SLD

Un diodo láser semiconductor es una fuente de luz coherente hecha de una unión p-n polarizada directamente en un material semiconductor, típicamente arseniuro de galio (GaAs) o fosfuro de indio (InP). Cuando la corriente fluye a través de la unión, la emisión estimulada produce luz coherente. La unión misma actúa como la cavidad resonante, haciendo que todo el dispositivo sea más pequeño que un grano de arroz. Esta compacidad, combinada con el bombeo eléctrico y la modulación directa, es la razón por la que los SLD han desplazado a los láseres de gas y de estado sólido en telecomunicaciones, detección de fibra y procesamiento de materiales.

Los SLD emiten longitudes de onda determinadas por la banda prohibida de su material semiconductor. Las longitudes de onda comunes incluyen 850 nm y 1310 nm en GaAs e InP respectivamente, elegidas para coincidir con las ventanas de baja pérdida de la fibra óptica de sílice. Los SLD modernos para telecomunicaciones operan en las bandas de 1480 nm a 1625 nm. La potencia de salida varía desde milivatios en aplicaciones de detección hasta varios vatios en variantes de alta potencia, aunque permanecen muy por debajo de la capacidad de varios kilovatios de los láseres de fibra.

Fiabilidad y degradación

El principal riesgo operativo de los SLD es el daño óptico catastrófico (COD), una falla repentina de la faceta de salida causada por la alta intensidad óptica y la contaminación. Esto puede ocurrir en segundos bajo las peores condiciones. El acoplamiento adecuado de la lente, el aislamiento óptico y la limpieza alrededor del dispositivo son esenciales. El envejecimiento ocurre gradualmente a través de la oxidación de la faceta y la formación de defectos; la vida útil típica bajo operación normal es de 10,000 a 100,000 horas, dependiendo de la potencia y el diseño. El control de la temperatura es crítico: la longitud de onda de salida se desplaza aproximadamente 0.3 nm por grado Celsius, y la corriente umbral aumenta exponencialmente con el calor.

Los SLD son preferidos en las comunicaciones de fibra óptica porque se acoplan directamente a la fibra monomodo y toleran la modulación eléctrica a velocidades de gigabits con una distorsión mínima. En los diseños de reflector de Bragg distribuido (DBR), una rejilla selectiva de longitud de onda dentro de la cavidad permite la sintonización en un rango de 40 nm y reduce el ancho de línea a menos de 1 nm. En términos generales, los SLD Fabry-Pérot (Fabry-Perot) cuestan menos y toleran mayor potencia, pero tienen un ancho espectral más amplio y una menor estabilidad de longitud de onda.

El término SLD a veces se usa libremente para cubrir láseres de emisión de borde y láseres de emisión de superficie de cavidad vertical (VCSEL), aunque los VCSEL son técnicamente una subclase distinta con diferente arquitectura y rendimiento. En metrología y detección, los SLD se prefieren sobre los láseres tradicionales para la tomografía de coherencia óptica (OCT) y la interferometría porque su corta longitud de coherencia reduce la interferencia de reflexiones no deseadas. En el corte y la soldadura industrial, los conjuntos de diodos de alta potencia y los láseres de fibra han reemplazado en gran medida a los módulos SLD individuales, aunque los SLD siguen siendo dominantes en tareas e instrumentos de precisión de baja potencia.