Introduction au laser à émission latérale (EEL)

Introduction au laser à émission latérale (EEL)
Pour obtenir une sortie laser à semi-conducteur de haute puissance, la technologie actuelle utilise une structure à émission par les bords. Le résonateur du laser à semi-conducteur à émission par les bords est constitué de la surface de dissociation naturelle du cristal semi-conducteur, et le faisceau de sortie est émis par l'extrémité avant du laser. Ce type de laser permet d'obtenir une puissance de sortie élevée, mais son spot de sortie est elliptique, la qualité du faisceau est médiocre et sa forme doit être modifiée à l'aide d'un système de mise en forme.
Le schéma suivant illustre la structure d'un laser à semi-conducteur à émission par la tranche. La cavité optique de l'EEL est parallèle à la surface de la puce semi-conductrice et émet le laser sur la tranche, ce qui permet d'obtenir une sortie laser à haute puissance, à grande vitesse et à faible bruit. Cependant, le faisceau laser émis par l'EEL présente généralement une section transversale asymétrique et une divergence angulaire importante, et son efficacité de couplage avec la fibre ou d'autres composants optiques est faible.

L'augmentation de la puissance de sortie de l'EEL est limitée par l'accumulation de chaleur résiduelle dans la zone active et les dommages optiques à la surface du semi-conducteur. En augmentant la surface du guide d'ondes pour réduire l'accumulation de chaleur résiduelle dans la zone active et améliorer la dissipation thermique, et en augmentant la surface de sortie lumineuse pour réduire la densité de puissance optique du faisceau et éviter les dommages optiques, une puissance de sortie pouvant atteindre plusieurs centaines de milliwatts peut être obtenue dans une structure de guide d'ondes monomode transverse.
Pour le guide d'ondes de 100 mm, un seul laser à émission latérale peut atteindre des dizaines de watts de puissance de sortie, mais à l'heure actuelle, le guide d'ondes est hautement multimode sur le plan de la puce, et le rapport hauteur/largeur du faisceau de sortie atteint également 100:1, ce qui nécessite un système de mise en forme de faisceau complexe.
En l'absence de nouvelles avancées dans la technologie des matériaux et la croissance épitaxiale, le principal moyen d'améliorer la puissance de sortie d'une puce laser à semi-conducteur est d'augmenter la largeur de bande de sa zone lumineuse. Cependant, une largeur de bande trop importante peut facilement produire des oscillations transversales en mode d'ordre élevé et des oscillations filamentaires, ce qui réduit considérablement l'uniformité du flux lumineux. De plus, la puissance de sortie n'augmente pas proportionnellement à la largeur de bande, ce qui limite considérablement la puissance de sortie d'une puce unique. Afin d'améliorer considérablement la puissance de sortie, la technologie des matrices a vu le jour. Cette technologie intègre plusieurs unités laser sur un même substrat, de sorte que chaque unité émettrice de lumière est alignée comme un réseau unidimensionnel dans la direction de l'axe lent. À condition d'utiliser une technologie d'isolation optique pour séparer chaque unité émettrice de lumière du réseau afin d'éviter toute interférence et de former un laser à ouvertures multiples, il est possible d'augmenter la puissance de sortie de la puce entière en augmentant le nombre d'unités émettrices de lumière intégrées. Cette puce laser à semi-conducteur est une puce à réseau laser à semi-conducteur (LDA), également connue sous le nom de barre laser à semi-conducteur.