Sandeep Babu Gawali defiende su tesis sobre el filtraje espacial intracavitat en láseres de semiconductor

Los láseres de semiconductor en régimen de alta potencia suelen manifestar una mala calidad del haz debido a su divergencia asimétrica del haz y a su elevado factor de calidad del haz (M2). La emisión a lo largo de una de las direcciones transversales (eje lento) es típicamente multi-modo mientras que es mono-modo en la dirección perpendicular (eje rápido). Debido a la emisión multi-modo y a la ausencia de cualquier mecanismo intrínseco de selección de modo, la calidad del haz del láser semiconductor de área amplia (BAS) se degrada. En este trabajo demostramos que, mediante la técnica de filtrado espacial, la calidad del haz puede mejorarse en la dirección lateral (eje lento). Para filtrar el haz, proponemos el uso de cristal fotónico (PhC) como elemento de filtrado espacial. El PhC ofrece una ventaja en términos de su tamaño compacto, que permite la miniaturización del dispositivo. La demostración de la posibilidad de usar este esquema podría conducir a una integración monolítica, con el PhC directamente integrado entre la cara frontal del material semiconductor y el espejo de la cavidad del láser. Los PhC se fabricaron en un sustrato de vidrio N-BK7 usando un haz de Bessel de femtosegundos fuertemente focalizado. En el experimento se utilizaron dos PhC diferentes con diferentes parámetros. El filtrado de los PhC aparece debido a la desviación de componentes seleccionados del haz fuera de la dirección de propagación, usando la configuración Laue. Dado que el PhC opera sólo en el plano del campo cercano, el acceso a este plano para el ensayo experimental de la idea introduce una dificultad tecnológica en dispositivos tan pequeños. Hemos seguido un enfoque simplificado utilizando una configuración de cavidad extendida, que imita la acción de la cavidad compacta. La ventaja de la configuración de la cavidad extendida es que permite probar diferentes geometrías de filtrado en la misma configuración. La cavidad extendida se construyó utilizando un láser BAS de un solo emisor con recubrimiento anti-reflectante, un colimador de eje rápido, un sistema de lentes dobles 4f y un espejo externo con una reflectividad del 4%. Esta cavidad extendida permite la implementación de dos técnicas diferentes, una rendija intra-cavidad y un cristal fotónico, en la misma configuración. La cavidad se caracterizó midiendo la potencia de salida, el factor de calidad del haz (M2), el espectro y los perfiles del láser de campo cercano y lejano. Antes de probar la acción del PhC, probamos el filtrado espacial convencional utilizando una rendija intra-cavidad situada en el campo lejano y actuando sobre el haz en dirección lateral bloqueando los componentes angulares superiores del haz. El haz de salida de la cavidad externa se caracterizó midiendo el M2 a lo largo del eje lento y calculando el brillo del haz. Demostramos un aumento del brillo por un factor de dos en comparación con la situación del haz sin filtrar. Evaluamos además el efecto de la reflectividad del espejo de retroalimentación en la potencia de salida y el perfil espacial del haz. La acción de filtrado de los PhC se caracterizó utilizando la misma configuración de cavidad extendida. En esta configuración se demostró un aumento del brillo en un factor entre 1,3 y 1,5 para los diferentes cristales. Los resultados experimentales obtenidos mediante la rendija intra-cavidad y el PhC se compararon con los resultados numéricos obtenidos a partir de un modelo numérico de láser de área amplia creado para simular la acción del filtrado espacial utilizando la rendija intra-cavidad o el PhC. Ambos resultados mostraron una buena concordancia entre los experimentos y los resultados numéricos. El código numérico se utilizó para optimizar aún más el aumento del brillo simulando diferentes geometrías de filtrado.