Introdução ao Laser de Emissão Lateral (EEL)

Introdução ao Laser de Emissão Lateral (EEL)
Para obter alta potência de saída em lasers semicondutores, a tecnologia atual utiliza a estrutura de emissão lateral. O ressonador do laser semicondutor de emissão lateral 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 lateral pode atingir alta potência de saída, mas seu ponto focal é elíptico, a qualidade do feixe é baixa 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 lateral. A cavidade óptica do laser de emissão lateral (EEL) é paralela à superfície do chip semicondutor e emite laser na borda do chip, o que permite obter um laser de alta potência, alta velocidade e baixo ruído. No entanto, o feixe de laser emitido pelo EEL geralmente apresenta seção transversal assimétrica e grande divergência angular, resultando em baixa eficiência de acoplamento com fibras ou outros componentes ópticos.

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 da guia de ondas 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 uma potência de saída de até algumas centenas de miliwatts na estrutura de guia de ondas de modo transversal único.
Para o guia de ondas de 100 mm, um único laser de emissão lateral pode atingir dezenas de watts de potência de saída, mas, nesse caso, o guia de ondas apresenta múltiplos modos no plano do chip, e a relação de aspecto do feixe de saída chega a 100:1, exigindo um sistema complexo de modelagem de feixe.
Partindo do pressuposto de que não há grandes avanços na tecnologia de materiais e na tecnologia de crescimento epitaxial, a principal maneira de melhorar a potência de saída de um único chip de laser semicondutor é aumentar a largura da faixa da região luminosa do chip. No entanto, aumentar demais a largura da faixa pode facilmente gerar oscilações transversais de modo de alta ordem e oscilações filamentosas, o que reduz significativamente a uniformidade da emissão de luz. Além disso, a potência de saída não aumenta proporcionalmente à largura da faixa, limitando consideravelmente a potência de saída de um único chip. Para melhorar significativamente a potência de saída, surgiu a tecnologia de arranjos. Essa tecnologia integra múltiplas unidades de laser no mesmo substrato, de modo que cada unidade emissora de luz seja alinhada como um arranjo unidimensional na direção do eixo lento. Utilizando-se a tecnologia de isolamento óptico para separar cada unidade emissora de luz no arranjo, de forma que 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 semicondutor.