Introdução ao Laser de Emissão de Borda (EEL)

Introdução ao Laser de Emissão de Borda (EEL)
Para obter uma saída de laser semicondutor de alta potência, a tecnologia atual utiliza a estrutura de emissão de borda. O ressonador do laser semicondutor de emissão de borda é composto pela superfície de dissociação natural do cristal semicondutor, e o feixe de saída é emitido pela extremidade frontal do laser. O laser semicondutor de emissão de borda pode atingir alta potência de saída, mas seu ponto de saída é elíptico, a qualidade do feixe é ruim e o formato do feixe precisa ser modificado com um sistema de modelagem de feixe.
O diagrama a seguir mostra a estrutura do laser semicondutor de emissão de borda. A cavidade óptica do EEL é paralela à superfície do chip semicondutor e emite laser na borda do chip semicondutor, o que permite obter uma saída de laser com alta potência, alta velocidade e baixo ruído. No entanto, a saída do feixe de laser do EEL geralmente apresenta seção transversal assimétrica e grande divergência angular, e a eficiência de acoplamento com fibra ou outros componentes ópticos é baixa.

O aumento da potência de saída do EEL é limitado pelo acúmulo de calor residual na região ativa e pelos danos ópticos na superfície do semicondutor. Ao aumentar a área do guia de onda para reduzir o acúmulo de calor residual na região ativa e melhorar a dissipação de calor, e ao aumentar a área de saída de luz para reduzir a densidade de potência óptica do feixe e evitar danos ópticos, é possível atingir potências de saída de até várias centenas de miliwatts na estrutura de guia de onda de modo transversal único.
Para o guia de onda de 100 mm, um único laser emissor de borda pode atingir dezenas de watts de potência de saída, mas, neste momento, o guia de onda é altamente multimodo no plano do chip, e a proporção do feixe de saída também atinge 100:1, exigindo um sistema complexo de modelagem de feixe.
Partindo do princípio de que não há novos avanços na tecnologia de materiais e na tecnologia de crescimento epitaxial, a principal maneira de melhorar a potência de saída de um único chip laser semicondutor é aumentar a largura da faixa da região luminosa do chip. No entanto, aumentar muito a largura da faixa pode facilmente produzir oscilação transversal de modo de alta ordem e oscilação semelhante a um filamento, o que reduzirá significativamente a uniformidade da saída de luz. Além disso, a potência de saída não aumenta proporcionalmente com a largura da faixa, portanto, a potência de saída de um único chip é extremamente limitada. Para melhorar significativamente a potência de saída, surge a tecnologia de matriz. A tecnologia integra várias unidades de laser no mesmo substrato, de modo que cada unidade emissora de luz seja alinhada como uma matriz unidimensional na direção do eixo lento. Desde que a tecnologia de isolamento óptico seja usada para separar cada unidade emissora de luz na matriz, de modo que elas não interfiram umas com as outras, formando um laser de múltiplas aberturas, é possível aumentar a potência de saída de todo o chip aumentando o número de unidades emissoras de luz integradas. Este chip de laser semicondutor é um chip de matriz de laser semicondutor (LDA), também conhecido como barra de laser semicondutora.