광섬유 한 가닥으로 10 kW를 냈다는 2027년 초록의 뒤에는 늘 같은 부품이 있습니다. 전기를 받아 펌프 빛을 내는 반도체 칩, 펌프 다이오드(pump diode)입니다. 같은 해 다이오드 학회에서는 nLIGHT와 독일 FBH가 고출력 다이오드의 효율이 지난 25년 동안 어떻게 올라왔는지 돌아보는 발표를 냅니다(14442-7).
이 글은 SPIE Photonics West의 High-Power Diode Laser Technology 학회를 2022년부터 2027년까지 따라가며, 펌프 다이오드가 무엇을 좇았는지 다섯 갈래로 나눠 봅니다. 효율, 밝기(brightness), 파장 안정화, 패키징과 결합, 신뢰성입니다. 여기에 최근 몇 해 사이 커진 두 수요, 레이저 핵융합과 국방도 함께 짚습니다.
펌프 다이오드가 빛을 내는 원리와 칩·바·배열의 차이는 「펌프 다이오드: 전기를 빛으로 바꾸는 부품」에 먼저 정리해 두었습니다.
여섯 해, 발표 212편
다이오드 학회의 발표는 2022년 32편, 2023년 27편, 2024년 43편, 2025년 45편, 2026년 25편, 2027년 40편으로 모두 212편입니다. 2024~2025년에 늘었다가 2026년에 줄었는데, 이 차이가 연구가 줄었다는 뜻인지는 자료만으로 알 수 없습니다.
자료에는 한계가 있습니다. 2022~2026년은 프로시딩에 원고나 녹화 발표가 올라가 DOI가 붙은 발표만 셌기 때문에, 원고 없이 구두로만 한 발표는 빠졌을 수 있습니다. 2027년은 학회 전에 공개된 초록입니다. 펌프 모듈과 결합기 발표 일부는 Components and Packaging 학회에서 가져왔습니다.
주제는 제목에 든 낱말로 셌습니다. efficiency가 있으면 효율, VBG·DFB·DBR이나 wavelength stabilized가 있으면 파장 안정화로 보는 식입니다. 한 해 발표가 25~45편이라 칸 하나는 몇 편에 지나지 않습니다.
몇 가지는 눈에 띕니다. 제목에 효율을 내건 발표는 2022년 2편에서 2024년부터 해마다 5~6편으로 늘었습니다. 파장 안정화는 2024년과 2027년에 7~8편으로 크게 올랐습니다. 신뢰성·수명은 2026년에 한 편도 없다가 2027년 핵융합 세션과 함께 5편으로 돌아왔습니다.
다섯 흐름은 어디에서 일하나
다섯 흐름은 다이오드 칩에서 레이저까지 이어지는 길에서 서로 다른 단계에 걸립니다. 효율은 주로 칩 안에서, 파장 안정화는 칩이나 그 바로 앞의 격자에서 정해지고, 밝기는 여러 칩의 빛을 광섬유 한 가닥에 얼마나 잘 담느냐로 정해집니다. 패키징과 결합은 모듈을 레이저에 잇는 일이고, 신뢰성은 모든 단계에 걸칩니다.
효율: 열을 덜 남기는 칩
전기-광 효율(wall-plug efficiency)은 넣은 전기 가운데 빛으로 나오는 몫입니다. 나머지는 칩 안에서 열이 됩니다. 고출력 레이저에서는 이 몫이 냉각 장치의 크기와 무게로 이어집니다. 이 연결은 「전력과 효율」에서 체계 전체로 넓혀 볼 수 있습니다.
2024년 초록에는 70% 근처의 값이 여럿 보입니다. 중국 시안광학정밀기계연구소(XIOPM) 등은 976 nm 바로 113 W를 내며 효율 72.9%를 적었습니다(3002642). FBH의 초광폭 다이오드는 첨두 200 W에서 효율 59%, 최고 효율 약 70%였습니다(3005647).
