본 논문은 차세대 멀티미디어의 핵심기기 중의 하나로 주목받고 있는 고밀도 광디스크 시스템의 근간 기술인 광학계 구성 기술에 대한 설명으로서, 특히 차세대 광학계에 필수적인 적색 반도체 레이저 기술과 홀로그램 광학소자에 의한 집적화 기술의 개발 현황과, 업계에서는 처음으로 LG전자가 고밀도 광디스크 시스템에 실장한 홀로그램 적색반도체 레이저에 대하여 기술하고자 한다.
한국천문연구원은 인공위성 레이저 추적, 적응광학, 우주쓰레기 레이저 추적 등 과학 연구 및 국가적 미션을 수행하기 위해 다목적 레이저 추적 시스템 개발을 추진해 오고 있다. 지상에서 고출력 펄스 레이저를 발진하여 우주쓰레기로부터 반사된 신호를 바탕으로 거리를 측정하는 우주쓰레기 레이저 추적 시스템은 광 경로 전환을 위해 회전 디스크 방식을 이용한다. 이러한 방식은 수신 검출기로 반사시킬 수 없는 충돌 영역이 발생하여 우주쓰레기 추적 성능에 영향을 미친다. 본 논문에서는 회전 디스크가 추적 성능에 영향을 미치는 홀 크기, 홀 개수, 회전 속도, 레이저와 홀의 중첩 비율, 레이저 빔 반경을 고려하여 추적 성능 분석 모델을 제시하였다. 제시된 성능 분석 모델을 이용하여 추적 범위 및 충돌 영역을 분석하고 거창 레이저 추적 시스템의 요구 조건을 만족하는 회전 디스크 사양을 제시하였다.
Edge emitting 레이저 다이오드의 전형적인 모양은 그림 1과 같다. 반도체 레이저는 다른 종류의 레이저에 비하여 체적이 매우 작으며 제조 단가가 저렴하고 대량생산이 용이할 뿐 아니라 수 mA의 전류만 흘리면 레이저가 되는 이점이 있으므로 광통신용 응용 외에도 바코드 리더, 비디오 디스크, 오디오 디스크, 레이저 프린터, 포인터 등에 폭넓게 이용된다. 하지만 다른 레이저들에 비하여 발산각이 큰 편인데 p-n 접합에 나란한 방향과 수직인 방향의 발산각은 각각 λ/w와 λ/l 로 타원모양을 갖게 된다$^{(1)}$ . LD의 발광 부분은 폭이 작으므로 일정한 높이에서 정확한 세기분포를 측정하기 위하여 그림 2와 같이 본 연구실에서 제작한 NSOM (Near-filed Scanning Optical Microscope) 구조를 이용한다$^{(2)}$ . (중략)
CD(Computer Disc) 의 약 7배의 용량을 가진 디스크와 그 관련기기가 시판되기 시작했다. DVD(Digital Versatile Disc), DVD-ROM이라는 이 기기는 디스크위에 집광되는 광스포트의 크기를 작게 하여 기록밀도를 높이기 위해, 대물렌즈의 NA,를 0.6으로 크게 하였고(CD에서는 NA가 0.45)광원이 되는 레이저의 파장도 650mm대로 단파장화(CD에서는 780nm)하였다. 이의 실현을 본격화하기 위해서는 DVD에 대응할 수 있는 대용량의 기록미디어와 장치가 필요하다. 이미 CD-R을 비롯한 몇 가지의 추기형, 서환형의 DVD-RAM 등이, 재생전용 DVD가 시판되기 이전부터 제안되어 규격화되었으며 미쓰비시전기에서도 그것에 조준을 맞추어 광원이 되는 고출력 반도체레이저의 개발과 제품화를 추진하여 온 것이다. 여기서는 다음에 제시하는 DVD-RAM용 반도체레이저에 대한 요구성능과 이를 실현하기 위한 방법 및 결과에 대하여 기술한다. $\cdot$파장 650nm대에서 30~50mW의 높은 광출력을 얻을 수 있는 활성층의 재료와 구조의 개발 $\cdot$60$^{\circ}C$의 고온에서도 동작전류 증가가 적은 활성층구조의 최적화 $\cdot$고온, 고출력의 장시간 동작에서도 발광부 단면의 열화를 방지 할 수 있는 단면 강화기술의 개발 동사는 이들 기?과 과제에 대하여 검토를 거듭한 결과 DVD-RAM광원에 적합한 고출력 반도체레이저(MLIxx6시리즈)의 제품화를 실현할 수 있었다.
