Scelta della sorgente laser ideale: laser a semiconduttore a emissione laterale - Parte prima

Scelta dell'idealesorgente laserlaser a semiconduttore a emissione laterale
1. Introduzione
laser a semiconduttoreI chip sono suddivisi in chip laser a emissione laterale (EEL) e chip laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL) in base ai diversi processi di fabbricazione dei risonatori, e le loro specifiche differenze strutturali sono mostrate nella Figura 1. Rispetto al laser a emissione superficiale a cavità verticale, lo sviluppo della tecnologia laser a semiconduttore a emissione laterale è più maturo, con un ampio intervallo di lunghezze d'onda, elevatoelettro-otticoGrazie all'elevata efficienza di conversione, all'alta potenza e ad altri vantaggi, i laser a semiconduttore a emissione laterale sono particolarmente adatti per la lavorazione laser, le comunicazioni ottiche e altri settori. Attualmente, questi laser rappresentano una parte importante dell'industria optoelettronica e le loro applicazioni spaziano dall'industria alle telecomunicazioni, dalla scienza ai beni di consumo, dal settore militare a quello aerospaziale. Con lo sviluppo e il progresso tecnologico, la potenza, l'affidabilità e l'efficienza di conversione energetica dei laser a semiconduttore a emissione laterale sono notevolmente migliorate, ampliando sempre di più le loro prospettive applicative.
Successivamente, vi guiderò ad apprezzare ulteriormente il fascino unico dell'emissione lateralelaser a semiconduttore.

Figura 1 (a sinistra) laser a semiconduttore a emissione laterale e (a destra) schema strutturale di un laser a emissione superficiale a cavità verticale.

2. Principio di funzionamento dei semiconduttori a emissione di bordolaser
La struttura di un laser a semiconduttore a emissione laterale può essere suddivisa nelle seguenti tre parti: regione attiva a semiconduttore, sorgente di pompaggio e risonatore ottico. A differenza dei risonatori dei laser a emissione superficiale a cavità verticale (composti da specchi di Bragg superiore e inferiore), i risonatori nei dispositivi laser a semiconduttore a emissione laterale sono costituiti principalmente da pellicole ottiche su entrambi i lati. La struttura tipica di un dispositivo EEL e la struttura del risonatore sono mostrate in Figura 2. Il fotone nel dispositivo laser a semiconduttore a emissione laterale viene amplificato mediante selezione di modo nel risonatore e il laser viene formato in direzione parallela alla superficie del substrato. I dispositivi laser a semiconduttore a emissione laterale hanno un'ampia gamma di lunghezze d'onda operative e sono adatti a molte applicazioni pratiche, pertanto rappresentano una delle sorgenti laser ideali.

Gli indici di valutazione delle prestazioni dei laser a semiconduttore a emissione laterale sono coerenti anche con altri laser a semiconduttore, tra cui: (1) lunghezza d'onda di emissione laser; (2) corrente di soglia Ith, ovvero la corrente alla quale il diodo laser inizia a generare oscillazioni laser; (3) corrente di lavoro Iop, ovvero la corrente di pilotaggio quando il diodo laser raggiunge la potenza di uscita nominale, questo parametro viene applicato alla progettazione e alla modulazione del circuito di pilotaggio del laser; (4) efficienza di pendenza; (5) angolo di divergenza verticale θ⊥; (6) angolo di divergenza orizzontale θ∥; (7) monitoraggio della corrente Im, ovvero la dimensione della corrente del chip laser a semiconduttore alla potenza di uscita nominale.

3. Progressi della ricerca sui laser a semiconduttore a emissione laterale basati su GaAs e GaN
Il laser a semiconduttore basato sul materiale semiconduttore GaAs è una delle tecnologie laser a semiconduttore più mature. Attualmente, i laser a semiconduttore a emissione laterale nella banda del vicino infrarosso (760-1060 nm) basati su GaAs sono ampiamente utilizzati a livello commerciale. Il nitruro di gallio (GaN), materiale semiconduttore di terza generazione dopo il silicio (Si) e l'arseniuro di gallio (GaAs), ha suscitato grande interesse nella ricerca scientifica e nell'industria grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche e chimiche. Con lo sviluppo di dispositivi optoelettronici basati su GaN e l'impegno dei ricercatori, i diodi a emissione di luce (LED) e i laser a emissione laterale basati su GaN sono stati industrializzati.