Características fundamentales del diodo láser

Un diodo láser (LD) es dispositivo semiconductor que emite luz coherente, monocromática y direccional mediante emisión estimulada en una cavidad resonante (Fabry-Perot). Base de: comunicaciones fibra, lectores CD/DVD/BD, impresoras láser, escáneres códigos barras, LiDAR, corte/grabado, medicina, sensores.

Estructura física

• Unión p-n: GaAs, InGaAsP, AlGaAs, InGaN, GaN (según λ). Capa activa (quantum well) entre capas de confinamiento.
• Cavidad resonante: Dos espejos paralelos (faceta cleavage) reflectividad R1≈0.9 (trasera, HR coating), R2≈0.3 (frontal, AR coating). Longitud 100-1000 µm.
• Guiado de onda: Índice escalonado o gradiente (ridge, buried heterostructure) confina fotones y portadores.
• Contactos: Metálicos (AuGeNi n-side, Ti/Pt/Au p-side). Disipación térmica crítica (submount CuW, diamante).

Características ópticas clave

Patrón de campo lejano (Far-field)

Distribución angular intensidad. Monomodo: gaussiano TEM00 (elíptico). Multimodo: múltiples lóbulos. Astigmatismo: foco virtual diferente en ejes → lente cilíndrica o asférica para colimar circular.

Tipos especiales

• VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser): Emisión perpendicular a wafer. Espejos DBR. Bajo umbral, haz circular, arrays 2D. Usos: 3D sensing (FaceID), datacom (850 nm), LiDAR, ratón óptico.
• DFB / DBR (Distributed Feedback / Bragg Reflector): Rejilla en cavidad → modo único longitudinal. λ estable, ancho línea <1 MHz. Telecom 1550 nm, sensado gas.
• QCL (Quantum Cascade Laser): Transiciones intersubbanda. MIR/Terahertz (4-12 µm). Espectroscopía gases.
• Barras / Stacks (High Power): Múltiples emisores en barra (10-100 W). Bombeo láseres sólidos, corte directo, médico.

Fiabilidad y degradación

• Fallas: COD (Catastrophic Optical Damage) faceta, degradación gradual (defectos oscuros, migración contactos), fallo soldadura/encapsulado.
• MTTF: 10.000-100.000 h a T° junction < 50-70°C. Regla Arrhenius: vida x2 por cada 10°C bajada.
• Encapsulado: TO-Can (5.6/9 mm), mariposa (telecom), C-mount, TO-220 (potencia), bare die (VCSEL).