エッジ発光レーザー（EEL）入門

エッジ発光レーザー（EEL）入門
高出力半導体レーザーを得るために、現在の技術ではエッジ発光構造が用いられています。エッジ発光型半導体レーザーの共振器は半導体結晶の自然分離面で構成され、出力ビームはレーザーの先端から放出されます。エッジ発光型半導体レーザーは高出力を実現できますが、出力スポットが楕円形であり、ビーム品質が劣るため、ビーム形状をビーム整形システムで修正する必要があります。
下図は、エッジ発光型半導体レーザーの構造を示しています。EELの光共振器は半導体チップの表面に平行に配置され、半導体チップのエッジからレーザー光を放射します。これにより、高出力、高速、低ノイズのレーザー出力を実現できます。しかしながら、EELから出力されるレーザービームは一般的にビーム断面が非対称で、角度発散が大きく、光ファイバーなどの光学部品との結合効率が低いという欠点があります。

EELの出力パワーの増加は、活性領域における廃熱の蓄積と半導体表面への光損傷によ​​って制限されます。導波路面積を拡大して活性領域における廃熱の蓄積を低減し放熱性を向上させるとともに、光出力面積を拡大してビームの光パワー密度を低減し光損傷を回避することで、単一横モード導波路構造において数百ミリワットまでの出力パワーを実現できます。
100mm導波路の場合、単一のエッジ発光レーザーで数十ワットの出力パワーを実現できますが、この場合、導波路はチップ面上で非常にマルチモードになり、出力ビームのアスペクト比も100:1に達するため、複雑なビーム整形システムが必要になります。
材料技術やエピタキシャル成長技術に新たなブレークスルーがないという前提で、単一半導体レーザーチップの出力パワーを向上させる主な方法は、チップの発光領域のストリップ幅を広げることです。しかし、ストリップ幅を広げすぎると、横方向の高次モード発振やフィラメント状発振が発生しやすく、光出力の均一性が大幅に低下します。また、出力パワーはストリップ幅に比例して増加しないため、単一チップの出力パワーは極めて制限されます。出力パワーを大幅に向上させるために、アレイ技術が登場しました。この技術では、複数のレーザーユニットを同じ基板上に集積し、各発光ユニットを低速軸方向に一次元アレイとして並べます。アレイ内の各発光ユニットを光学的アイソレーション技術で分離し、互いに干渉しないようにすることで、マルチアパーチャレーザーを形成し、集積する発光ユニットの数を増やすことでチップ全体の出力パワーを向上させることができます。この半導体レーザーチップは、半導体レーザーアレイ（LDA）チップ、または半導体レーザーバーとも呼ばれるものです。