Увод у вертикални полупроводнички ласер који емитује површину шупљине (ВЦСЕЛ)

Увод у вертикално емитовање површине шупљинеполупроводнички ласер(ВЦСЕЛ)
Ласери који емитују површину вертикалне екстерне шупљине развијени су средином 1990-их да би се превазишао кључни проблем који је мучио развој традиционалних полупроводничких ласера: како произвести ласерске излазе велике снаге са високим квалитетом зрака у основном попречном моду.
Ласери који емитују површину вертикалне спољашње шупљине (Вецселс), такође познати каополупроводнички диск ласери(СДЛ), су релативно нови члан породице ласера. Може да дизајнира таласну дужину емисије променом састава материјала и дебљине квантног бунара у полупроводничком медијуму за појачавање, и у комбинацији са удвостручавањем фреквенције унутар шупљине може покрити широк опсег таласних дужина од ултраљубичастог до далеког инфрацрвеног, постижући велику излазну снагу уз одржавање ниске дивергенције Угаони кружни симетрични ласерски зрак. Ласерски резонатор се састоји од доње ДБР структуре чипа за појачавање и спољашњег излазног огледала за спајање. Ова јединствена спољна структура резонатора омогућава да се оптички елементи уметну у шупљину за операције као што су удвостручавање фреквенције, разлика фреквенције и закључавање мода, што ВЕЦСЕЛ чини идеалнимласерски изворза апликације у распону од биофотонике, спектроскопије,ласерска медицинаи ласерска пројекција.
Резонатор ВЦ-површинског полупроводничког ласера ​​је окомит на раван у којој се налази активни регион, а његово излазно светло је окомито на раван активног региона, као што је приказано на слици. ВЦСЕЛ има јединствене предности, као што је мала величина, висока фреквенција, добар квалитет зрака, велики праг оштећења површине шупљине и релативно једноставан производни процес. Показује одличне перформансе у апликацијама ласерског дисплеја, оптичке комуникације и оптичког сата. Међутим, ВЦселс не могу да добију ласере велике снаге изнад нивоа у ватима, тако да се не могу користити у пољима са високим захтевима за снагом.

Ласерски резонатор ВЦСЕЛ-а се састоји од дистрибуираног Брагговог рефлектора (ДБР) састављеног од вишеслојне епитаксијалне структуре полупроводничког материјала и на горњој и на доњој страни активног региона, што се веома разликује одласеррезонатор састављен од равни цепања у ЕЕЛ. Правац ВЦСЕЛ оптичког резонатора је окомит на површину чипа, излаз ласера ​​је такође окомит на површину чипа, а рефлективност обе стране ДБР-а је много већа од оне у равни ЕЕЛ раствора.
Дужина ласерског резонатора ВЦСЕЛ је генерално неколико микрона, што је много мање од дужине милиметарског резонатора ЕЕЛ, а једносмерно појачање добијено осцилацијом оптичког поља у шупљини је мало. Иако се основни попречни начин рада може постићи, излазна снага може да достигне само неколико миливата. Профил попречног пресека ВЦСЕЛ излазног ласерског зрака је кружни, а угао дивергенције је много мањи од профила ласерског зрака који емитује ивице. Да би се постигла велика излазна снага ВЦСЕЛ-а, неопходно је повећати светлећи регион да би се обезбедило више појачања, а повећање светлосног региона 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 отпадне топлоте. Укратко, ВЦСЕЛ може да произведе основни режим кружне симетричне тачке кроз разуман структурални дизајн, али излазна снага је ниска када је излаз у једном режиму. Због тога је више ВЦселова често интегрисано у излазни режим.