Introduzione al laser a emissione di bordi (EEL)

Introduzione al laser a emissione di bordi (EEL)
Per ottenere un'uscita laser a semiconduttore ad alta potenza, la tecnologia attuale prevede l'utilizzo della struttura di emissione dei bordi. Il risonatore del laser a semiconduttore a emissione di bordi è composto dalla superficie di dissociazione naturale del cristallo semiconduttore e il raggio di uscita viene emesso dall'estremità anteriore del laser. Il laser a semiconduttore di tipo a emissione di bordi può raggiungere un'elevata potenza di uscita, ma è lo spot di uscita è ellittico, la qualità del raggio è scarsa e la forma del raggio deve essere modificata con un sistema di modellazione del raggio.
Il diagramma seguente mostra la struttura del laser a semiconduttore ad emissione di bordi. La cavità ottica di EEL è parallela alla superficie del chip semiconduttore ed emette il laser sul bordo del chip semiconduttore, che può realizzare l'uscita laser con elevata potenza, alta velocità e basso rumore. Tuttavia, il raggio laser emesso da EEL ha generalmente una sezione trasversale asimmetrica e un'ampia divergenza angolare e l'efficienza di accoppiamento con la fibra o altri componenti ottici è bassa.

L'aumento della potenza di uscita dell'EEL è limitato dall'accumulo di calore disperso nella regione attiva e dal danno ottico sulla superficie del semiconduttore. Aumentando l'area della guida d'onda per ridurre l'accumulo di calore disperso nella regione attiva per migliorare la dissipazione del calore, aumentando l'area di emissione luminosa per ridurre la densità di potenza ottica del fascio ed evitare danni ottici, la potenza di uscita fino a diverse centinaia di milliwatt può essere ottenuto nella struttura della guida d'onda a modalità trasversale singola.
Per la guida d'onda da 100 mm, un laser a emissione di bordi singoli può raggiungere decine di watt di potenza in uscita, ma in questo momento la guida d'onda è altamente multimodale sul piano del chip e anche il rapporto d'aspetto del raggio in uscita raggiunge 100:1, che richiedono un complesso sistema di modellazione del fascio.
Partendo dal presupposto che non vi sono nuovi progressi nella tecnologia dei materiali e nella tecnologia di crescita epitassiale, il modo principale per migliorare la potenza di uscita di un singolo chip laser a semiconduttore è aumentare la larghezza della striscia della regione luminosa del chip. Tuttavia, aumentando troppo la larghezza della striscia è facile produrre un'oscillazione trasversale della modalità di ordine elevato e un'oscillazione simile a un filamento, che ridurrà notevolmente l'uniformità dell'emissione luminosa e la potenza di uscita non aumenta proporzionalmente con la larghezza della striscia, quindi la potenza di uscita di un singolo chip è estremamente limitato. Per migliorare notevolmente la potenza di uscita, nasce la tecnologia array. La tecnologia integra più unità laser sullo stesso substrato, in modo che ciascuna unità emittente di luce sia allineata come una matrice unidimensionale nella direzione dell'asse lento, purché venga utilizzata la tecnologia di isolamento ottico per separare ciascuna unità emittente di luce nella matrice , in modo che non interferiscano tra loro, formando un laser ad apertura multipla, è possibile aumentare la potenza di uscita dell'intero chip aumentando il numero di unità emettitrici di luce integrate. Questo chip laser a semiconduttore è un chip LDA (Semiconductor Laser Array), noto anche come barra laser a semiconduttore.