Sandeep Babu Gawali defensa la seva tesi sobre el filtratge espacial intracavitat en làsers de semiconductor

Els làsers de semiconductor en règim d’alta potència manifesten, en general, una qualitat de feix pobra a causa de la seva divergència de forma asimètrica i el seu factor de qualitat de feix (M²) gran. L'emissió és típicament multimode al llarg de la direcció horitzontal (eix lent) i monomode en la direcció vertical (eix ràpid). A causa d’aquesta forma d’emissió i l'absència de qualsevol mecanisme de selecció de mode intrínsec, la qualitat del feix dels làsers de semiconductor d'àrea ampla (BA) es degrada. En aquest treball demostrem que, mitjançant una tècnica de filtratge espacial utilitzant cristalls fotònics (PhC), es pot millorar la qualitat del feix al llarg de l’eix lent. El PhC ofereix un avantatge degut a la seva mida compacta, la qual permet la miniaturització del dispositiu. La demostració de la viabilitat d'aquest esquema podria portar a una integració monolítica, amb el PhC directament situat entre la cara frontal del material de semiconductor i el mirall de la cavitat làser. Els PhCs van ser fabricats per polimerització damunt d’un substrat de cristall BK-7 a partir de feixos Bessel de femtosegons altament focalitzats. El filtratge del PhC apareix a causa de la desviació de freqüències espacials seleccionades del feix fora de la direcció de propagació, utilitzant una configuració de Laue. El fet que el PhC opera només dins del camp proper (near-field), introdueix una dificultat tecnològica pel seu estudi degut a la mida del dispositiu. Per poder demostrar aquesta idea experimentalment vam implementar una configuració simplificada que utilitza una cavitat estesa, la qual simula l'acció de la cavitat compacta. La cavitat estesa va ser construïda utilitzant un làser de semiconductor (BAS) amb un filtre antireflectant a la seva cara frontal, un col·limador de l’eix vertical, un doble sistema de lents en configuració 4f, i un mirall extern amb reflectivitat de 4%. Aquesta cavitat estesa permet implementar dues tècniques diferents de filtratge, utilitzant una escletxa intracavitat o un PhC, dins del mateix muntatge experimental. La cavitat va ser caracteritzada mesurant la potència de sortida, factor de qualitat del feix (M²), espectre, i perfils del làser en camp proper i camp llunyà (far-field). Abans d’estudiar l'acció del PhC, vam estudiar un sistema de filtrat espacial convencional utilitzant la escletxa intracavitat col·locada en el camp llunyà per blocar els components angulars més alts del feix. A partir de la caracterització del feix de sortida demostrem un realçament en la brillantor del feix per un factor de dos comparat amb el cas sense filtratge. També vam avaluar l'efecte de la reflectivitat del mirall de retroalimentació en la potència de sortida i el perfil espacial del feix. Utilitzant la cavitat estesa es va estudiar l’acció filtrant dels PhCs demostrant un realçament de la brillantor per un factor entre 1.3 i el 1.5 en aquesta configuració. Els resultats experimentals que es van obtenir utilitzant l’escletxa intracavitat i el PhC van ser comparats amb un model numèric de làser d'àrea ampla desenvolupat per simular l'acció de filtratge espacial utilitzant tant l’escletxa intracavitat com el PhC. Ambdós resultats van mostrar un acord bo entre els experiments i el resultats numèrics. El codi numèric es va utilitzar per optimitzar el realçament de la brillantor del feix simulant diferents geometries de filtratge.