Introduzione al laser a emissione di bordo (EEL)

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

L'aumento della potenza di uscita EEL è limitato dall'accumulo di calore di scarto nella regione attiva e dai danni ottici sulla superficie del semiconduttore. Aumentando l'area della guida d'onda per ridurre l'accumulo di calore di scarto nella regione attiva e migliorare la dissipazione del calore, e aumentando l'area di emissione luminosa per ridurre la densità di potenza ottica del fascio ed evitare danni ottici, è possibile ottenere una potenza di uscita fino a diverse centinaia di milliwatt nella struttura a guida d'onda monomodale trasversale.
Per la guida d'onda da 100 mm, un singolo laser a emissione di bordo 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 il rapporto di aspetto del fascio di uscita raggiunge anche 100:1, il che richiede un complesso sistema di modellazione del fascio.
Premesso che non vi siano nuove innovazioni 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, un aumento eccessivo della larghezza della striscia può facilmente produrre oscillazioni trasversali di ordine superiore e oscillazioni filamentose, che riducono notevolmente l'uniformità dell'emissione luminosa. Inoltre, la potenza di uscita non aumenta proporzionalmente alla larghezza della striscia, quindi la potenza di uscita di un singolo chip è estremamente limitata. Per migliorare significativamente la potenza di uscita, nasce la tecnologia array. Questa tecnologia integra più unità laser sullo stesso substrato, in modo che ciascuna unità di emissione luminosa sia allineata come una matrice unidimensionale nella direzione dell'asse lento. Finché si utilizza la tecnologia di isolamento ottico per separare ciascuna unità di emissione luminosa nella matrice, in modo che non interferiscano tra loro, formando un laser multiapertura, è possibile aumentare la potenza di uscita dell'intero chip aumentando il numero di unità di emissione luminosa integrate. Questo chip laser a semiconduttore è un chip LDA (Semiconductor Laser Array), noto anche come barra laser a semiconduttore.