Nanobeam lasers printed on a substrate

Abstract

과거 수십년간 광범위하게 연구되어 온 작은 크기의 저전력 광결정 레이저는 미래의 광원의 유력한 후보로서 주목 받고 있다. 최근에는 공중에 다리처럼 되어 있는 구조의 다양한 광결정 레이저가 소개되었는데, 이와 같은 구조의 광결정 공진기들은 반도체와 공기 사이의 큰 굴절률 차이 때문에 높은 공진기 품위 값과 작은 모드 볼률을 가질 수 있다. 하지만, 공기의 열적 전달율은 매우 낮기 ？문에, 이와 같은 구조로 상온 연속 구동의 레이저를 구현하기란 쉽지 않았다. 게다가 공중에 떠있는 구조는 역학적으로 튼튼하지 않기 ？문에, 레이저 제작을 마친 이후라도 구조적 변형이 일어날 수 있었다. 앞서 언급된 문제들을 해결하기 위하여, 이 논문에서는 광결정 레이저를 기판 위에 결합시키는 것을 보였다. 여기서 특히 우리는 일차원 나노빔 레이저를 광결정 플랫폼으로 선택하였는데, 이는 일차원 광결정 구조가 이차원 구조에 비해 여러가지 장점을 가지고 있기 때문이다. 첫째, 일차원 구조는 크기가 작기 때문에 고밀도 집적회로에 적합하다. 두번째로, 일차원 구조에서는 횡전기(TE) 모드와 횡자기(TM) 모드 간의 연결이 크게 줄어 광학적 손실이 작다. 세번째로, 일차원 구조와 광학 도파관과의 결합이 이차원 구조에 비해 좀 더 직관적이다. 일차원 나노빔 레이저를 기판위에 붙이기 위해 우리는 건식 옮겨-찍기 (dry transfer-printing) 방법을 사용하였다. 이 과정으로 인하여 다른 접착제 없이도 나노빔 구조가 기판위에 바로 옮겨 붙어질 수 있다. 우리는 나노빔 레이저를 유리나 사파이어 기판 위에 붙임으로써 레이저에서 기판으로의 효율적인 열 소산이 가능했고, 결과적으로 낮은 문턱 전력의 상온 연속 발진 레이저를 구현하였다. 이러한 일차원 나노빔 레이저의 활용을 더욱 더 발전시키기 위하여, 이 논문에서는 이 레이저를 광섬유와 결합해 보였다. 나노빔 레이저를 광섬유 끝에 붙임으로써 우리는 휴대가 가능한 광학 센서를 만들어 보였다.