Modelowanie azotkowych laserów o emisji krawędziowej, w których zastosowano podejście supersymetryczne

Abstrakt

Zwiększenie mocy laserów półprzewodnikowych zwykle wiąże się z poszerzaniem obszaru czynnego, w którym generowane jest promieniowanie. Prowadzi to jednak do przejścia pracy z trybu jednomodowego do wielomodowego, co w wielu zastosowaniach jest niepożądane. Dlatego poszukuje się rozwiązań pozwalających
na jednoczesne uzyskanie wysokiej mocy i stabilnej pracy w trybie pojedynczego modu poprzecznego. Jednym z obiecujących kierunków jest podejście supersymetryczne, wynikające z analogii pomiędzy równaniami Schrödingera i Helmholtza, które znalazło zastosowanie w optyce falowej i umożliwia skuteczne tłumienie modów wyższego rzędu.
W niniejszej pracy podejście supersymetryczne zostało zastosowane w strukturze bazującej na azotkowym laserze o emisji krawędziowej emitującym światło niebieskie o długości fali 430 nm. W pracy badany jest wpływ parametrów geometrycznych struktury oraz parametrów warstwy czynnej na skuteczną dyskryminację
modów wyższego rzędu w strukturze z dwoma falowodami grzbietowymi. Do tej pory w literaturze przedstawiono podobne analizy dla laserów arsenkowych i fosforkowych, natomiast podejście supersymetryczne w przypadku laserów azotkowych nie zostało jeszcze dokładnie zbadane. Otrzymane wyniki wskazują, że zastosowanie podejścia supersymetrycznego w azotkowych laserach o emisji krawędziowej umożliwia uzyskanie pracy w trybie pojedynczego modu poprzecznego również przy szerszym obszarze czynnym. Parametr zwany względną separacją modów, zastosowany do porównania badanych laserów, osiągnął w supersymetrycznej strukturze wartość około 3,5, co oznacza, że separacja modów jest ponad trzykrotnie większa niż w strukturze referencyjnej z pojedynczym falowodem grzbietowym. Wynik ten wskazuje, że struktury oparte na podejściu supersymetrycznym mogą stanowić szczególnie korzystne rozwiązanie w projektowaniu przyrządów przeznaczonych do zastosowań wymagających wyższej mocy optycznej.