2 절 지원효과 ... 29
• 제 3 절 결 론 ... 29
• 끝페이지 ... 30