Introduksjon til vertikalt hulrom overflate -emitterende halvlederlaser (VCSEL)

Introduksjon til vertikalt hulromsoverflateutslipphalvlederlaser(VCSEL)
Vertikale eksterne hulromsoverflate-emitterende lasere ble utviklet på midten av 1990-tallet for å overvinne et sentralt problem som har plaget utviklingen av tradisjonelle halvlederlasere: Hvordan produsere laserutganger med høy effekt med høy strålekvalitet i grunnleggende tverrgående modus.
Vertikale ytre hulrom overflate-emitterende lasere (vecsels), også kjent somhalvlederskivelasere(SDL), er et relativt nytt medlem av Laser -familien. Den kan designe utslippsbølgelengden ved å endre materialsammensetningen og tykkelsen på kvantum godt i halvlederforsterkningsmediet, og kombinert med intracavity frekvens dobling kan dekke et bredt bølgelengdeområde fra ultrafiolett til langt infrarød, og oppnå høy effekt mens du opprettholder en lav divergensvinklet sirkulær symmetrisk lammer. Laserresonatoren er sammensatt av den nederste DBR -strukturen til forsterkningsbrikken og det eksterne utgangskoblingsspeilet. Denne unike eksterne resonatorstrukturen gjør at optiske elementer kan settes inn i hulrommet for operasjoner som frekvensdobling, frekvensforskjell og moduslåsing, noe som gjør VECSEL et ideallaserkildeFor applikasjoner som spenner fra biofotonikk, spektroskopi,Lasermedisin, og laserprojeksjon.
Resonatoren for VC-overflaten som emitterer halvlederlaseren er vinkelrett på planet der det aktive området er lokalisert, og dets utgangslys er vinkelrett på planet i det aktive området, som vist i figuren. VCSEL har unike fordeler, for eksempel liten størrelse, høy frekvens, god strålekvalitet, storhulen overflatebehov og relativt enkel produksjonsprosess. Det viser utmerket ytelse i applikasjonene av laserskjerm, optisk kommunikasjon og optisk klokke. VCSELS kan imidlertid ikke få høyeffektlasere over Watt-nivået, så de kan ikke brukes i felt med høye strømbehov.

Laserresonatoren til VCSEL er sammensatt av en distribuert Bragg-reflektor (DBR) sammensatt av flerlags epitaksialstruktur av halvledermateriale på både øvre og nedre side av det aktive området, som er veldig forskjellig fra denlaserResonator sammensatt av spaltningsplan i ål. Retningen til VCSEL -optisk resonator er vinkelrett på ChIP -overflaten, laserutgangen er også vinkelrett på chipoverflaten, og refleksjonsevnen til begge sider av DBR er mye høyere enn den for åloppløsningsplanet.
Lengden på laserresonatoren til VCSEL er vanligvis noen få mikron, noe som er mye mindre enn den for millimeterresonatoren til ålen, og enveisforsterkningen oppnådd ved den optiske feltsvingningen i hulrommet er lav. Selv om den grunnleggende tverrgående modusutgangen kan oppnås, kan utgangseffekten bare nå flere milliwatt. Tverrsnittsprofilen til VCSEL-utgangslaserstrålen er sirkulær, og divergensvinkelen er mye mindre enn den for den kant-emitterende laserstrålen. For å oppnå høy effekt av VCSEL, er det nødvendig å øke det lysende området for å gi mer gevinst, og økningen av det lysende området vil føre til at utgangslaseren blir en multimodusutgang. Samtidig er det vanskelig å oppnå ensartet strøminjeksjon i et stort lysende område, og den ujevne strøminjeksjonen vil forverre akkumulering av avfallsvarme. Kort sagt, VCSEL kan sende ut den grunnleggende modus sirkulær symmetrisk flekk gjennom rimelig strukturell design, men utgangen er lav når utgangen er enkeltmodus.