Úvod do laseru s emisemi na hraně (EEL)

Úvod do laseru s emisemi na hraně (EEL)
Aby se dosáhlo vysoce výkonného polovodičového laserového výstupu, současná technologie využívá strukturu s hranou emise. Rezonátor polovodičového laseru s hranou emise se skládá z přirozeného disociačního povrchu polovodičového krystalu a výstupní paprsek je emitován z předního konce laseru. Polovodičový laser s hranou emise může dosáhnout vysokého výstupního výkonu, ale jeho výstupní bod je eliptický, kvalita paprsku je špatná a tvar paprsku je třeba upravit pomocí systému tvarování paprsku.
Následující diagram znázorňuje strukturu polovodičového laseru s okrajovým vyzařováním. Optická dutina EEL je rovnoběžná s povrchem polovodičového čipu a emituje laser na okraji polovodičového čipu, což umožňuje dosáhnout laserového výstupu s vysokým výkonem, vysokou rychlostí a nízkým šumem. Laserový paprsek vydávaný EEL má však obecně asymetrický průřez paprsku a velkou úhlovou divergenci a účinnost vazby s vláknem nebo jinými optickými součástkami je nízká.

Zvýšení výstupního výkonu EEL je omezeno akumulací odpadního tepla v aktivní oblasti a optickým poškozením povrchu polovodiče. Zvětšením plochy vlnovodu za účelem snížení akumulace odpadního tepla v aktivní oblasti a zlepšení odvodu tepla, zvětšením plochy světelného výstupu za účelem snížení hustoty optického výkonu paprsku a zabránění optickému poškození lze v struktuře jednovidového vlnovodu s příčným videm dosáhnout výstupního výkonu až několik stovek miliwattů.
U vlnovodu o průměru 100 mm může jediný laser s okrajovým zářením dosáhnout výstupního výkonu desítek wattů, ale v tomto okamžiku je vlnovod v rovině čipu vysoce multimódový a poměr stran výstupního paprsku dosahuje také 100:1, což vyžaduje složitý systém tvarování paprsku.
Vycházíme-li z předpokladu, že v materiálové technologii a technologii epitaxního růstu nedošlo k žádnému novému průlomu, je hlavním způsobem, jak zlepšit výstupní výkon jednoho polovodičového laserového čipu, zvětšení šířky pásku ve světelné oblasti čipu. Přílišné zvětšení šířky pásku však snadno vede k příčným oscilacím vyššího řádu a oscilacím podobným vláknu, což výrazně snižuje rovnoměrnost světelného výstupu. Výstupní výkon se nezvyšuje úměrně se šířkou pásku, takže výstupní výkon jednoho čipu je extrémně omezený. Pro výrazné zlepšení výstupního výkonu se používá technologie polí. Tato technologie integruje více laserových jednotek na stejném substrátu, takže každá jednotka vyzařující světlo je seřazena jako jednorozměrné pole ve směru pomalé osy. Pokud se k oddělení každé jednotky vyzařující světlo v poli použije technologie optické izolace, aby se vzájemně nerušily a vytvořily laser s více aperturami, lze zvýšit výstupní výkon celého čipu zvýšením počtu integrovaných jednotek vyzařujících světlo. Tento polovodičový laserový čip je polovodičový laserový čip (LDA), známý také jako polovodičová laserová tyč.