Coherencia espacial de la luz SLED (¿ancho de la región activa?)

Hasta donde yo sé, los diodos superluminiscentes (también conocidos como SLED) tienen una estructura muy similar a los diodos láser, excepto que las caras frontales de la región activa están inclinadas para evitar el tipo de reflejos que beneficiarían al láser. Sin embargo, sé que un diodo láser por debajo del umbral de láser emite luz multimodo (es decir, espacialmente incoherente), como cabría esperar, ya que la selección de modo inducida a través del láser no existe por debajo del umbral y la región activa es lo suficientemente amplia como para teóricamente permiten muchos modos transversales. Los SLED, por otro lado, suelen afirmar que tienen una salida casi monomodo (es decir, alta coherencia espacial), lo que también parece evidente por el hecho de que a menudo se acoplan eficazmente en fibras monomodo. Mi pregunta por lo tanto es:

¿Por qué los SLED emiten predominantemente luz en el modo fundamental? ¿Se basa esto simplemente en una región activa más estrecha en comparación con los diodos láser, que geométricamente beneficia a los modos más bajos (similar a cómo el pequeño núcleo de una fibra monomodo solo permite que ocurra el modo fundamental)?

Traté de buscar el ancho de la región activa en las hojas de datos de algunos SLED, pero parece que esa información no se proporciona comúnmente. Gracias de antemano por cualquier ayuda.

Respuestas (3)

Creo que la razón es que la región activa es lo suficientemente pequeña como para admitir solo un modo transversal. Sin embargo, tengo que discrepar un poco con parte de su premisa:

Sin embargo, sé que un diodo láser por debajo del umbral láser emite luz multimodo (es decir, espacialmente incoherente)...

Esto depende en gran medida del diodo láser. No estoy seguro de con qué tipo de diodos tiene experiencia, pero muchos diodos láser, incluido el 100% de los que usamos en mi laboratorio, también están en "modo único" por debajo del umbral. Son lo suficientemente pequeños como para tener un solo modo y, por lo tanto, no necesitan ninguna travesura de supresión de modo. Por ejemplo, eagleyard vende específicamente diodos láser monomodo y diodos láser multimodo (que son capaces de generar potencias mucho más altas).

Los diodos láser monomodo de la salida eagleyard, como referencia, pueden emitir fácilmente del orden de 100 mW, que en mi experiencia con los SLED superlum es bastante consistente con la potencia que obtienes de un SLED monomodo, por lo que veo pocas razones para sospecho de algo más complicado que esto.

Como señala, parece difícil obtener números concretos sobre las regiones activas para la mayoría de estas cosas, y no encontré una especificación para estos diodos láser monomodo. Sin embargo, pude obtener un par de números relacionados que respaldan esta imagen. Los láseres amplificadores cónicos (TA) de Eagleyard están diseñados para usarse como amplificadores láser de un solo paso, con una entrada estrecha y una salida amplia para acoplar la luz monomodo en un medio de gran ganancia y solo amplificar el modo único. La entrada para un TA de 850nm y 2W se especifica en 3um. Sospecho que este tamaño se elige para que coincida con el tamaño del diodo láser monomodo, y definitivamente es lo suficientemente pequeño como para admitir solo un modo transversal, pero es difícil estar seguro. La salida de este TA se especifica en 210 um y, de manera similar, el área activa de los diodos multimodo Eagleyard es de 200 um.

Sin embargo, ¿no es 100 mw SLED más una especialidad? parece que ~10 mW es la potencia habitual

¿Quizás su confusión proviene del hecho de que un diodo láser monomodo lateralmente aún puede emitir luz multimodo? Esto se debe a los modos longitudinales (porque la longitud del láser óptico es mucho mayor que la longitud de onda).

La diferencia entre un LD y un SLD puede ser que un modo transversal de orden superior de un láser no alcanza el umbral y, por lo tanto, tiene una intensidad mucho menor en relación con el modo fundamental. SLDS no tiene este efecto de umbral y la supresión de modos transversales de orden superior puede ser menor que en un LD que luego afecta negativamente a la coherencia espacial.

Tenga en cuenta que la guía de ondas en los láseres monomodo transversales nunca es una guía de ondas verdaderamente monomodo como en una fibra monomodo. Suele ser mucho más ancho. Esto se debe a que el efecto de umbralización suprime el modo transversal de orden superior (porque tiene una mayor pérdida). Para alcanzar el mismo rendimiento de modo transversal con un SLD, es posible que deba ser más estrecho que un LD.

Lo siento, si no lo aclaré: en mi publicación, me refiero únicamente a los modos transversales cuando uso los términos 'modo único' o 'modo múltiple'. Sin embargo, con respecto a mi pregunta real, siento que acabas de reafirmar mi problema. Su segundo párrafo describe con precisión por qué esperaría que salieran más modos transversales de un SLED que de un LD, pero me gustaría saber por qué este no parece ser el caso. Al igual que usted, sospecho que la región activa en un SLED es más estrecha que en un LD, pero esperaba alguna confirmación o negación clara de eso.
Ah, ya veo. Ahora entiendo tu pregunta. Lo siento. ¿Tiene alguna referencia que compare la coherencia espacial de SLD con LD? ¿Y de qué relación de supresión de modo lateral en los SLD estamos hablando?
La razón por la que pregunto es que en mi experiencia varía un poco lo que la gente ya considera como "modo único". He visto personas que afirman ser monomodo si la forma del haz se ve aproximadamente gaussiana después de, por ejemplo, una fibra, aunque esto realmente no indica una relación de supresión alta en particular.
Ya veo. Recientemente probé una barra de LD por debajo del umbral y, a partir del patrón de emisión angular, fue muy evidente que muchos modos deben haber estado involucrados. Con respecto a los SLED, no encontré especificaciones precisas, pero muchas fuentes afirman que poseían un alto grado de coherencia espacial y podrían acoplarse a fibras SM de manera muy eficiente (cf., por ejemplo , Wikipedia o detalles del producto y hojas de datos de varias compañías) .
Supongo que depende de con qué se comparen los SLD. En comparación con los emisores térmicos o los LED, la coherencia espacial es, por supuesto, excelente, aunque los SLD pueden no ser estrictamente monomodos. También una alta eficiencia de acoplamiento significa que es, por ejemplo, del 90%. En comparación con los emisores térmicos o los LED, incluso el 10 % probablemente sería alto. Lo siento, esta no es realmente una respuesta, pero supongo que los SLD no son de un solo modo sino que concentran la potencia en solo unos pocos modos para que el acoplamiento de fibra sea relativamente eficiente. Y después de la fibra SM (por ejemplo, los SLD de thorlabs), la coherencia espacial es, por supuesto, excelente.
Estoy totalmente de acuerdo con todo lo que dijiste. Solo esperaba que alguien pudiera tener más información sobre la distribución de energía modal exacta o por qué se debería ocupar una cantidad tan pequeña de modos en primer lugar. ¡Muchas gracias!

Las fuentes de luz tradicionales (velas, bombillas, luz de estrellas) pueden ser tan coherentes espacialmente como el mejor láser. Después de todo, Thomas Young no realizó su famoso experimento de doble rendija de Young a principios del siglo XIX.

En su caso, el SlED tiene una guía de ondas de modo único que actúa como un filtro espacial para propagar solo ciertos modos de luz.

¿Acaso Young no filtró su luz de entrada primero para hacerla espacialmente coherente? Estoy bastante seguro de que la luz de las velas o las bombillas será bastante incoherente espacialmente.
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