Wprowadzenie do emisji powierzchniowej wnęki pionowejlaser półprzewodnikowy(VCSEL)
Lasery z zewnętrzną emisją powierzchniową o pionowym kształcie i zewnętrznej wnęce rezonansowej opracowano w połowie lat 90. XX wieku w celu rozwiązania kluczowego problemu, który utrudniał rozwój tradycyjnych laserów półprzewodnikowych: jak uzyskać dużą moc wyjściową lasera przy zachowaniu wysokiej jakości wiązki w podstawowym trybie poprzecznym.
Pionowe lasery z zewnętrzną wnęką emitujące powierzchnię (Vecsels), znane również jakolasery dyskowe półprzewodnikowe(SDL) to stosunkowo nowy członek rodziny laserów. Umożliwia on projektowanie długości fali emisji poprzez zmianę składu materiału i grubości studni kwantowej w półprzewodnikowym ośrodku wzmocnienia, a w połączeniu z podwajaniem częstotliwości wewnątrz wnęki pozwala na pokrycie szerokiego zakresu długości fali od ultrafioletu do dalekiej podczerwieni, osiągając wysoką moc wyjściową przy jednoczesnym zachowaniu niskiego kąta dywergencji kołowej symetrycznej wiązki laserowej. Rezonator lasera składa się z dolnej struktury DBR układu wzmocnienia oraz zewnętrznego zwierciadła sprzęgającego. Ta unikalna struktura zewnętrznego rezonatora umożliwia wstawianie elementów optycznych do wnęki w celu wykonania operacji takich jak podwajanie częstotliwości, różnica częstotliwości i synchronizacja modów, co czyni VECSEL idealnym rozwiązaniem.źródło laserowedo zastosowań w biofotonice, spektroskopii,medycyna laserowai projekcji laserowej.
Rezonator lasera półprzewodnikowego emitującego światło powierzchniowe VC jest prostopadły do płaszczyzny, w której znajduje się obszar aktywny, a jego światło wyjściowe jest prostopadłe do płaszczyzny obszaru aktywnego, jak pokazano na rysunku. Laser VCSEL charakteryzuje się unikalnymi zaletami, takimi jak niewielkie rozmiary, wysoka częstotliwość, dobra jakość wiązki, wysoki próg uszkodzenia powierzchni wnęki oraz stosunkowo prosty proces produkcji. Charakteryzuje się on doskonałą wydajnością w zastosowaniach związanych z wyświetlaczami laserowymi, komunikacją optyczną i zegarami optycznymi. Jednak lasery VCSEL nie są w stanie uzyskać laserów o dużej mocy przekraczającej moc watów, dlatego nie mogą być stosowane w dziedzinach o dużym zapotrzebowaniu na moc.
Rezonator laserowy VCSEL składa się z rozproszonego reflektora Bragga (DBR) zbudowanego z wielowarstwowej struktury epitaksjalnej materiału półprzewodnikowego zarówno na górnej, jak i dolnej stronie obszaru aktywnego, co znacznie różni się odlaserRezonator zbudowany z płaszczyzny rozszczepienia w EEL. Kierunek rezonatora optycznego VCSEL jest prostopadły do powierzchni chipa, wyjście lasera jest również prostopadłe do powierzchni chipa, a współczynnik odbicia obu stron DBR jest znacznie wyższy niż współczynnik odbicia płaszczyzny roztworu EEL.
Długość rezonatora laserowego lasera VCSEL wynosi zazwyczaj kilka mikronów, czyli znacznie mniej niż w przypadku rezonatora milimetrowego lasera EEL, a jednokierunkowe wzmocnienie uzyskane dzięki oscylacji pola optycznego we wnęce jest niskie. Chociaż możliwe jest uzyskanie podstawowego sygnału wyjściowego w trybie poprzecznym, moc wyjściowa może sięgać zaledwie kilku miliwatów. Profil przekroju poprzecznego wiązki laserowej lasera VCSEL jest kołowy, a kąt rozbieżności jest znacznie mniejszy niż w przypadku wiązki lasera emitującej krawędziowo. Aby uzyskać wysoką moc wyjściową lasera VCSEL, konieczne jest zwiększenie obszaru świecenia w celu zapewnienia większego wzmocnienia, co spowoduje, że laser wyjściowy stanie się laserem wielomodowym. Jednocześnie trudno jest uzyskać równomierny strumień prądu w dużym obszarze świetlnym, a nierównomierny strumień prądu nasili gromadzenie się ciepła odpadowego. Krótko mówiąc, laser VCSEL może generować podstawowy tryb kołowego, symetrycznego światła dzięki rozsądnej konstrukcji, ale moc wyjściowa jest niska, gdy wyjście jest w trybie pojedynczym. Dlatego w jednym trybie wyjściowym często integruje się wiele laserów VCsel.
Czas publikacji: 21-05-2024