Introducere în laserul cu emițătoare de margini (EEL)

Introducere în laserul cu emițătoare de margini (EEL)
Pentru a obține o putere laser semiconductor de mare putere, tehnologia actuală utilizează o structură de emisie pe margine. Rezonatorul laserului semiconductor cu emisie pe margine este compus din suprafața naturală de disociere a cristalului semiconductor, iar fasciculul de ieșire este emis de capătul frontal al laserului. Laserul semiconductor de tip cu emisie pe margine poate obține o putere mare de ieșire, dar spotul său de ieșire este eliptic, calitatea fasciculului este slabă, iar forma fasciculului trebuie modificată cu un sistem de modelare a fasciculului.
Următoarea diagramă prezintă structura laserului semiconductor cu emițător de margini. Cavitatea optică a EEL este paralelă cu suprafața cipului semiconductor și emite laser la marginea acestuia, ceea ce poate realiza o ieșire laser cu putere mare, viteză mare și zgomot redus. Cu toate acestea, fasciculul laser emis de EEL are, în general, o secțiune transversală asimetrică a fasciculului și o divergență unghiulară mare, iar eficiența de cuplare cu fibra optică sau alte componente optice este scăzută.

Creșterea puterii de ieșire EEL este limitată de acumularea de căldură reziduală în regiunea activă și de deteriorarea optică pe suprafața semiconductorului. Prin creșterea suprafeței ghidului de undă pentru a reduce acumularea de căldură reziduală în regiunea activă pentru a îmbunătăți disiparea căldurii, și prin creșterea suprafeței de ieșire a luminii pentru a reduce densitatea puterii optice a fasciculului pentru a evita deteriorarea optică, se poate obține o putere de ieșire de până la câteva sute de miliwați în structura ghidului de undă cu mod transversal unic.
Pentru ghidul de undă de 100 mm, un singur laser cu emisie laterală poate atinge o putere de ieșire de zeci de wați, dar în acest moment ghidul de undă este extrem de multimod pe planul cipului, iar raportul de aspect al fasciculului de ieșire ajunge și el la 100:1, necesitând un sistem complex de modelare a fasciculului.
Pornind de la premisa că nu există noi descoperiri în tehnologia materialelor și tehnologia de creștere epitaxială, principala modalitate de a îmbunătăți puterea de ieșire a unui singur cip laser semiconductor este creșterea lățimii benzii din regiunea luminoasă a cipului. Cu toate acestea, o creștere prea mare a lățimii benzii poate produce cu ușurință oscilații transversale de ordin superior și oscilații filamentare, ceea ce va reduce considerabil uniformitatea luminii de ieșire, iar puterea de ieșire nu crește proporțional cu lățimea benzii, astfel încât puterea de ieșire a unui singur cip este extrem de limitată. Pentru a îmbunătăți considerabil puterea de ieșire, ia naștere tehnologia matrice. Tehnologia integrează mai multe unități laser pe același substrat, astfel încât fiecare unitate emițătoare de lumină este aliniată ca o matrice unidimensională în direcția axei lente, atâta timp cât se utilizează tehnologia de izolare optică pentru a separa fiecare unitate emițătoare de lumină din matrice, astfel încât acestea să nu interfereze între ele, formând o emisie laser cu mai multe aperture. Puteți crește puterea de ieșire a întregului cip prin creșterea numărului de unități emițătoare de lumină integrate. Acest cip laser semiconductor este un cip cu matrice laser semiconductor (LDA), cunoscut și sub numele de bară laser semiconductor.