Distributed waveguide design for reducing thermal load in semiconductor high power lasers

Yarıiletken lazerler, yüksek verimlilikleri, kompakt boyutları ve düşük maliyetleri sayesinde lazer teknolojisine öncülük etmektedir. Bu lazerler arasında GaAs tabanlı lazer diyotlar (LD), en verimli ışık kaynakları olmalarına rağmen kendiliğinden ısınma nedeniyle hâlâ bazı kısıtlamalara sahiptir. Bu kendiliğinden ısınma, iç sıcaklıkların artmasına yol açarak performansın, çıkış gücünün ve cihaz ömrünün azalmasına neden olur. Geleneksel olarak, epikristal büyütme, tasarım ve paketleme teknolojilerindeki gelişmeler sayesinde kavite uzunluğunun artırılması ile termal iletkenlik iyileştirilmiş ve bu sorun hafiflemiştir. Ancak günümüzde yüksek güçlü GaAs LD'lerin kavite uzunluğu içsel fiziksel kısıtlamalar nedeniyle yaklaşık 5 mm ile sınırlı kalmakta; bu değerin üzerine çıkıldığında çıkış gücünde azalma gözlenmektedir. Bu çalışma, geleneksel kavite uzunluğu sınırlamalarını aşan yeni bir dalga kılavuzu tasarımı olan "dağıtık dalga kılavuzu" (DWG) kavramını tanıtmaktadır. DWG, dalga kılavuzu boyunca lazer ve ikincil bölümleri bütünleştirir; bu bölümler elektriksel olarak birbirinden izole edilerek akım enjeksiyonu kontrol altına alınır, ancak ışının verimli taşınması için optik olarak bağlantılıdır. Lazer bölümü, istenen ışık çıkışını üretmek amacıyla elektriksel olarak pompalanırken, ikincil bölüm lazer eşik akımı yakınında çalıştırılarak ısının etkin biçimde dağıtılmasını sağlar. Kavite uzunluğunun 4 mm'den 8 mm'ye çıkarılmasıyla DWG LD'ler, önemli ölçüde iyileştirilmiş termal yönetim ve cihaz özellikleri sunmaktadır. Deneysel veriler ve sayısal analizler, DWG'lerin yaklaşık 1,8 kat daha düşük lazer gövde sıcaklıklarında çalıştığını göstermektedir. Ayrıca DWG platformu ve üretim süreci, endüstriyel uygulamaları kolaylaştıracak şekilde standart yarıiletken lazer üretim teknikleriyle tamamen uyumludur. Bu çalışma, yenilikçi dalga kılavuzu tasarımlarıyla kendiliğinden ısınmanın etkili biçimde hafifletilebileceğini ve bu sayede yarıiletken lazerlerde daha yüksek performans, çıkış gücü ve güvenilirlik sağlanabileceğini açıkça göstermektedir.