Úvod do laseru s okrajovým vyžarovaním (EEL)

Úvod do laseru s okrajovým vyžarovaním (EEL)
Na dosiahnutie vysokovýkonného polovodičového laserového výstupu sa súčasnou technológiou využíva štruktúra s okrajovou emisiou. Rezonátor polovodičového laseru s okrajovou emisiou sa skladá z prirodzeného disociačného povrchu polovodičového kryštálu a výstupný lúč je emitovaný z predného konca laseru. Polovodičový laser s okrajovou emisiou môže dosiahnuť vysoký výstupný výkon, ale jeho výstupná škvrna je eliptická, kvalita lúča je nízka a tvar lúča je potrebné upraviť pomocou systému tvarovania lúča.
Nasledujúci diagram znázorňuje štruktúru polovodičového laseru s okrajovým vyžarovaním. Optická dutina EEL je rovnobežná s povrchom polovodičového čipu a vyžaruje laser na okraji polovodičového čipu, čo umožňuje dosiahnuť laserový výstup s vysokým výkonom, vysokou rýchlosťou a nízkym šumom. Laserový lúč vyžarovaný EEL má však vo všeobecnosti asymetrický prierez lúča a veľkú uhlovú divergenciu a účinnosť väzby s vláknom alebo inými optickými komponentmi je nízka.

Zvýšenie výstupného výkonu EEL je obmedzené akumuláciou odpadového tepla v aktívnej oblasti a optickým poškodením povrchu polovodiča. Zväčšením plochy vlnovodu za účelom zníženia akumulácie odpadového tepla v aktívnej oblasti a zlepšenia odvodu tepla, zvýšením plochy svetelného výstupu za účelom zníženia hustoty optického výkonu lúča a zabránenia optickému poškodeniu je možné v štruktúre jednovidového vlnovodu s priečnym módom dosiahnuť výstupný výkon až niekoľko stoviek miliwattov.
Pre 100 mm vlnovod môže jeden laser s okrajovým vyžarovaním dosiahnuť výstupný výkon desiatky wattov, ale v tomto čase je vlnovod v rovine čipu vysoko viacmódový a pomer strán výstupného lúča dosahuje aj 100:1, čo si vyžaduje zložitý systém tvarovania lúča.
Vychádzajúc z predpokladu, že v materiálovej technológii a technológii epitaxného rastu nedošlo k žiadnemu novému prelomu, hlavným spôsobom, ako zlepšiť výstupný výkon jedného polovodičového laserového čipu, je zväčšenie šírky pásika v svetelnej oblasti čipu. Prílišné zväčšenie šírky pásika však môže ľahko viesť k priečnym osciláciám vyššieho rádu a osciláciám podobným vláknu, čo výrazne znižuje rovnomernosť svetelného výstupu a výstupný výkon sa nezvyšuje úmerne so šírkou pásika, takže výstupný výkon jedného čipu je extrémne obmedzený. Na výrazné zlepšenie výstupného výkonu sa používa technológia polí. Táto technológia integruje viacero laserových jednotiek na tom istom substráte, takže každá jednotka vyžarujúca svetlo je zoradená ako jednorozmerné pole v smere pomalej osi. Pokiaľ sa na oddelenie každej jednotky vyžarujúcej svetlo v poli použije technológia optickej izolácie, aby sa navzájom nerušili a vytvorili laser s viacerými clonami, je možné zvýšiť výstupný výkon celého čipu zvýšením počtu integrovaných jednotiek vyžarujúcich svetlo. Tento polovodičový laserový čip je polovodičový laserový čip (LDA), známy aj ako polovodičový laserový pruh.