2025~2026년에는 그 근처에서 몇 퍼센트씩 오르는 싸움이 됩니다. TRUMPF는 97x nm 칩의 효율을 62%에서 67%로 올렸습니다(3043830). 연속파 최고 효율이 70%에 다가갔다는 발표, 78x~80x nm 다이오드에서 70%를 넘겼다는 발표, 940 nm에서 73%를 넘겼다는 발표가 2026년에 나왔습니다(3081054, 3081731, 3093190).
출력과 효율을 함께 올리는 방법 하나는 칩의 구조를 바꾸는 것입니다. 2025년 한 발표는 도파로를 가로로 넓힌 단일 접합 칩으로 915 nm 연속파 95 W를 냈고, 빛을 내는 접합을 세로로 두 겹 쌓은 이중 접합(double-junction) 칩은 755 nm에서 같은 폭의 단일 접합 칩보다 1.85배 높은 출력을 냈습니다(3044269). 같은 해 이중 접합 칩 하나가 연속파 55 W에 효율 60.3%를 낸 발표도 있습니다(3041182).
2027년 nLIGHT와 FBH의 25년 회고는 이 흐름을 한 번 돌아보는 자리입니다(14442-7). 초록만으로는 앞으로 효율이 어디까지 갈지 알 수 없지만, 70%대에 들어선 뒤로는 한 번에 크게 뛰는 값보다 작은 개선이 이어진다는 점이 여섯 해 자료에서 보입니다.
밝기: 같은 광섬유에 더 많은 빛
펌프 빛은 결국 광섬유 한 가닥으로 들어갑니다. 같은 굵기, 같은 각도의 광섬유에 더 많은 빛을 담을수록 밝기가 높다고 말합니다. 밝은 펌프일수록 광섬유 레이저(fiber laser)에 빛을 넣기가 수월해집니다. 이중 클래드 광섬유는 밝기가 낮은 다이오드 빛도 넓은 안쪽 클래드로 받아들이지만, 같은 광섬유에 펌프 빛을 더 많이 넣으려면 결국 펌프가 밝아져야 합니다.
밝기의 출발점은 칩 하나의 출력입니다. 9xx nm 단일 에미터 하나가 2024년에 연속파 65 W와 74 W를 냈고(3003705, 3002642), 2025년에는 915 nm에서 95 W까지 올라갔습니다(3044269). 2026년의 한 개관 발표는 단일 에미터의 출력이 이제 초기 다이오드 바의 출력을 넘어섰다고 짚었습니다(3082400).
칩을 모은 모듈의 출력도 올랐습니다. 중국 BWT는 2022년에 칩의 빛을 촘촘히 공간 결합해 976 nm 420 W와 1000 W 펌프를 냈고(11982-3), 2023년에는 두 파장을 묶어 650 W를 냈습니다(12402-13). 2024년에는 1800 W 모듈이 나왔습니다(3021538).
2025년에는 IPG Photonics가 975 nm에서 1.5 kW 넘는 모듈을 냈고(3038759), 다른 발표는 연속파 2800 W 모듈을 냈습니다(3042774). 2027년 초록에서 IPG는 1800 W를 넘는 차세대 모듈을 냅니다(14442-10).
출력이 커지면 레이저 쪽 구성도 바뀔 수 있습니다. 2800 W 모듈을 낸 발표는 모듈 하나로 결합기 없이 2 kW 광섬유 레이저를 펌핑하는 쓰임을 겨냥했습니다(3042774). 반대로 Fujikura는 2027년에 단일 모드 이터븀 광섬유 레이저용으로, 세 파장을 묶어 362.8 W를 내는 고휘도 모듈을 냅니다(14442-5).
