مقدمة عن الليزر ذي الانبعاث الحافي (EEL)

مقدمة عن الليزر ذي الانبعاث الحافي (EEL)
للحصول على خرج ليزر أشباه موصلات عالي القدرة، تعتمد التقنية الحالية على استخدام بنية الانبعاث الحافي. يتكون رنان ليزر أشباه الموصلات ذي الانبعاث الحافي من سطح التفكك الطبيعي لبلورة أشباه الموصلات، وينبعث شعاع الخرج من الطرف الأمامي لليزر. يتميز ليزر أشباه الموصلات ذو الانبعاث الحافي بقدرته على تحقيق خرج طاقة عالٍ، إلا أن بقعة الخرج بيضاوية الشكل، وجودة الشعاع رديئة، مما يستدعي تعديل شكل الشعاع باستخدام نظام تشكيل الشعاع.
يوضح الرسم التخطيطي التالي بنية ليزر أشباه الموصلات ذي الانبعاث الحافي. يكون التجويف البصري لهذا الليزر موازيًا لسطح شريحة أشباه الموصلات، وينبعث منه الليزر عند حافتها، مما يتيح الحصول على خرج ليزري عالي القدرة والسرعة والضوضاء. مع ذلك، يتميز شعاع الليزر الناتج عن هذا الليزر عمومًا بمقطع عرضي غير متماثل وتباعد زاوي كبير، كما أن كفاءة اقترانه بالألياف أو المكونات البصرية الأخرى منخفضة.

يُحدّ من زيادة قدرة خرج ليزر الإلكترونات (EEL) تراكم الحرارة المهدرة في المنطقة النشطة والتلف البصري على سطح أشباه الموصلات. ويمكن تحقيق قدرة خرج تصل إلى عدة مئات من الميلي واط في بنية الدليل الموجي أحادي النمط المستعرض عن طريق زيادة مساحة الدليل الموجي لتقليل تراكم الحرارة المهدرة في المنطقة النشطة وتحسين تبديد الحرارة، وزيادة مساحة خرج الضوء لتقليل كثافة القدرة الضوئية للشعاع وتجنب التلف البصري.
بالنسبة للموجه الموجي 100 مم، يمكن لليزر أحادي الانبعاث من الحافة أن يحقق عشرات الواط من طاقة الإخراج، ولكن في هذا الوقت يكون الموجه الموجي متعدد الأنماط للغاية على مستوى الشريحة، كما تصل نسبة عرض شعاع الإخراج إلى 100:1، مما يتطلب نظامًا معقدًا لتشكيل الشعاع.
انطلاقًا من فرضية عدم وجود طفرة جديدة في تكنولوجيا المواد وتقنية النمو الطبقي، فإن الطريقة الرئيسية لتحسين قدرة خرج شريحة ليزر أشباه الموصلات هي زيادة عرض شريط المنطقة المضيئة للشريحة. مع ذلك، فإن زيادة عرض الشريط بشكل مفرط قد يؤدي بسهولة إلى تذبذبات عرضية عالية الرتبة وتذبذبات شبيهة بالخيوط، مما يقلل بشكل كبير من تجانس خرج الضوء، كما أن قدرة الخرج لا تتناسب طرديًا مع عرض الشريط، لذا فإن قدرة خرج الشريحة الواحدة محدودة للغاية. ولتحسين قدرة الخرج بشكل كبير، ظهرت تقنية المصفوفات. تدمج هذه التقنية وحدات ليزر متعددة على نفس الركيزة، بحيث تُصطف كل وحدة باعثة للضوء على شكل مصفوفة أحادية البعد في اتجاه المحور البطيء. وباستخدام تقنية العزل البصري لفصل كل وحدة باعثة للضوء في المصفوفة، بحيث لا تتداخل مع بعضها البعض، مُشكلةً ليزرًا متعدد الفتحات، يُمكن زيادة قدرة خرج الشريحة بأكملها عن طريق زيادة عدد الوحدات الباعثة للضوء المدمجة. تُعد شريحة الليزر شبه الموصلة هذه شريحة مصفوفة ليزر شبه موصلة (LDA)، والمعروفة أيضًا باسم شريط ليزر شبه موصل.