Introducción al láser de emisión lateral (EEL)
Para obtener una alta potencia de salida en láseres semiconductores, la tecnología actual emplea una estructura de emisión lateral. El resonador de este tipo de láser se compone de la superficie de disociación natural del cristal semiconductor, y el haz de salida se emite desde la parte frontal del láser. Si bien el láser semiconductor de emisión lateral puede alcanzar una alta potencia, su punto de salida es elíptico, la calidad del haz es deficiente y requiere la modificación de su forma mediante un sistema de conformación de haz.
El siguiente diagrama muestra la estructura del láser semiconductor de emisión lateral (EEL). La cavidad óptica del EEL es paralela a la superficie del chip semiconductor y emite el láser en su borde, 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 de la 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, e incrementar el área de salida de luz para reducir la densidad de potencia óptica del haz y evitar el daño óptico, 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 onda de 100 mm, un único láser de emisión lateral puede alcanzar decenas de vatios de potencia de salida, pero en este momento la guía de onda 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 avances significativos en la tecnología de materiales ni en la de crecimiento epitaxial, la principal forma de mejorar la potencia de salida de un chip láser semiconductor individual consiste en aumentar el ancho de la franja de su región luminosa. Sin embargo, un aumento excesivo del ancho de la franja puede provocar oscilaciones transversales de modo de orden superior y oscilaciones filamentosas, lo que reduce considerablemente la uniformidad de la emisión de luz. Además, la potencia de salida no aumenta proporcionalmente al ancho de la franja, lo que limita enormemente la potencia de salida de un solo chip. Para mejorar significativamente la potencia de salida, surge la tecnología de matrices. Esta tecnología integra múltiples unidades láser en el mismo sustrato, de modo que cada unidad emisora de luz se alinea formando una matriz unidimensional en la dirección del eje lento. Al utilizar la tecnología de aislamiento óptico para separar cada unidad emisora de luz de la matriz y evitar interferencias entre ellas, se genera un láser de múltiples aperturas. De esta forma, se puede aumentar la potencia de salida de todo el chip incrementando el número de unidades emisoras de luz integradas. Este chip láser semiconductor es un chip de matriz láser semiconductora (LDA), también conocido como barra láser semiconductora.
Fecha de publicación: 3 de junio de 2024