Introduksjon til vertikal hulromsoverflateemitteringhalvlederlaser(VCSEL)
Vertikale overflateemitterende lasere med eksternt hulrom ble utviklet på midten av 1990-tallet for å overvinne et sentralt problem som har plaget utviklingen av tradisjonelle halvlederlasere: hvordan man produserer høyeffektslaserutganger med høy strålekvalitet i grunnleggende transversal modus.
Vertikale overflateemitterende lasere med eksternt hulrom (Vecsels), også kjent somhalvlederskivelasere(SDL) er et relativt nytt medlem av laserfamilien. De kan designe emisjonsbølgelengden ved å endre materialsammensetningen og tykkelsen på kvantebrønnen i halvlederforsterkningsmediet, og kombinert med intrakavitetsfrekvensdobling kan de dekke et bredt bølgelengdeområde fra ultrafiolett til fjern infrarød, og oppnå høy effekt samtidig som en sirkulær symmetrisk laserstråle med lav divergensvinkel opprettholdes. Laserresonatoren består av den nedre DBR-strukturen til forsterkningsbrikken og det eksterne utgangskoblingsspeilet. Denne unike eksterne resonatorstrukturen gjør det mulig å sette optiske elementer inn i hulrommet for operasjoner som frekvensdobling, frekvensforskjell og moduslåsing, noe som gjør VECSEL til et ideelt alternativ.laserkildefor bruksområder som biofotonikk og spektroskopi,lasermedisinog laserprojeksjon.
Resonatoren til den VC-overflateemitterende halvlederlaseren er vinkelrett på planet der det aktive området befinner seg, og utgangslyset er vinkelrett på planet til det aktive området, som vist på figuren. VCSEL har unike fordeler, som liten størrelse, høy frekvens, god strålekvalitet, stor terskel for skade på hulrommets overflate og en relativt enkel produksjonsprosess. Den viser utmerket ytelse i bruksområder innen laserdisplay, optisk kommunikasjon og optisk klokke. VC-er kan imidlertid ikke oppnå høyeffektlasere over wattnivået, så de kan ikke brukes i felt med høye effektkrav.
Laserresonatoren til VCSEL består av en distribuert Bragg-reflektor (DBR) som består av en flerlags epitaksial struktur av halvledermateriale på både øvre og nedre side av det aktive området, noe som er svært forskjellig fralaserresonator bestående av kløyvingsplan i EEL. Retningen til den optiske VCSEL-resonatoren er vinkelrett på brikkeoverflaten, laserutgangen er også vinkelrett på brikkeoverflaten, og reflektiviteten til begge sider av DBR er mye høyere enn for EEL-løsningsplanet.
Lengden på laserresonatoren til VCSEL er vanligvis noen få mikron, noe som er mye mindre enn millimeterresonatoren til EEL, og enveisforsterkningen som oppnås ved oscillasjon av det optiske feltet i hulrommet er lav. Selv om den grunnleggende transversale modusutgangen kan oppnås, kan utgangseffekten bare nå noen få milliwatt. Tverrsnittsprofilen til VCSEL-utgangslaserstrålen er sirkulær, og divergensvinkelen er mye mindre enn den til den kantemitterende laserstrålen. For å oppnå høy effektutgang fra VCSEL er det nødvendig å øke lysområdet for å gi mer forsterkning, og økningen av lysområdet vil føre til at utgangslaseren blir en multimodusutgang. Samtidig er det vanskelig å oppnå jevn strøminjeksjon i et stort lysområde, og den ujevne strøminjeksjonen vil forverre akkumulering av spillvarme. Kort sagt, VCSEL kan sende ut det grunnleggende modus sirkulære symmetriske punktet gjennom rimelig strukturell design, men utgangseffekten er lav når utgangen er enkeltmodus. Derfor integreres ofte flere VC-er i utgangsmodusen.
Publiseringstid: 21. mai 2024