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 повърхностно излъчване с външна кухина (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.