Giới thiệu về Laser phát xạ cạnh (EEL)

Giới thiệu về Laser phát xạ cạnh (EEL)
Để thu được công suất đầu ra cao từ laser bán dẫn, công nghệ hiện nay sử dụng cấu trúc phát xạ cạnh. Bộ cộng hưởng của laser bán dẫn phát xạ cạnh được cấu tạo từ bề mặt phân ly tự nhiên của tinh thể bán dẫn, và chùm tia đầu ra được phát ra từ phía trước của laser. Laser bán dẫn kiểu phát xạ cạnh có thể đạt được công suất đầu ra cao, nhưng điểm phát xạ của nó có dạng hình elip, chất lượng chùm tia kém, và hình dạng chùm tia cần được điều chỉnh bằng hệ thống định hình chùm tia.
Sơ đồ sau đây thể hiện cấu trúc của laser bán dẫn phát xạ cạnh (EEL). Khoang quang học của EEL song song với bề mặt của chip bán dẫn và phát ra laser ở cạnh của chip bán dẫn, có thể tạo ra đầu ra laser với công suất cao, tốc độ cao và độ nhiễu thấp. Tuy nhiên, chùm tia laser do EEL tạo ra thường có tiết diện không đối xứng và độ phân kỳ góc lớn, và hiệu suất ghép nối với sợi quang hoặc các thành phần quang học khác thấp.

Việc tăng công suất đầu ra của EEL bị hạn chế bởi sự tích tụ nhiệt thải trong vùng hoạt động và hư hỏng quang học trên bề mặt bán dẫn. Bằng cách tăng diện tích ống dẫn sóng để giảm sự tích tụ nhiệt thải trong vùng hoạt động nhằm cải thiện khả năng tản nhiệt, đồng thời tăng diện tích vùng phát xạ ánh sáng để giảm mật độ công suất quang học của chùm tia nhằm tránh hư hỏng quang học, công suất đầu ra lên đến vài trăm miliwatt có thể đạt được trong cấu trúc ống dẫn sóng đơn mode ngang.
Đối với ống dẫn sóng 100mm, một laser phát xạ cạnh đơn có thể đạt được công suất đầu ra hàng chục watt, nhưng lúc này ống dẫn sóng có tính đa chế độ cao trên mặt phẳng của chip, và tỷ lệ chiều dài/chiều rộng của chùm tia đầu ra cũng đạt tới 100:1, đòi hỏi một hệ thống định hình chùm tia phức tạp.
Trên cơ sở không có bước đột phá mới nào trong công nghệ vật liệu và công nghệ tăng trưởng epitaxy, cách chính để cải thiện công suất đầu ra của một chip laser bán dẫn đơn lẻ là tăng chiều rộng dải vùng phát sáng của chip. Tuy nhiên, việc tăng chiều rộng dải quá cao dễ tạo ra dao động bậc cao theo phương ngang và dao động dạng sợi, điều này sẽ làm giảm đáng kể tính đồng nhất của ánh sáng đầu ra, và công suất đầu ra không tăng tỷ lệ thuận với chiều rộng dải, do đó công suất đầu ra của một chip đơn lẻ bị hạn chế rất nhiều. Để cải thiện đáng kể công suất đầu ra, công nghệ mảng ra đời. Công nghệ này tích hợp nhiều đơn vị laser trên cùng một chất nền, sao cho mỗi đơn vị phát sáng được sắp xếp thành một mảng một chiều theo hướng trục chậm, miễn là sử dụng công nghệ cách ly quang học để tách biệt từng đơn vị phát sáng trong mảng, sao cho chúng không gây nhiễu lẫn nhau, tạo thành một laser đa khẩu độ, bạn có thể tăng công suất đầu ra của toàn bộ chip bằng cách tăng số lượng đơn vị phát sáng tích hợp. Chip laser bán dẫn này là một chip mảng laser bán dẫn (LDA), còn được gọi là thanh laser bán dẫn.