펌프 말고 빛을 바로 쓰는 청색 다이오드도 컸습니다. 2022년 Laserline은 선박과 수중 구조물의 오염을 벗겨 내려고 2 kW 넘는 청색 레이저를 만들었습니다(11983-32). Nichia와 Furukawa Electric은 2024년 500 W 넘는 모듈을, 2025년 구리 용접용 5 kW를 냈습니다(2691564, 3040494). 2026년에는 다른 발표가 청색 모듈 16개를 파장 빔 결합해 6.0 kW를 넘겼고(3079494), 청색 빛이 산업에서 어디에 쓰이는지는 「산업용 레이저는 어디에 쓰이나」와 이어집니다.
파장 안정화: 좁은 흡수 띠에 붙잡아 두기
펌프 빛의 파장이 왜 그렇게 중요할까요. 이터븀 첨가 광섬유(ytterbium-doped fiber, YDF)는 976 nm 근처의 빛을 잘 먹는데, 그 흡수 띠가 5 nm도 안 될 만큼 좁고 봉우리 바깥에서 가파르게 떨어집니다(3008669). 다이오드 파장은 온도와 전류에 따라 밀리기 때문에, 붙잡아 두지 않으면 흡수가 줄어듭니다.
붙잡는 방법은 두 갈래입니다. 하나는 칩 앞에 따로 둔 부피 브래그 격자(volume Bragg grating, VBG)로 파장을 고정하는 것입니다. 2024년 Laserline은 969 nm에서 4 kW 넘는 파장 안정화 다이오드를 내고, VBG를 단 표준 구성에서 3,000시간 동안 되돌아온 빛 때문에 생긴 고장이나 열화가 없었다고 적었습니다(2692154). 2025년 BWT는 디스크 레이저의 Yb:YAG 결정이 가장 잘 먹는 969 nm에 VBG로 맞춘 3000 W 펌프를 냈습니다(3039107).
다른 하나는 격자를 칩 안에 새기는 것입니다. 분포 궤환(DFB)이나 분포 브래그 반사(DBR) 구조가 여기에 듭니다. FBH는 2024년 칩 안 격자로 파장을 고정한 약 970 nm 다이오드로 500 W 모듈을 만들었습니다(3002553). 2025년 nLIGHT는 스스로 파장을 고정하는 칩의 효율 손실이 약 1%라고 보고했습니다(3048015).
2026년 한 발표의 976 nm DFB 칩은 연속파 25.7 W에 효율 68%였고, 온도에 따른 파장 변화는 약 0.06 nm/°C에 그쳤습니다. 이 칩으로 만든 모듈은 650 W 이상을 내며 방열판 0~50 °C에서 파장을 지켰습니다(3095527). 2027년 초록에는 JENOPTIK과 FBH의 DBR 940 nm 바(14442-1), 온도에 따른 파장 이동을 줄인 976 nm 다이오드(14442-2)가 이어집니다.
외부 격자 쪽도 멈추지 않았습니다. 2027년 TRUMPF Photonics는 넓은 온도와 전류 범위에서 잠기는 500 W VBG 펌프를 내고(14442-3), Leonardo는 VBG 다이오드가 켜지는 순간 파장이 잠기는 과정을 밀리초 단위로 잽니다(14442-4). Attalon은 파장 안정 976 nm 펌프에서 밝기와 신뢰성을 함께 겨냥합니다(14442-6).
파장을 일부러 흡수 봉우리에서 비켜 두는 생각도 있습니다. BWT는 2023년 969 nm와 982 nm 두 파장으로 펌핑하면 976 nm보다 흡수가 약해 능동 광섬유의 길이당 열이 줄고, 그만큼 횡모드 불안정성(transverse mode instability, TMI) 문턱에 유리하다고 설명했습니다(12402-13). 펌프 다이오드의 선택이 광섬유 레이저의 출력 한계와 바로 이어지는 대목입니다.
