Introducción al láser de emisión de borde (EEL)

Introducción al láser de emisión de borde (EEL)
Para obtener una salida láser semiconductor de alta potencia, la tecnología actual utiliza una estructura de emisión de borde. El resonador del láser semiconductor de emisión de borde está compuesto por la superficie de disociación natural del cristal semiconductor, y el haz de salida se emite desde el extremo frontal del láser. El láser semiconductor de tipo de emisión de borde puede alcanzar una salida de alta potencia, pero su punto de salida es elíptico, la calidad del haz es deficiente y su forma requiere ser modificada mediante un sistema de conformación de haz.
El siguiente diagrama muestra la estructura del láser semiconductor de emisión por el borde. La cavidad óptica del EEL es paralela a la superficie del chip semiconductor y emite láser en el borde de este, lo que permite obtener una salida láser de alta potencia, alta velocidad y bajo ruido. Sin embargo, el haz láser emitido por el EEL generalmente presenta una sección transversal asimétrica y una gran divergencia angular, y su eficiencia de acoplamiento con fibra u otros componentes ópticos es baja.

El aumento de la potencia de salida del EEL se ve limitado por la acumulación de calor residual en la región activa y el daño óptico en la superficie del semiconductor. Al aumentar el área de la guía de onda para reducir la acumulación de calor residual en la región activa y mejorar la disipación térmica, y al aumentar el área de salida de luz para reducir la densidad de potencia óptica del haz y evitar daños ópticos, se puede alcanzar una potencia de salida de hasta varios cientos de milivatios en la estructura de guía de onda de modo transversal único.
Para la guía de ondas de 100 mm, un solo láser emisor de borde puede lograr decenas de vatios de potencia de salida, pero en este momento la guía de ondas es altamente multimodo en el plano del chip y la relación de aspecto del haz de salida también alcanza 100:1, lo que requiere un sistema complejo de conformación del haz.
Partiendo de la premisa de que no existen nuevos avances en tecnología de materiales ni en tecnología de crecimiento epitaxial, la principal forma de mejorar la potencia de salida de un chip láser semiconductor es aumentar el ancho de banda de su región luminosa. Sin embargo, un aumento excesivo del ancho de banda facilita la producción de oscilaciones transversales de alto orden y oscilaciones filamentosas, lo que reduce considerablemente la uniformidad de la emisión de luz. Además, la potencia de salida no aumenta proporcionalmente con el ancho de banda, por lo que la potencia de salida de un solo chip es extremadamente limitada. Para mejorar considerablemente la potencia de salida, surge la tecnología de matriz. Esta tecnología integra múltiples unidades láser en el mismo sustrato, de modo que cada unidad emisora ​​de luz se alinea como una matriz unidimensional en la dirección del eje lento. Siempre que se utilice tecnología de aislamiento óptico para separar cada unidad emisora ​​de luz de la matriz, de modo que no interfieran entre sí, formando un láser de múltiples aperturas, se puede aumentar la potencia de salida de todo el chip al aumentar el número de unidades emisoras de luz integradas. Este chip láser semiconductor es un chip de matriz láser semiconductor (LDA), también conocido como barra láser semiconductora.