Les matériaux semi-conducteurs sont uniques parmi les matériaux à gain laser en raison de leur indice de réfraction extrêmement élevé. En raison de cette grande différence d'indice à l'interface air / semi-conducteur, chaque facette d'une diode laser agit naturellement comme un miroir partiellement réfléchissant (~ 32%). Cela confère aux lasers à diodes la propriété unique d’avoir un résonateur intégré capable de produire des lasers sans optique extérieure ni revêtement et d’offrir une solution extrêmement économique pour des applications telles que les pointeurs laser, où la performance n’est pas la préoccupation principale. Pour les applications à forte puissance, la face arrière de la diode laser est généralement recouverte d'un matériau diélectrique afin d'augmenter la réflectivité à plus de 90%. Ce miroir HR réduit considérablement le seuil de gain tout en augmentant simultanément la puissance utile de la facette avant (ou du coupleur de sortie). Cette approche fonctionne exceptionnellement bien pour la production d’émetteurs simples et de barreaux de diodes compacts, à seuil bas, à haute efficacité, monolithiques, à haute puissance. Cependant, un seuil de gain aussi bas donne un profil d'émission spectrale extrêmement instable.
Dans notre précédent billet intitulé «Lasers à pompe de laser à fibre optique à 976 nm stabilisés ou non stabilisés», nous avions expliqué l’importance de la stabilisation de la longueur d’onde des barres de diodes laser pour une efficacité accrue du pompage laser à fibre optique. Dans cet article, nous parlerons plus en détail de la manière dont cela est accompli et des effets du revêtement de facettes de la diode laser sur les performances. Avant de pouvoir comprendre pleinement l’impact du revêtement de facettes, nous devons d’abord comprendre la dépendance à la structure du mode longitudinal et à la perte de cavité (seuil de gain). La figure ci-dessous illustre parfaitement les interdépendances entre la largeur de bande gagnée pour les matériaux, l’espacement des modes des cavités laser et les pertes dans les cavités. On peut en déduire que plus la largeur de bande de gain est large et plus les pertes dans la cavité sont faibles, plus les modes longitudinaux peuvent être lus simultanément, mais cela ne montre pas que la largeur de bande de gain elle-même varie avec la température et le courant de commande. En conséquence, ces lasers produiront non seulement plusieurs modes laser simultanément, mais ces modes varieront dans des conditions de fonctionnement normales.
Une méthode standard pour contourner ce problème afin de stabiliser la sortie des barreaux de diodes laser haute puissance consiste à appliquer un revêtement AR supplémentaire sur l'une des facettes ou sur les deux facettes, et à utiliser une cavité de résonateur externe pour contrôler activement le seuil de gain et l'espacement des modes. Bien que techniquement, les deux facettes puissent être revêtues d'un revêtement antireflet et qu'un réflecteur élevé externe soit utilisé, dans la pratique, la grande majorité des systèmes laser à diode à cavité externe utilisaient une facette arrière revêtue HR et une facette avant revêtue d'AR. Cette méthode est utilisée depuis de nombreuses années pour les lasers à diodes réglables de faible puissance utilisant des configurations telles que Littrow et Littman-Metcalf, mais la stabilisation des barres de diodes de forte puissance pour les applications de pompage ne nécessite généralement pas de réglage. Pour ces applications, les réseaux de Bragg en volume (VBG) constituent le choix idéal pour le coupleur de sortie, car ils vous permettent d’augmenter la réflectivité à une longueur d’onde donnée, tout en augmentant simultanément le seuil de gain à toutes les autres longueurs d’onde de la bande passante. De plus, en raison du faible coefficient de dilatation thermique du verre, la bande passante du VBG tend à rester constante quels que soient la température et le courant, ce qui permet de piloter le barreau de diode à différentes puissances sans provoquer de décalage notable de la sortie spectrale des lasers.
