Wprowadzenie do pionowej powierzchni wnęki emitującej laser półprzewodnikowy (VCSEL)

WPROWADZENIE DO PIĘCEGO EMITING WALITYLaser półprzewodnikowy(VCSEL)
W połowie lat 90. opracowano pionowe zewnętrzne wnęki wnęki, aby przezwyciężyć kluczowy problem, który nękał rozwój tradycyjnych laserów półprzewodnikowych: jak wytwarzać wyjściowe laserowe mocy o wysokiej jakości wiązce w fundamentalnym trybie poprzecznym.
Pionowe zewnętrzne lasery emitujące powierzchniowe (Vecsels), znane również jakoLasery dysk półprzewodnikowych(SDL), są stosunkowo nowym członkiem rodziny laserowej. Może zaprojektować długość fali emisji, zmieniając skład materiału i grubość studni kwantowej w medium wzmocnienia półprzewodników, a w połączeniu z podwojeniem częstotliwości wewnątrzkawościowej może obejmować szeroką długość fali od ultrafioletu do dalekiego podczerwieni, osiągając wysoką moc wyjściową o niskim kącie rozbieżności. Rezonator laserowy składa się z dolnej struktury DBR układu wzmocnienia i zewnętrznego lustra sprzężenia wyjściowego. Ta unikalna zewnętrzna struktura rezonatora umożliwia wstawienie elementów optycznych do wnęki dla operacji, takich jak podwojenie częstotliwości, różnica częstotliwości i blokowanie trybu, czyniąc Vecsel ideałemŹródło laserado zastosowań, od biofotoniki, spektroskopia,Laser Medicinei projekcja laserowa.
Rezonator lasera półprzewodnikowego emitującego powierzchnię VC jest prostopadle do płaszczyzny, w której znajduje się region aktywny, a jego światło wyjściowe jest prostopadłe do płaszczyzny regionu aktywnego, jak pokazano na rysunku. VCSEL ma unikalne zalety, takie jak małe rozmiary, wysoka częstotliwość, dobra jakość wiązki, duża uszkodzenie powierzchni w jamie. PRESHOLD i relatywnie prosty proces produkcji. Pokazuje doskonałą wydajność w zastosowaniach wyświetlacza laserowego, komunikacji optycznej i zegara optycznego. Jednak VCSEL nie mogą uzyskać laserów o dużej mocy powyżej poziomu WAT, więc nie można ich używać na polach o wysokiej mocy.

Rezonator laserowy VCSEL składa się z rozproszonego reflektora Bragga (DBR) złożonego z wielowarstwowej struktury epitaksjalnej materiału półprzewodników zarówno po górnych, jak i dolnych stronach regionu aktywnego, który bardzo różni się odlaserRezonator złożony z płaszczyzny rozszczepiania w węgorze. Kierunek rezonatora optycznego VCSEL jest prostopadle do powierzchni układu, moc wyjściowa lasera jest również prostopadła do powierzchni układu, a odbicie obu stron DBR jest znacznie wyższe niż w płaszczyźnie roztworu węgorza.
Długość laserowego rezonatora VCSEL jest na ogół kilka mikronów, która jest znacznie mniejsza niż w milimetrowym rezonatoru węgorza, a jednokierunkowy wzmocnienie uzyskane przez oscylację pola optycznego w jamie jest niski. Chociaż można osiągnąć fundamentalne wyjście trybu poprzecznego, moc wyjściowa może osiągnąć tylko kilka miliardatów. Profil przekroju wiązki lasera wyjściowego VCSEL jest okrągły, a kąt rozbieżności jest znacznie mniejszy niż profilu wiązki laserowej emitującej krawędź. Aby osiągnąć wysoką moc wyjściową VCSEL, konieczne jest zwiększenie regionu świetlnego w celu zapewnienia większego zysku, a wzrost regionu świetlnego spowoduje, że laser wyjściowy stanie się wyjściem wielomodowym. Jednocześnie trudno jest osiągnąć jednolity wtrysk prądu w dużym świetlistym obszarze, a nierównomierne wtrysk prądu będzie zaostrzyć akumulację ciepła odpadów. W krótkim czasie VCSEL może wysyłać podstawowy tryb w trybie symetrycznym dzięki rozsądnej konstrukcji strukturalnej, ale moc wyjściowa jest niska, gdy wyjście jest pojedynczy.