Introducción al láser de emisión lateral (EEL)
Para obtener una salida de 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. Este tipo de láser semiconductor puede alcanzar una alta potencia de salida, 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 lateral. La cavidad óptica del láser es paralela a la superficie del chip semiconductor y emite láser en el borde del mismo, lo que permite obtener una salida láser de alta potencia, alta velocidad y bajo ruido. Sin embargo, el haz láser emitido por el láser suele tener 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 láser electromagnético (EEL) está 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 ondas para reducir la acumulación de calor residual en la región activa y mejorar la disipación de calor, y al aumentar el área de salida de luz para reducir la densidad de potencia óptica del haz y evitar el daño óptico, se puede lograr una potencia de salida de hasta varios cientos de milivatios en la estructura de guía de ondas de modo transversal único.
Para la guía de ondas de 100 mm, un único láser de emisión lateral puede alcanzar decenas de vatios de potencia de salida, pero en este caso 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 existe ningún avance significativo en la tecnología de materiales ni en la tecnología de crecimiento epitaxial, la principal forma de mejorar la potencia de salida de un único chip láser semiconductor es aumentar el ancho de la franja de la región luminosa del chip. Sin embargo, un aumento excesivo del ancho de la franja puede generar 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 la franja, por lo que la potencia de salida de un solo chip es extremadamente limitada. 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 como una matriz unidimensional en la dirección del eje lento. Si se utiliza la tecnología de aislamiento óptico para separar cada unidad emisora de luz en la matriz, evitando así interferencias entre ellas y formando un láser de múltiples aperturas, 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