패키징과 결합: 칩에서 광섬유 한 가닥까지
칩이 좋아도 모듈이 무겁고 크면 쓸 수 있는 자리가 줄어듭니다. 그래서 출력을 무게로 나눈 값이 자주 나옵니다. BWT는 2022년에 420 W 모듈을 약 500 g, 1000 W 모듈을 약 400 g으로 만들었다고 적었습니다(11982-3). Leonardo는 2024년 바 방식으로 500 W 넘는 펌프를 0.36 g/W로 담았습니다(3000081).
2025년에는 이중 접합 칩으로 만든 모듈이 470 W 넘는 출력에 0.2 g/W를 적었습니다(3041182). nLIGHT는 다이오드 36개를 213 g 모듈에 담았습니다(3048015). 이 값들은 크기·무게·전력을 함께 따지는 SWaP(size, weight and power) 요구와 맞닿습니다.
열을 빼는 방식도 바뀌는 중입니다. 2026년 개관 발표는 단일 에미터가 이제 능동 냉각으로 넘어가야 하고, 오늘날의 미세 채널 냉각기는 한계에 가깝다고 짚었습니다. 차세대 지향성 에너지용 고출력 레이저는 냉각수로 물을 쓰지 않고 수동 냉각을 찾는다는 점도 덧붙였습니다(3082400). 같은 해 툴륨 레이저용 793 nm 펌프에서는 바람으로 식히는 400 W 모듈이 나왔습니다(3080012).
모듈의 빛이 레이저로 들어가는 길목에는 결합기가 있습니다. 여러 펌프 광섬유와 신호 광섬유를 하나로 녹여 붙인 부품입니다. OFS는 2023년 펌프-신호 결합기가 6 kW를 견디고 9 kW까지 갈 수 있다고 보았습니다(12402-19). 2026년 국립 타이베이 과학기술대학의 결합기는 펌프 2.4 kW에서 결합 효율 98.5%를 내며 4.5 kW 넘는 처리를 내다봤습니다(3078875).
모듈 안에서 칩의 빛을 어떻게 모아 광섬유로 보내는지는 작성 중인 「펌프 모듈: 칩의 빛을 광섬유 한 가닥에 담기」에서 이어 가고, 광섬유 쪽 입구는 「이중 클래드 광섬유와 펌프 빛 넣기」에 있습니다.
신뢰성과 수명: 오래 버티는지 재는 법
펌프 다이오드가 오래 버티지 못하면 그 위에 쌓은 레이저도 오래 쓸 수 없습니다. 미국 The Aerospace Corporation은 2022년부터 2025년까지 해마다 광폭 다이오드가 어떻게 낡는지 들여다보는 발표를 냈습니다(11983-19, 12403-12, 3000500, 3038901). 2024년 발표는 양자 우물 구조가 출력과 효율은 뛰어나지만 갑작스러운 치명적 광손상(catastrophic optical damage, COD)에 약하다는 점을 출발점으로 삼았습니다.
오래 켜 두는 시험 결과도 꾸준히 나왔습니다. 2023년 Fraunhofer ILT와 RWTH Aachen은 우주 인증을 받은 MERLIN 레이저와 바람 라이다(lidar) 임무용 펌프를 냈습니다(12403-10). 2024년 FBH의 1180 nm 다이오드는 연속파 7 W 넘게 3,000시간 고장 없이 돌았습니다(2692352). 청색 레이저 한 종은 7000시간 가속 노화를 포함한 시험을 통과했습니다(3005608).
2027년에는 이 갈래가 새 크기로 커집니다. 미국 로런스 리버모어 국립연구소(LLNL)와 FBH, Fraunhofer ILT, Hamamatsu, Leonardo, asm-Osram, TRUMPF Photonics, Quantel, Coherent가 핵융합용 다이오드 수명 시험 절차를 함께 내놓습니다(14442-25). LLNL은 되돌아오는 빛에 다이오드가 얼마나 견디는지 재는 틀과, kW급 바의 고장 수명이 출력에 따라 어떻게 줄어드는지 내다보는 방법을 따로 냅니다(14442-26, 14442-28). FBH는 대량 생산에서 AI로 결함을 찾아 수율을 올리려 합니다(14442-27).
