Увод у емитовање површине вертикалне шупљинеполупроводнички ласер(VCSEL)
Вертикални ласери са површинским емитовањем са спољашњом шупљином развијени су средином 1990-их како би се превазишао кључни проблем који је мучио развој традиционалних полупроводничких ласера: како произвести ласерске излазе велике снаге са високим квалитетом снопа у фундаменталном трансверзалном режиму.
Вертикални ласери са површинским емитовањем са спољном шупљином (Vecsels), такође познати каополупроводнички диск ласери(SDL), су релативно нови члан породице ласера. Могу да дизајнирају таласну дужину емисије променом састава материјала и дебљине квантне јаме у полупроводничком медијуму за појачање, а у комбинацији са удвостручавањем фреквенције унутар шупљине могу покрити широк опсег таласних дужина од ултраљубичастог до далеког инфрацрвеног зрачења, постижући високу излазну снагу уз одржавање кружног симетричног ласерског снопа са ниским углом дивергенције. Ласерски резонатор се састоји од доње DBR структуре чипа за појачање и спољашњег излазног спојног огледала. Ова јединствена структура спољашњег резонатора омогућава уметање оптичких елемената у шупљину за операције као што су удвостручавање фреквенције, фреквентна разлика и закључавање мода, што VECSEL чини идеалним...ласерски изворза примене у распону од биофотонике, спектроскопије,ласерска медицинаи ласерска пројекција.
Резонатор VC-површинског емитујућег полупроводничког ласера је нормалан на раван у којој се налази активна област, а његова излазна светлост је нормална на раван активне области, као што је приказано на слици. VCSEL има јединствене предности, као што су мала величина, висока фреквенција, добар квалитет снопа, велики праг оштећења површине шупљине и релативно једноставан производни процес. Показује одличне перформансе у применама ласерског дисплеја, оптичке комуникације и оптичког сата. Међутим, VCsel-ови не могу да добију ласере велике снаге изнад нивоа вата, тако да се не могу користити у областима са високим захтевима за снагом.
Ласерски резонатор VCSEL-а састоји се од дистрибуираног Браговог рефлектора (DBR) састављеног од вишеслојне епитаксијалне структуре полупроводничког материјала на горњој и доњој страни активног подручја, што се веома разликује од...ласеррезонатор састављен од равни цепање у EEL-у. Правац VCSEL оптичког резонатора је нормалан на површину чипа, ласерски излаз је такође нормалан на површину чипа, а рефлективност обе стране DBR-а је много већа од рефлективности равни EEL решења.
Дужина ласерског резонатора VCSEL-а је генерално неколико микрона, што је много мање од милиметарског резонатора EEL-а, а једносмерно појачање добијено осцилацијом оптичког поља у шупљини је ниско. Иако се може постићи основни попречни излазни мод, излазна снага може достићи само неколико миливата. Профил попречног пресека излазног ласерског снопа VCSEL-а је кружан, а угао дивергенције је много мањи од ласерског снопа који емитује ивицу. Да би се постигла велика излазна снага VCSEL-а, потребно је повећати светлосно подручје како би се обезбедило веће појачање, а повећање светлосног подручја ће довести до тога да излазни ласер постане вишемодни излаз. Истовремено, тешко је постићи равномерно убризгавање струје у великом светлосном подручју, а неравномерно убризгавање струје ће погоршати акумулацију вишка топлоте. Укратко, VCSEL може да емитује кружну симетричну тачку основног мода кроз разуман структурни дизајн, али је излазна снага ниска када је излаз једномодан. Стога се више VCsel-ова често интегрише у излазни мод.
Време објаве: 21. мај 2024.