Uvod u emitiranje površine vertikalne šupljinepoluvodički laser(VCSEL)
Vertikalni laseri s vanjskom šupljinom koji emitiraju površinu razvijeni su sredinom 1990-ih kako bi se prevladao ključni problem koji je mučio razvoj tradicionalnih poluvodičkih lasera: kako proizvesti laserske izlaze velike snage s visokom kvalitetom snopa u fundamentalnom transverzalnom modu.
Vertikalni laseri s vanjskom šupljinom koji emitiraju površinu (Vecsels), također poznati kaopoluvodički diskovni laseri(SDL) su relativno novi član obitelji lasera. Mogu dizajnirati valnu duljinu emisije promjenom sastava materijala i debljine kvantne jame u poluvodičkom mediju za pojačanje, a u kombinaciji s udvostručenjem frekvencije unutar šupljine mogu pokriti širok raspon valnih duljina od ultraljubičastog do dalekog infracrvenog zračenja, postižući visoku izlaznu snagu uz održavanje kružne simetrične laserske zrake s niskim kutom divergencije. Laserski rezonator sastoji se od donje DBR strukture čipa za pojačanje i vanjskog izlaznog spojnog zrcala. Ova jedinstvena struktura vanjskog rezonatora omogućuje umetanje optičkih elemenata u šupljinu za operacije kao što su udvostručenje frekvencije, razlika frekvencija i zaključavanje moda, što VECSEL čini idealnimlaserski izvorza primjene u rasponu od biofotonike, spektroskopije,laserska medicinai laserska projekcija.
Rezonator poluvodičkog lasera koji emitira površinu VC-a okomit je na ravninu u kojoj se nalazi aktivno područje, a njegova izlazna svjetlost okomita je na ravninu aktivnog područja, kao što je prikazano na slici. VCSEL ima jedinstvene prednosti, kao što su mala veličina, visoka frekvencija, dobra kvaliteta snopa, veliki prag oštećenja površine šupljine i relativno jednostavan proizvodni proces. Pokazuje izvrsne performanse u primjenama laserskog prikaza, optičke komunikacije i optičkog sata. Međutim, VCsel-ovi ne mogu dobiti lasere velike snage iznad razine vata, pa se ne mogu koristiti u područjima s visokim zahtjevima za snagom.
Laserski rezonator VCSEL-a sastoji se od distribuiranog Braggovog reflektora (DBR) sastavljenog od višeslojne epitaksijalne strukture poluvodičkog materijala na gornjoj i donjoj strani aktivnog područja, što se vrlo razlikuje odlaserrezonator sastavljen od ravnine cijepanja u EEL-u. Smjer VCSEL optičkog rezonatora je okomit na površinu čipa, laserski izlaz je također okomit na površinu čipa, a reflektivnost obje strane DBR-a je mnogo veća od one ravnine EEL rješenja.
Duljina laserskog rezonatora VCSEL-a općenito je nekoliko mikrona, što je mnogo manje od milimetarskog rezonatora EEL-a, a jednosmjerno pojačanje dobiveno oscilacijom optičkog polja u šupljini je nisko. Iako se može postići osnovni transverzalni izlazni mod, izlazna snaga može doseći samo nekoliko milivata. Profil presjeka izlazne laserske zrake VCSEL-a je kružan, a kut divergencije je mnogo manji od laserske zrake koja emitira rub. Da bi se postigla velika izlazna snaga VCSEL-a, potrebno je povećati svjetleće područje kako bi se osiguralo veće pojačanje, a povećanje svjetlećeg područja uzrokovat će da izlazni laser postane višemodni izlaz. Istovremeno, teško je postići ujednačeno ubrizgavanje struje u veliko svjetleće područje, a neravnomjerno ubrizgavanje struje pogoršat će akumulaciju otpadne topline. Ukratko, VCSEL može proizvesti osnovni mod kružne simetrične točke kroz razumnu strukturnu konstrukciju, ali izlazna snaga je niska kada je izlaz jednomodni. Stoga se više VCsel-ova često integrira u izlazni mod.
Vrijeme objave: 21. svibnja 2024.