새 수요: 레이저 핵융합과 국방
다이오드 학회의 큰 새 손님은 레이저 핵융합입니다. 짧게 켜고 끄기를 되풀이하는 준연속파(quasi-continuous wave, QCW) 다이오드 바를 겹겹이 쌓은 스택이 그 중심입니다. 2024년 한 발표는 바 56개로 총 첨두 29 kW 넘는 저가 스택을 냈습니다(3003308).
2025년 Coherent는 관성 핵융합용 이중 접합 바로 870 nm 1.8 kW, 940 nm 2.7 kW를 냈습니다(3035482). 2026년 Hamamatsu Photonics는 940 nm 바 56개 스택에서 첨두 56 kW를 냈고, 같은 해 940 nm 이중 접합 바 하나로 QCW 2000 W를 낸 발표는 핵융합 쓰임을 들었습니다(3079642, 3093190). 2027년 초록에서는 Coherent의 875 nm 50 kW 넘는 스택(14454-1)과 Suzhou Everbright Photonics의 비용 절감 경로(14440-1)가 이어집니다.
국방 쪽 요구는 결이 다릅니다. 2022년 DILAS와 Coherent는 툴륨용 793 nm, 이터븀용 976 nm 국방용 펌프 모듈을 내며 국방의 요구가 산업용 제품과 다르다는 점을 앞세웠습니다(11983-25). 같은 해 Freedom Photonics는 지향성 에너지용 고온 동작 펌프 모듈을 제목으로 냈습니다(11982-13). Coherent는 1.9~2.3 µm 다이오드가 적외선 대응책과 2~4 µm 고체 레이저 펌핑 같은 국방 쓰임을 연다고 적었습니다(11983-22).
2027년 TRUMPF Photonics의 펌프는 대드론 방어용 광섬유 레이저를 빨리 켜는 것을 목표로 듭니다(14442-3). 출력보다 켜지는 시간과 견디는 온도가 앞에 나온다는 점에서, 앞의 파장 안정화 흐름과 국방 요구가 한자리에서 만납니다. 차량·함정·항공기에 싣는 조건은 「무게와 탑재」와 「환경성」에 이어집니다.
자료를 읽을 때 알아 둘 것
이 글의 발표 수는 DOI가 있는 프로시딩과 학회 전 초록에서 나왔습니다. 원고를 내지 않은 구두 발표는 빠졌을 수 있고, 2027년 초록의 숫자는 실제 발표에서 바뀔 수 있습니다.
주제 비율은 제목 낱말로 나눈 이 사이트의 분류입니다. 제목에 낱말이 없으면 내용이 그 주제여도 세지 않았기 때문에, 실제보다 적게 잡혔을 수 있습니다.
효율, 출력, 무게 같은 값은 칩·모듈·시험 조건이 서로 다릅니다. 업체 발표의 숫자는 그 회사가 내놓은 값입니다. 숫자를 나란히 놓고 우열을 가리는 데 쓰면 안 되고, 해마다 어떤 값이 발표되었는지 보는 데만 씁니다.
다음에 읽을 글
- 「펌프 다이오드: 전기를 빛으로 바꾸는 부품」: 이 글의 다섯 흐름이 걸린 칩의 원리를 차근차근 짚습니다.
- 「펌프 모듈: 칩의 빛을 광섬유 한 가닥에 담기」: 여러 칩의 빛을 모아 광섬유로 보내는 모듈의 안쪽을 봅니다.
- 「학회로 본 광섬유 레이저 흐름 2022~2027」: 이 펌프들이 키운 광섬유 레이저가 같은 여섯 해 동안 어디로 갔는지 이어 봅니다.