Wprowadzenie do lasera krawędziowego (EEL)

Wprowadzenie do lasera krawędziowego (EEL)
Aby uzyskać wyjście lasera półprzewodnikowego o dużej mocy, obecna technologia polega na wykorzystaniu struktury emisji krawędziowej. Rezonator lasera półprzewodnikowego emitującego krawędziowo składa się z naturalnej powierzchni dysocjacji kryształu półprzewodnikowego, a wiązka wyjściowa jest emitowana z przedniego końca lasera. Laser półprzewodnikowy typu emisji krawędziowej może osiągnąć dużą moc wyjściową, ale jego punkt wyjściowy jest eliptyczny, jakość wiązki jest słaba, a kształt wiązki musi zostać zmodyfikowany za pomocą systemu kształtowania wiązki.
Poniższy diagram przedstawia strukturę lasera półprzewodnikowego emitującego krawędziowo. Wnęka optyczna EEL jest równoległa do powierzchni układu półprzewodnikowego i emituje laser na krawędzi układu półprzewodnikowego, co pozwala na uzyskanie wyjścia laserowego o dużej mocy, dużej prędkości i niskim poziomie szumów. Jednak wyjście wiązki laserowej przez EEL ma zazwyczaj asymetryczny przekrój poprzeczny wiązki i dużą rozbieżność kątową, a wydajność sprzężenia z włóknem lub innymi elementami optycznymi jest niska.

Wzrost mocy wyjściowej EEL jest ograniczony przez akumulację ciepła odpadowego w obszarze aktywnym i uszkodzenia optyczne na powierzchni półprzewodnika. Poprzez zwiększenie powierzchni falowodu w celu zmniejszenia akumulacji ciepła odpadowego w obszarze aktywnym w celu poprawy rozpraszania ciepła, zwiększenie powierzchni wyjściowej światła w celu zmniejszenia gęstości mocy optycznej wiązki w celu uniknięcia uszkodzeń optycznych, można osiągnąć moc wyjściową do kilkuset miliwatów w pojedynczej poprzecznej strukturze falowodu.
W przypadku falowodu o średnicy 100 mm pojedynczy laser emitujący krawędź może osiągnąć moc wyjściową rzędu kilkudziesięciu watów, jednak w tym momencie falowód jest w dużym stopniu wielomodowy na płaszczyźnie układu scalonego, a współczynnik kształtu wiązki wyjściowej osiąga również 100:1, co wymaga złożonego systemu kształtowania wiązki.
Zakładając, że nie ma nowego przełomu w technologii materiałowej i technologii wzrostu epitaksjalnego, głównym sposobem na poprawę mocy wyjściowej pojedynczego półprzewodnikowego układu laserowego jest zwiększenie szerokości paska obszaru świetlnego układu. Jednak zwiększenie szerokości paska zbyt wysoko łatwo powoduje poprzeczne oscylacje trybu wyższego rzędu i oscylacje włókniste, co znacznie zmniejszy jednorodność wyjścia światła, a moc wyjściowa nie wzrasta proporcjonalnie do szerokości paska, więc moc wyjściowa pojedynczego układu jest niezwykle ograniczona. Aby znacznie poprawić moc wyjściową, powstaje technologia matrycowa. Technologia ta integruje wiele jednostek laserowych na tym samym podłożu, tak aby każda jednostka emitująca światło była ustawiona jako jednowymiarowa matryca w kierunku wolnej osi, o ile technologia izolacji optycznej jest używana do oddzielenia każdej jednostki emitującej światło w matrycy, tak aby nie zakłócały się wzajemnie, tworząc laser wieloaperturowy, można zwiększyć moc wyjściową całego układu, zwiększając liczbę zintegrowanych jednostek emitujących światło. Ten półprzewodnikowy układ laserowy jest układem półprzewodnikowej tablicy laserowej (LDA), znanym również jako półprzewodnikowy pasek laserowy.