Modelado, simulación y diseño de diodos láser de alto brillo

Abstract

Esta tesis recoge el trabajo realizado sobre modelado, simulación y diseño de diodos láser en forma de embudo (tapered). Estos dispositivos presentan un brillo y una calidad de haz superiores a otros láseres de semiconductor de potencia, pero su funcionamiento complejo hace conveniente la utilización de herramientas de simulación en el proceso de optimización. Se ha profundizado en la comprensión del funcionamiento global de estos dispositivos, así como en los mecanismos que deterioran y limitan su rendimiento. Se ha desarrollado un simulador tridimensional para diodos láser en forma de embudo operando en régimen continuo. El trabajo de modelado se ha centrado en la implementación bi- y tri-dimensional de los modelos eléctricos y térmicos, como extensión de modelos unidimensionales previamente existentes, y en la optimización de su acoplo con un modelo óptico desarrollado externamente. Las ecuaciones de Poisson y continuidad para electrones/huecos se resuelven autoconsistentemente con acopla-miento a un modelo bidimensional de propagación del haz. Se ha desarrollado un método original de calibración de los parámetros del modelo, que ha demostrado la validez del modelo a través de su buena concordancia con resultados experimentales en distintos diseños y materiales. Han sido identificados los dos principales mecanismos responsables del deterioro de la calidad del haz: filtrado espacial insuficiente en la sección recta y autoenfoque del haz debido a la lente inducida por los portadores. Se exponen diversas alternativas para con-trarrestar estos efectos, incidiendo en el papel de elementos clave como los deflectores de haz y la reflectividad de los espejos. Igualmente, se estudian estrategias de optimiza-ción en función de varios parámetros de diseño, proponiéndose unos criterios generales que ayuden a mejorar sus prestaciones.