EJERCICIO LÁSER de CAVIDAD EXTERNA (S-05)

EJERCICIO LÁSER de CAVIDAD EXTERNA (S-05)
La figura representa en forma esquemática un diodo láser sintonizable de cavidad externa (no está a
escala), consistente en: i) un diodo láser de longitud 1 mm, con una cara de alta reflectividad (R1 =
0,9) y otra de reflectividad despreciable; ii) una red de difracción de reflectividad R3 dependiente de
la longitud de onda y de su ángulo de giro, colocada a 5 cm de la cara de salida del láser; y iii) un
sistema de lentes que dirige el haz de salida a la red de difracción y focaliza de nuevo el haz
reflejado en el diodo láser. El material activo del diodo, en condiciones de inyección, presenta
ganancia entre 1530 nm y 1570 nm, y el índice de refracción efectivo es 3,5. En una posición
determinada de la red de difracción, su reflectividad es máxima a 1540,1 nm, pudiendo considerarse
distinta de cero en un rango de ± 0,005 nm alrededor del máximo, y cero en el resto de longitudes de
onda.
a) Determine la separación, en nm, entre los modos de la cavidad láser (2 p)
b) Justifique si el láser emitirá en una o varias longitudes de onda. (0,5 p)
c) Si al girar la red de difracción su máxima reflectividad puede variarse entre 1500 nm y 1600 nm,
estime el margen de sintonía del láser.
R3 (λ)
R2 ~ 0
R1 = 0,9
L2 = 5 cm
L1 = 1 mm
(0,5 puntos)
Solución
a) Cada ida y vuelta en esta cavidad deberá implicar un desfasaje múltiplo de 2·Π, por lo que
2 · k0· (ñ · L1 + L2) = 2· Π m,
siendo ñ el índice de refracción del semiconductor, k0 la constante de propagación en el vacío, y m un entero
correspondiente al índice del modo. Resolviendo:
1 / λm = m · (2·(ñ · L1 + L2))-1
Con lo que la separación entre modos consecutivos será:
1 / λm+1 - 1 / λm = (2·(ñ · L1 + L2))-1
∆λ = λm - λm+1 = λm+1 · λm· (2·(ñ · L1 + L2))-1 ≅ λ2· (2·(ñ · L1 + L2))-1
siendo λ la longitud de onda de emisión, es decir 1540,1 nm, el valor de la máxima reflectividad. Sustituyendo:
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∆λ = (1540,1 nm)2 ·(2 · (3,5 · 1mm + 50 mm)-1 = 0,0222 nm
b) Como la separación entre modos es mayor que el ancho de banda de la red de difracción (0,01 nm), sólo
podrá haber un modo de la cavidad laseando simultáneamente, con lo que el láser emitirá una longitud de
onda.
c) El margen de sintonía del láser viene dado por la parte del espectro en la que el material semiconductor tiene
ganancia, entre 1530 nm y 1570 nm, pues todo ese margen está cubierto por la red de difracción.
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