Wprowadzenie do lasera krawędziowego (EEL)

Wprowadzenie do lasera krawędziowego (EEL)
Aby uzyskać wysoką moc wyjściową lasera półprzewodnikowego, obecna technologia wykorzystuje strukturę emisji krawędziowej. Rezonator lasera półprzewodnikowego z emisją krawędziową składa się z naturalnej powierzchni dysocjacji kryształu półprzewodnika, a wiązka wyjściowa jest emitowana z przedniej części lasera. Laser półprzewodnikowy z emisją krawędziową może osiągać wysoką moc wyjściową, ale jego plamka wyjściowa jest eliptyczna, jakość wiązki jest słaba, a jej kształt wymaga modyfikacji za pomocą systemu kształtowania wiązki.
Poniższy diagram przedstawia strukturę lasera półprzewodnikowego z emisją krawędziową. Wnęka optyczna lasera EEL jest równoległa do powierzchni układu scalonego i emituje laser na jego krawędzi, co pozwala na uzyskanie wysokiej mocy, szybkości i niskiego poziomu szumów. Wiązka laserowa emitowana przez EEL charakteryzuje się jednak zazwyczaj asymetrycznym przekrojem poprzecznym i dużą rozbieżnością kątową, a wydajność sprzężenia ze światłowodami lub innymi elementami optycznymi jest niska.

Wzrost mocy wyjściowej EEL jest ograniczony przez akumulację ciepła odpadowego w obszarze aktywnym oraz uszkodzenia optyczne na powierzchni półprzewodnika. Zwiększając powierzchnię falowodu, aby zmniejszyć akumulację ciepła odpadowego w obszarze aktywnym i poprawić rozpraszanie ciepła, a także zwiększając powierzchnię wyjściową światła, aby zmniejszyć gęstość mocy optycznej wiązki i uniknąć uszkodzeń optycznych, można osiągnąć moc wyjściową do kilkuset miliwatów w strukturze falowodu o pojedynczym trybie poprzecznym.
W przypadku falowodu o średnicy 100 mm pojedynczy laser emitujący krawędź może osiągnąć moc wyjściową rzędu kilkudziesięciu watów, jednak obecnie falowód jest w dużym stopniu wielomodowy na płaszczyźnie układu scalonego, a współczynnik kształtu wiązki wyjściowej osiąga 100:1, co wymaga złożonego systemu kształtowania wiązki.
Zakładając brak nowego przełomu w technologii materiałowej i technologii wzrostu epitaksjalnego, głównym sposobem na poprawę mocy wyjściowej pojedynczego lasera półprzewodnikowego jest zwiększenie szerokości pasma świecącego. Jednak zbytnie zwiększenie szerokości pasma łatwo prowadzi do powstania poprzecznych oscylacji modów wyższego rzędu i oscylacji włóknistych, co znacznie zmniejsza jednorodność strumienia światła. Ponadto moc wyjściowa nie rośnie proporcjonalnie do szerokości pasma, przez co moc wyjściowa pojedynczego lasera jest bardzo ograniczona. Aby znacznie poprawić moc wyjściową, opracowano technologię matrycową. Technologia ta integruje wiele jednostek laserowych na tym samym podłożu, tak aby każda jednostka emitująca światło była ułożona w jednowymiarową matrycę w kierunku wolnej osi. Pod warunkiem, że technologia izolacji optycznej jest stosowana do oddzielenia każdej jednostki emitującej światło w matrycy, tak aby nie interferowały one ze sobą. W przypadku lasera wieloaperturowego można zwiększyć moc wyjściową całego lasera, zwiększając liczbę zintegrowanych jednostek emitujących światło. Ten półprzewodnikowy układ laserowy jest układem półprzewodnikowej tablicy laserowej (LDA), znanym również jako półprzewodnikowy pasek laserowy.