Въведение в повърхностното излъчване на вертикална кухинаполупроводников лазер(VCSEL)
Лазерите с повърхностно излъчване с вертикална външна кухина бяха разработени в средата на 90-те години на миналия век, за да се преодолее ключов проблем, който измъчва развитието на традиционните полупроводникови лазери: как да се произвеждат лазерни изходи с висока мощност с високо качество на лъча в основен напречен режим.
Повърхностно излъчващи лазери с вертикална външна кухина (Vecsels), известни също катополупроводникови дискови лазери(SDL), са сравнително нов член на семейството на лазерите. Той може да проектира дължината на вълната на емисиите чрез промяна на състава на материала и дебелината на квантовата яма в полупроводниковата усилваща среда и комбиниран с удвояване на честотата във вътрешността на кухината може да покрие широк диапазон на дължина на вълната от ултравиолетово до далечно инфрачервено, постигайки висока изходна мощност, като същевременно поддържа ниска дивергенция Ъглов кръгъл симетричен лазерен лъч. Лазерният резонатор се състои от долната DBR структура на усилващия чип и външното изходно съединително огледало. Тази уникална външна резонаторна структура позволява оптични елементи да бъдат вмъкнати в кухината за операции като удвояване на честотата, честотна разлика и заключване на режима, което прави VECSEL идеаленлазерен източникза приложения, вариращи от биофотоника, спектроскопия,лазерна медицинаи лазерна проекция.
Резонаторът на VC-повърхностно излъчващия полупроводников лазер е перпендикулярен на равнината, в която се намира активната област, а изходната му светлина е перпендикулярна на равнината на активната област, както е показано на фигурата. VCSEL има уникални предимства, като малки размер, висока честота, добро качество на лъча, голям праг на увреждане на повърхността на кухината и сравнително прост производствен процес. Той показва отлично представяне в приложенията на лазерен дисплей, оптична комуникация и оптичен часовник. Въпреки това, VCsels не могат да получат лазери с висока мощност над нивото на ватовете, така че те не могат да се използват в полета с високи изисквания за мощност.
Лазерният резонатор на VCSEL е съставен от разпределен Браг рефлектор (DBR), съставен от многослойна епитаксиална структура от полупроводников материал както от горната, така и от долната страна на активната област, която е много различна отлазеррезонатор, съставен от равнина на разцепване в EEL. Посоката на оптичния резонатор VCSEL е перпендикулярна на повърхността на чипа, изходът на лазера също е перпендикулярен на повърхността на чипа и отразяващата способност на двете страни на DBR е много по-висока от тази на равнината на решение EEL.
Дължината на лазерния резонатор на VCSEL обикновено е няколко микрона, което е много по-малко от това на милиметровия резонатор на EEL, а еднопосочното усилване, получено от трептенията на оптичното поле в кухината, е ниско. Въпреки че основният изход в напречен режим може да бъде постигнат, изходната мощност може да достигне само няколко миливата. Профилът на напречното сечение на изходния лазерен лъч VCSEL е кръгъл и ъгълът на отклонение е много по-малък от този на лазерния лъч, излъчващ ръба. За да се постигне висока изходна мощност на VCSEL, е необходимо да се увеличи светлинната област, за да се осигури по-голямо усилване, а увеличаването на светлинната област ще накара изходния лазер да стане многомодов изход. В същото време е трудно да се постигне равномерно инжектиране на ток в голяма светеща област и неравномерното инжектиране на ток ще влоши натрупването на отпадна топлина. Накратко, VCSEL може да изведе основния режим на кръгово симетрично петно чрез разумен структурен дизайн, но изходната мощност е ниска, когато изходът е в единичен режим. Следователно множество VCsels често се интегрират в изходния режим.
Време на публикуване: 21 май 2024 г