Introduzione al laser a emissione laterale (EEL)
Per ottenere un'elevata potenza di uscita da un laser a semiconduttore, la tecnologia attuale si basa sull'utilizzo di una struttura a emissione laterale. Il risonatore del laser a semiconduttore a emissione laterale è costituito dalla superficie di dissociazione naturale del cristallo semiconduttore e il fascio di uscita viene emesso dalla parte anteriore del laser. Il laser a semiconduttore a emissione laterale può raggiungere un'elevata potenza di uscita, ma il suo punto di emissione 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 laterale (EEL). 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 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 in eccesso nella regione attiva e dal danneggiamento ottico sulla superficie del semiconduttore. Aumentando l'area della guida d'onda per ridurre l'accumulo di calore in eccesso 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 raggiungere una potenza di uscita fino a diverse centinaia di milliwatt nella struttura a guida d'onda a singolo modo trasversale.
Per la guida d'onda da 100 mm, un singolo laser a emissione laterale 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 d'aspetto del fascio in uscita raggiunge anche 100:1, richiedendo un complesso sistema di modellazione del fascio.
Partendo dal presupposto che non vi siano nuove scoperte nella tecnologia dei materiali e nella tecnologia di crescita epitassiale, il metodo principale per migliorare la potenza di uscita di un singolo chip laser a semiconduttore consiste nell'aumentare la larghezza della striscia della regione luminosa del chip. Tuttavia, un aumento eccessivo della larghezza della striscia può facilmente generare 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, limitando così la potenza di uscita di un singolo chip. Per migliorare significativamente la potenza di uscita, è nata la tecnologia a matrice. Questa tecnologia integra più unità laser sullo stesso substrato, allineando ciascuna unità di emissione luminosa in una matrice unidimensionale lungo l'asse lento. Utilizzando la tecnologia di isolamento ottico per separare ciascuna unità di emissione luminosa nella matrice, in modo che non interferiscano tra loro, si ottiene un laser a più aperture, consentendo di aumentare la potenza di uscita dell'intero chip incrementando il numero di unità di emissione luminosa integrate. Questo chip laser a semiconduttore è un chip a matrice laser a semiconduttore (LDA), noto anche come barra laser a semiconduttore.
Data di pubblicazione: 3 giugno 2024