레이저 다이오드는 어떻게 작동하나요? | CIELLULU 가이드

레이저 다이오드는 어떻게 작동하나요?

레이저 다이오드의 내부 작동 원리를 이해하는 것은 다양한 분야의 전문가에게 매우 중요합니다. 이 글에서는 레이저 다이오드 작동 원리를 명확히 설명하고, 흔히 혼동되는 부분을 다룹니다. 기본적인 물리 법칙과 주요 구성 요소를 살펴보고 명확하고 간결하게 설명하겠습니다.

유도 방출: 레이저 다이오드의 심장

레이저 다이오드를 포함한 모든 레이저의 핵심에는 유도 방출 원리가 있습니다. 전자가 무작위로 에너지 준위를 낮추어 광자를 방출하는 자발 방출과 달리, 유도 방출은 입사 광자가 동일한 광자를 방출하도록 유도합니다. 이 과정은 레이저 광의 핵심적인 특성인 주파수, 위상, 방향을 갖는 광파인 결맞는 빛을 생성하는 데 필수적입니다. 레이저 다이오드에서는 이 과정이 반도체 물질 내에서 이루어집니다.

반도체 물질과 pn 접합

레이저 다이오드는 일반적으로 갈륨비소(GaAs)와 같은 화합물인 반도체 물질을 사용하며, pn 접합 구조로 되어 있습니다. 이 접합은 반도체에 불순물을 도핑하여 양전하(p형)와 음전하(n형)가 과도하게 존재하는 영역을 형성합니다. 순방향 바이어스 전압이 인가되면 n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 접합부에서 재결합합니다.

광 공동 및 피드백

전자와 정공의 재결합은 광자를 방출합니다. 이 빛을 증폭하고 레이저 빔을 생성하기 위해, 이 광자들은 반도체 재료의 양 끝을 쪼개어 형성된 광 공동 내에 가두어집니다. 쪼개진 양 끝은 거울처럼 작용하여 활성 영역을 통해 광자를 앞뒤로 반사합니다. 이러한 피드백 메커니즘은 유도 방출을 강화하여 캐스케이드 효과를 발생시키고 매우 강하고 결맞는 레이저 빔을 생성합니다.

레이저 다이오드 출력 및 응용 분야

생성된 레이저 광은 공동의 부분 반사되는 끝 중 하나를 통해 다이오드에서 방출됩니다. 방출되는 빛의 파장은 사용된 반도체 재료의 밴드갭에 의해 결정됩니다. 이러한 특성으로 인해 레이저 다이오드는 다재다능하여 적외선부터 가시광선까지 광범위한 파장을 방출하는 레이저를 생성할 수 있습니다. 이러한 다이오드는 통신, 광 저장 장치, 바코드 스캐너, 레이저 포인터 등 다양한 기술 분야에서 광범위하게 활용됩니다.

올바른 레이저 다이오드 선택

적절한 레이저 다이오드를 선택하는 것은 필요한 파장, 출력 전력, 빔 품질, 작동 전류 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 기본 작동 원리를 이해하는 것은 현명한 결정을 내리는 데 중요합니다.