Въведение в вертикалната повърхност на кухината, излъчваща полупроводник лазер (VCSEL)

Въведение във вертикалната повърхност на кухината, излъчващаПолупроводник лазер(VCSEL)
В средата на 90-те години на миналия век са разработени вертикални външни кухини, за да се преодолее ключов проблем, който е поразил развитието на традиционните полупроводникови лазери: как да се произвеждат лазерни изходи с висока мощност с високо качество на лъча в фундаментален напречен режим.
Вертикални външни лазери, излъчващи повърхност (Vecsels), известни още катоПолупроводникови дискови лазери(SDL), са сравнително нов член на семейството на лазера. Той може да проектира дължината на вълната на емисиите чрез промяна на състава на материала и дебелината на квантовия кладенец в полупроводниковата среда за усилване и в комбинация с удвояването на честотата на вътрешната честота може да покрие широк диапазон на дължината на вълната от ултравиолетово до далечен инфрачервен, постигайки висок мощност. Лазерният резонатор е съставен от долната DBR структура на усилвателния чип и външното изходно огледало за свързване. Тази уникална структура на външен резонатор позволява да се вмъкнат оптични елементи в кухината за операции като удвояване на честотата, разлика в честотата и заключване на режим, което прави Vecsel идеаленлазерен източникза приложения, вариращи от биофотоника, спектроскопия,Лазерна медицина, и лазерна проекция.
Резонаторът на полупроводниковия лазер, излъчващ VC-повърхността, е перпендикулярен на равнината, в която се намира активният регион, а изходната му светлина е перпендикулярна на равнината на активния регион, както е показано на фигурата. Той показва отлична производителност в приложенията на лазерен дисплей, оптична комуникация и оптичен часовник. Въпреки това, VCSEL не могат да получат лазери с висока мощност над нивото на вата, така че те не могат да се използват в полета с високи изисквания за мощност.

Лазерният резонатор на VCSEL се състои от разпределен Bragg Reflector (DBR), съставен от многослоен епитаксиална структура на полупроводник както от горната, така и от долната страна на активния регион, което е много различно от отцелванетоЛазерРезонатор, съставен от равнина на разцепване в змиорката. Посоката на оптичния резонатор на VCSEL е перпендикулярна на повърхността на чипа, лазерният изход също е перпендикулярен на повърхността на чипа, а отразяващата способност на двете страни на DBR е много по -висока от тази на равнината на разтвора на змиорки.
Дължината на лазерния резонатор на VCSEL обикновено е с няколко микрона, което е много по-малко от тази на милиметровия резонатор на змиорката, а еднопосочната печалба, получена от трептенето на оптичното поле в кухината, е ниска. Въпреки че може да се постигне основният изход на напречния режим, изходната мощност може да достигне само няколко милиута. Профилът на напречното сечение на изходния лазерен лъч на VCSEL е кръгъл, а ъгълът на дивергенция е много по-малък от този на лазерния лъч, излъчващ ръба. За да се постигне висока мощност на VCSEL, е необходимо да се увеличи светещата област, за да се осигури повече печалба, а увеличаването на светещия регион ще доведе до изходния лазер да се превърне в многомодов изход. В същото време е трудно да се постигне равномерно инжектиране на ток в голям светещ участък, а неравномерният инжекция на тока ще влоши натрупването на отпадъчна топлина. Накратко, VCSEL може да изведе кръговото симетрично петно ​​на основния режим чрез разумен структурен дизайн, но изходната мощност е ниска, когато изходът е единичен режим. Ето защо множество VCSELS често са интегрирани в режим на изход.