Uvod u površinu vertikalne šupljine koja emitira poluvodički laser (VCSEL)

Uvod u površinu vertikalne šupljinepoluvodički laser(Vcsel)
Okomite površinske lasere vanjske šupljine razvijeni su sredinom 1990-ih kako bi se prevladao ključni problem koji je mučio razvoj tradicionalnih poluvodičkih lasera: Kako proizvesti velike laserske rezultate s visokom kvalitetom snopa u temeljnom poprečnom načinu rada.
Okomiti površinski laseri vanjske šupljine (vecsels), također poznati kaopoluvodički diskovni laseri(SDL), relativno su novi član laserske obitelji. Može dizajnirati valnu duljinu emisije promjenom sastava materijala i debljine kvantne bušotine u mediju za dobitak poluvodiča, a u kombinaciji s frekvencijom frekvencije intrakavativnosti može pokriti širok raspon valne duljine od ultraljubičastog do dalekog infracrvenog, postižući velike izlazne snage uz održavanje niskog divergentnog kutnog kružnog zračnog zraka. Laserski rezonator sastoji se od donje DBR strukture pojačanog čipa i vanjskog izlaznog ogledala. Ova jedinstvena struktura vanjskog rezonatora omogućava da se optički elementi umetnu u šupljinu za operacije kao što su udvostručenje frekvencije, razlika u frekvenciji i zaključavanje načina, što Vecsel čini idealnimlaserski izvorza primjene u rasponu od biofotonike, spektroskopije,laserska medicina, i laserska projekcija.
Rezonator VC-površine koja emitira poluvodički laser okomit je na ravninu u kojoj se nalazi aktivna regija, a njegovo izlazno svjetlo okomito je na ravninu aktivne regije, kao što je prikazano na slici.VCSEL ima jedinstvene prednosti, poput male veličine, visoke kvalitete snopa, velike proizvodne površine, a relacijsko oštećenje šupljine. Pokazuje izvrsne performanse u primjeni laserskog zaslona, ​​optičke komunikacije i optičkog sata. Međutim, vcsels ne mogu dobiti lasere velike snage iznad razine Watta, tako da se ne mogu koristiti u poljima s visokim potrebama snage.

Laserski rezonator VCSEL-a sastoji se od distribuiranog Bragg reflektora (DBR) sastavljen od višeslojne epitaksijske strukture poluvodičkog materijala na gornjoj i donjoj strani aktivne regije, što se vrlo razlikuje odlaserRezonator sastavljen od ravnine cijepanja u jegulju. Smjer optičkog rezonatora VCSEL -a okomit je na površinu čipa, laserski izlaz je također okomit na površinu čipa, a reflektivnost obje strane DBR -a mnogo je veća od one u ravnini otopine jegulja.
Duljina laserskog rezonatora VCSEL-a općenito je nekoliko mikrona, što je mnogo manje od duha milimetra rezonatora jegulje, a jednosmjerni dobitak dobiven oscilacijom optičkog polja u šupljini je nizak. Iako se može postići temeljni izlaz poprečnog načina, izlazna snaga može doseći samo nekoliko milivata. Profil poprečnog presjeka VCSEL-ovog izlaznog laserskog snopa je kružni, a kut divergencije mnogo manji od onog laserskog zraka koji emitira rub. Da bi se postigla velika snaga VCSEL-a, potrebno je povećati svjetlosnu regiju kako bi se osigurao veći dobitak, a povećanje svjetlucave regije uzrokovat će da izlazni laser postane izlaz u više načina. Istodobno, teško je postići ujednačenu ubrizgavanje struje u velikoj svjetlosnoj regiji, a neravnomjerna injekcija struje pogoršat će akumulaciju otpadne topline. Ukratko, VCSEL može izvesti kružno simetrično mjesto osnovnog načina putem razumnog strukturnog dizajna, ali izlazna snaga je niska kada je izlaz u jednom načinu rada.