UCLA 연구원들, 테라헤르쯔 대역의 VCSEL 레이저 개발

미국 UCLA HSSEAS(Henry Samueli School of Engineering and Applied Science)의 연구원들이 테라헤르쯔 주파수(극초단파와 적외선 사이)로 작동하는 반도체 레이저를 발생시킬 새로운 방법을 찾아냈다고 컴파운드 세미컨덕터(Compound Semiconductor)는 전했다.

UCLA의 전기공학부 부교수인 벤자민 윌리암스 씨가 이끄는 연구진들이 개발한 이 반도체 레이저는 테라헤르쯔 범위에서 작동하는 최초의 수직형 외부 공동 표면발산 레이저(VECSEL: vertical-external-cavity surface-emitting laser)로서, 가시광을 이용한 VECSEL은 고출력 빔의 생성에 널리 사용되어왔지만, 이 기법이 테라헤르쯔 주파수에 적용된 적은 없었다.

 
▲THz 메타표면 VECSEL의 도해

고품질의 빔을 쏠 수 있는 외부 공동 레이저를 제작하기 위해 UCLA 연구원들은 ‘반사배열 메타표면 거울(reflectarray metasurface mirror)'을 이용한 VECSEL을 개발했다.

이 장치에 이 같은 이름이 주어진 것은 수많은 작은 안테나 결합 레이저 공동들로 구성되어 있어 테라헤르쯔 파가 이 어레이에 부딪혀도 공동들을 ‘인식하지’ 못하고 마치 단순한 평면 거울에 부딪힌 것처럼 반사되기 때문이다. 그러나 이 거울은 단순한 거울과는 달리 테라헤르쯔 파들을 반사할 뿐만 아니라 증폭까지 시킨다.

윌리암스 씨는 “메타표면과 레이저를 결합시킨 것은 이번이 처음”이라며, "VECSEL 접근방법은 테라헤르쯔 범위에서 뛰어난 빔 품질과 동시에 보다 높은 출력을 얻을 수 있는 길을 제공한다. 메타표면 접근방법은 더 나아가 이 빔이 원하는 극성과 형태 및 스펙트럼 특성들을 갖도록 제어할 수 있게 해준다”고 말했다.

이들은 이러한 혁신이 우주탐사, 군사 및 법 집행 노력과 기타 응용분야에 사용할 수 있는 새로운 부류의 강력한 고품질 레이저의 개발로 이어질 수 있다고 믿고 있다. 예컨대, 검사대상 소재에 손상을 입히는 일 없이 플라스틱, 의류, 반도체 및 미술 작품을 분석하고, 화합물을 감지 및 확인하며, 항성의 형성과 행성의 대기구성을 연구하는 데 사용할 수 있다. 

이들 연구진은 이 기술을 더욱 발전시키기 위한 새로운 디자인 여러 가지를 이미 개발 중이라고 컴파운드 세미컨덕터는 덧붙였다.