거리계측을 위한 펄스구동 레이저의 구조 설계 및 제작

정보통신 기술의 발전으로 지능형 자동차와 같은 미래형 고부가 가치 자동차 산업은 지속적인 성장이 기대된다. 그리고, 안전과 직결되는 차간 거리 계측은 다양한 종류의 센서에 의해 측정이 되고 있으며, 운전자 및 탑승자의 생명을 보호하고 있다. 다양한 차간 거리센서 중에서도 전방의 물체 인식 및 넓은 영역, 장거리에 대한 센싱은 레이저를 이용하여 구현할 수 있다. 본 논문은 자동차 뿐만 아니라, 지능형 자율 주행시 전방의 물체 인식 및 거리 계측 센서로 적용이 가능한 반도체 레이저의 설계 및 제작에 관해 소개한다. 반도체 레이저는 물질에 따라 각각 다른 파장대역의 광을 조사하고 있으며 이 레이저 빔은 물체에 맞고 부딪히면 반사되어 되돌아 오는 특성을 가지고 있다. 따라서, 펄스 구동에 의해 단위 펄스당 출사되는 레이저는 전방 물체에 부딪혀 되돌아 오는 시간을 구하게 되면 레이저 광원에서 물체까지의 거리를 구할 수가 있게 된다. 여기서 펄스 레이저의 출력은 물체 감지가 가능한 거리의 정보를 가지고 있으며, 펄스로 구동될 때 반복 주파수 및 펄스 폭은 각각 거리계측 시간과 분해능을 결정하는 주요 요소가 된다. 따라서, 장거리 물체의 계측과 물체 식별 능력을 높이기 위해서는 반도체 레이저의 출력을 높이고 펄스폭을 줄여서 분해능을 향상하는 것이 필요하다. 또한, 물체 인식 또는 계측 시간을 빠르게 하기 위해서는 고속 주파수로 동작하게 되면 가능해 질 것이다. 본 논문은 1,550 nm 대역의 반도체 레이저를 제작하여 펄스 구동으로 출력과 펄스폭을 측정하였다. 또한, 보다 높은 전류에서 칩 단면의 열화를 방지하기 위한 기술을 적용하여 설계 및 제작된 레이저의 특성을 측정하여 향후, 지능형 자동차의 레이저 레이다(LIDAR)와 같은 응용분야에 많이 활용될 수 있을 것으로 기대한다.