Введение в лазер с торцевым излучением (EEL)
Для получения мощного полупроводникового лазера современная технология использует структуру с граничным излучением. Резонатор такого лазера состоит из естественной поверхности диссоциации полупроводникового кристалла, а выходной луч испускается с передней части лазера. Полупроводниковый лазер с граничным излучением может достигать высокой выходной мощности, но его выходное пятно имеет эллиптическую форму, качество луча низкое, а форма луча требует корректировки с помощью системы формирования луча.
На следующей схеме показана структура торцевого полупроводникового лазера. Оптический резонатор EEL параллелен поверхности кристалла полупроводника и излучает лазерное излучение на его краю, что обеспечивает высокую мощность, скорость и низкий уровень шума. Однако лазерный луч, выходящий из EEL, обычно имеет асимметричное поперечное сечение и большую угловую расходимость, а эффективность сопряжения с волокном или другими оптическими компонентами низкая.
Увеличение выходной мощности EEL-ламп ограничено накоплением тепла в активной области и оптическим повреждением поверхности полупроводника. Увеличивая площадь волновода для уменьшения накопления тепла в активной области и улучшения теплоотвода, а также увеличивая площадь выходного светового канала для снижения оптической плотности мощности пучка и предотвращения оптического повреждения, можно достичь выходной мощности до нескольких сотен милливатт в структуре волновода с одной поперечной модой.
Для волновода диаметром 100 мм один лазер с торцевым излучением может достигать десятков ватт выходной мощности, однако в этом случае волновод в плоскости кристалла является в высокой степени многомодовым, а соотношение сторон выходного луча также достигает 100:1, что требует сложной системы формирования луча.
Исходя из того, что в технологии материалов и эпитаксиального роста нет никаких новых прорывов, основным способом повышения выходной мощности отдельного полупроводникового лазерного чипа является увеличение ширины светящейся области чипа. Однако слишком большое увеличение ширины полоски легко приводит к возникновению поперечных мод высокого порядка и филаментоподобных колебаний, что значительно снижает равномерность светового потока. Выходная мощность не увеличивается пропорционально ширине полоски, поэтому выходная мощность отдельного чипа крайне ограничена. Для значительного повышения выходной мощности появилась технология матриц. Эта технология объединяет несколько лазерных модулей на одной подложке, так что каждый излучатель света выстраивается в виде одномерного массива в направлении медленной оси. При этом используется технология оптической изоляции для разделения каждого излучателя света в массиве, чтобы они не мешали друг другу, формируя многоапертурную лазерную генерацию. Выходная мощность всего чипа может быть увеличена за счет увеличения количества интегрированных излучателей света. Этот полупроводниковый лазерный чип представляет собой кристалл полупроводниковой лазерной матрицы (LDA), также известный как полупроводниковая лазерная линейка.
Время публикации: 03 июня 2024 г.