Въведение във вертикалното излъчване на повърхността на кухинатаполупроводников лазер(VCSEL)
Вертикалните лазери с външна резонаторна повърхност, излъчващи лъчение, са разработени в средата на 90-те години на миналия век, за да се преодолее ключов проблем, който е измъчвал развитието на традиционните полупроводникови лазери: как да се произвеждат високомощни лазерни изходи с високо качество на лъча в основен напречен режим.
Вертикални лазери с външна кухина, излъчващи повърхностно лъчение (Vecsels), известни също катополупроводникови дискови лазери(SDL) са сравнително нов член на семейството лазери. Те могат да проектират дължината на вълната на емисия чрез промяна на състава на материала и дебелината на квантовата яма в полупроводниковата усилваща среда, а в комбинация с вътрешнорезонаторно удвояване на честотата може да покрие широк диапазон от дължини на вълната от ултравиолетова до далечна инфрачервена светлина, постигайки висока изходна мощност, като същевременно поддържа кръгов симетричен лазерен лъч с нисък ъгъл на дивергенция. Лазерният резонатор е съставен от долната DBR структура на усилващия чип и външното огледало за свързване на изхода. Тази уникална структура на външния резонатор позволява оптични елементи да бъдат вмъкнати в резонатора за операции като удвояване на честотата, честотна разлика и синхронизация на модовете, което прави VECSEL идеален...лазерен източникза приложения, вариращи от биофотоника, спектроскопия,лазерна медицинаи лазерна проекция.
Резонаторът на полупроводниковия лазер, излъчващ повърхностно VC, е перпендикулярен на равнината, където 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 малък размер, висока честота, добро качество на лъча, голям праг на увреждане на повърхността на кухината и относително прост производствен процес. Той показва отлични характеристики в приложенията на лазерен дисплей, оптична комуникация и оптичен часовник. VCSEL обаче не могат да получат лазери с висока мощност над нивото на ватовете, така че не могат да се използват в области с високи изисквания за мощност.
Лазерният резонатор на VCSEL е съставен от разпределен Брагов 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 от...лазеррезонатор, съставен от равнина на разцепване в EEL. Посоката на оптичния резонатор на VCSEL е перпендикулярна на повърхността на чипа, лазерният изход също е перпендикулярен на повърхността на чипа, а отражателната способност на двете страни на DBR е много по-висока от тази на равнината на решението на 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 трептенето на оптичното поле в кухината, е ниско. Въпреки че може да се постигне основен напречен изходен режим, изходната мощност може да достигне само няколко миливата. Профилът на напречното сечение на изходния лазерен лъч на VCSEL е кръгъл, а ъгълът на отклонение е много по-малък от този на лазерния лъч, излъчващ по ръб. За да се постигне висока изходна мощност на VCSEL, е необходимо да се увеличи светещата област, за да се осигури по-голямо усилване, а увеличаването на светещата област ще доведе до превръщане на изходния лазер в многомодов режим. В същото време е трудно да се постигне равномерно инжектиране на ток в голяма светеща област, а неравномерното инжектиране на ток ще влоши натрупването на отпадна топлина. Накратко, VCSEL може да изведе основния кръгъл симетричен лъч чрез разумен структурен дизайн, но изходната мощност е ниска, когато изходът е едномодов. Следователно, множество VCsel често се интегрират в изходния режим.
Време на публикуване: 21 май 2024 г.