레이저다이오드 (Laser Diode)

한 줄 정의: 반도체 pn접합에 전류를 주입해 유도방출을 통해 결맞음성 있는 레이저 빛을 발생시키는 반도체 광원입니다.

쉽게 풀면

발광다이오드가 전자와 정공이 만나 저절로 빛을 내는 자발방출을 이용한다면, 레이저다이오드는 한 걸음 더 나아가 이미 존재하는 빛이 다른 전자-정공 쌍의 재결합을 유도해서 같은 파장과 방향, 위상을 가진 빛을 추가로 만들어내는 유도방출을 이용합니다. 여기에 양쪽 끝을 반사면으로 만든 공진기 구조를 더하면, 빛이 반도체 내부를 왕복하며 점점 증폭되어 강력하고 결맞음성 있는 레이저 빛이 만들어집니다. 크기가 작으면서도 전기 신호로 직접 켜고 끌 수 있어 다양한 기기에 널리 쓰입니다.

왜 중요한가

레이저다이오드는 광통신의 광원, 광저장장치의 광픽업, 레이저 프린터, 산업용 가공 등 폭넓은 분야에서 핵심 부품으로 쓰입니다. 소형이고 효율이 높으며 직접 변조가 가능하다는 장점 때문에 광전자공학에서 실용적으로 가장 중요한 소자 중 하나로 다루어집니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"The threshold current of the fabricated laser diode was reduced by optimizing the quantum well structure."

양자우물 구조 최적화를 통해 제작된 레이저다이오드의 문턱전류를 낮췄다는 의미입니다.

"A distributed feedback laser diode was used to obtain a narrow linewidth output for the coherent communication system."

결맞음 통신 시스템을 위해 좁은 선폭 출력을 얻고자 분포궤환형 레이저다이오드를 사용했다는 뜻입니다.

조금 더 깊게 보면

레이저다이오드가 발진하려면 전류 주입에 의한 이득이 공진기 내부 손실을 초과하는 문턱전류 조건을 넘어야 합니다. 공진기 구조에 따라 페브리-페로형, 분포궤환형, 수직공진표면방출형 등 여러 종류로 나뉘며, 각각 스펙트럼 특성과 용도가 다릅니다. 성능은 문턱전류, 출력 파워, 선폭, 변조 대역폭 등의 지표로 평가합니다.

주의할 점

레이저다이오드는 발광다이오드와 겉모습이 비슷해 보일 수 있지만 발광 원리(유도방출 대 자발방출)와 공진기 유무가 근본적으로 다르므로 혼동하지 않아야 합니다.