Введение в лазеры с краевым излучением (EEL)

Введение в лазеры с краевым излучением (EEL)
Для получения мощного излучения полупроводникового лазера в настоящее время используется технология краевой эмиссионной структуры. Резонатор краевого полупроводникового лазера состоит из естественной диссоциационной поверхности полупроводникового кристалла, а выходной луч излучается с переднего конца лазера. Краевой полупроводниковый лазер может обеспечить высокую выходную мощность, но его выходное пятно имеет эллиптическую форму, качество луча низкое, и для изменения формы луча требуется система формирования луча.
На следующей диаграмме показана структура полупроводникового лазера с краевым излучением. Оптический резонатор такого лазера параллелен поверхности полупроводникового чипа и излучает лазерный луч на его краю, что позволяет получить лазерный луч высокой мощности, высокой скорости и низкого уровня шума. Однако лазерный луч, излучаемый полупроводниковым лазером, обычно имеет асимметричное поперечное сечение и большую угловую расходимость, а эффективность связи с волокном или другими оптическими компонентами низкая.

Увеличение выходной мощности EEL ограничено накоплением избыточного тепла в активной области и оптическим повреждением поверхности полупроводника. За счет увеличения площади волновода для уменьшения накопления избыточного тепла в активной области и улучшения теплоотвода, а также увеличения площади светового выхода для уменьшения плотности оптической мощности пучка и предотвращения оптического повреждения, в структуре волновода с одним поперечным модом может быть достигнута выходная мощность до нескольких сотен милливатт.
Для волновода диаметром 100 мм один лазер с краевым излучением может обеспечить выходную мощность в десятки ватт, но в этом случае волновод имеет высокую многомодовую структуру в плоскости чипа, а соотношение сторон выходного луча достигает 100:1, что требует сложной системы формирования луча.
Исходя из предположения об отсутствии новых прорывов в материаловедении и технологии эпитаксиального роста, основным способом повышения выходной мощности отдельного полупроводникового лазерного чипа является увеличение ширины светящейся области чипа. Однако слишком большое увеличение ширины полосы легко приводит к возникновению поперечных высокопорядковых колебаний и нитевидных колебаний, что значительно снижает равномерность светового потока, а выходная мощность не увеличивается пропорционально ширине полосы, поэтому выходная мощность отдельного чипа крайне ограничена. Для значительного повышения выходной мощности появилась технология матриц. Эта технология интегрирует несколько лазерных блоков на одной подложке, так что каждый светоизлучающий блок выстроен в одномерный массив в направлении медленной оси. При использовании технологии оптической изоляции каждый светоизлучающий блок в массиве разделяется, чтобы избежать взаимной интерференции, образуя многоапертурное лазерное излучение. Таким образом, можно увеличить выходную мощность всего чипа за счет увеличения количества интегрированных светоизлучающих блоков. Этот полупроводниковый лазерный чип представляет собой полупроводниковый лазерный массив (LDA), также известный как полупроводниковая лазерная линейка.