광 디스크 드라이브에서의 서보 제어시스템에는 광 픽업에서 발생된 레이저 빔을 디스크 기록면의 데이터 트랙에 정확히 위치시키기 위한 제어 계를 갖고 있다. 광 디스크의 고배속화에 따른 외란의 주파수 대역의 증가에 따라 더욱 더 높은 샘플링 주파수로 레이저 빔의 위치 제어를 필요로 하게 되고, 여러 가지 알고리즘의 증가로 인해 DSP의 연산 부담은 증가하게 된다. 본 논문에서는 서보 제어에 필요한 알고리즘의 최적화된 하드웨어/소프트웨어 시스템을 구현하고 이를 이용한 실험 결과를 제시한다.
디지탈 비디오 디스크의 약어로 지칭되는 DVD는 현대 과학이 이루어낸 레이저 광에 의한 정보의 기록과 재생을 한층 승화시킨 차세대 package형 광 기록 매체이다. 앞으로 이 제품군은 기존에 분리되어 있던 가전과 컴퓨터의 응용분야를 이어주는 교량역할을 할 새로운 개념의 상품으로 기대된다. 본 고에서는 DVD의 기술적 배경 및 이의 구현을 위해 활용된 요소기술, 그리고 미래기술로의 흐름에 관해 소개고자 한다.
현재 광 자기 디스크에 대한 연구는 두 층으로 구성된 기록 층들을 이용하여 기록 층에 기록된 매우 작은 마크(0.1 um이하)를 리드아웃 층에서 도메인을 확장하여 재생 시 큰 신호를 얻는 도메인 확장형 광자기디스크(Magnetic AMpligying Magneto-Optical disk)에 대한 연구가 진행되고 있다[1]. 신호 재생시 레이저빔을 디스크에 집속시키면, 리드아웃 층의 스팟의 온도가 큐리 온도(Curie Temperature)까지 올라가게 되며, 이때 기록 층으로부터의 누설 자장에 의해 기록 마크 크기의 도메인이 리드아웃 층에 형성된다. (중략)
푸른빛을 발산하는 레이저기술이 마침내 한 무명의 과학자(별항참조:무명의 연구가가 완성한 대발명)가 10년간 쏟은 각고의 노력으로 완성되어 세계정보ㆍ통신계에 혁신의 바람을 몰고 오기 시작했다. 2000년 말경에 처음으로 출시될, 푸른 레이저를 이용하는 고화질 DVD 플레이어는 12cm 디스크 양면에 종전의 플레이어보다 2배나 많은 20기가바이트(2백억바이트)의 데이터를 저장할 수 있게 된다. 푸른 레이저는 나아가서 광컴퓨터, 레이저를 이용하는 TV 디스플레이, 무선고속통신장치, 해상도를 두배로 끌어 올릴 수 있는 레이저 프린터 그리고 에너지 효과가 뛰어난 조명등을 포함하여 광범위한 신기술을 창출하여 세상의 모습을 몰라보게 바꿀 것으로 기대된다.
분할디스크형 글라스레이저 증폭기를 개발하기 위하여 이를 해석 설계할 수 있는 시뮬레이션 코드를 작성했다. 레이저매질에서의 열부하를 감소시키고, 플래시램프의 방사스펙트럼과 레이저글라스의 흡수 스펙트럼 간의 결합효율을 높이기 위해서는 전류밀도를 2000-4000A/$\textrm{cm}^{2}$로 유지하여 단파장에서의 방사에너지를 줄여야 한다. 디스크 증폭기에서 같은 부피를 갖는 매질을 3등분하여 냉각표면적을 3배로 늘렸을 때 온도상승치는 30% 정도로 떨어졌다. 단면펌핑 분할 디스크형 증폭기의 설계에서는 각 글라스 간의 $Nd^{3+}$ 도핑율에 차등을 주어야 하고 플래시램프 앞에 있는 매질의 흡수계수 $\alpha$ 와 두께 d의 곱인 $\alpha$d가 0.26 전후가 적절하다는 것을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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