Introducere în laser cu semiconductor care emit suprafața cavității verticale (VCSEL)

Introducere în emiterea suprafeței cavității verticaleLaser semiconductor(VCSEL)
Laserele care emit de suprafață a cavității externe verticale au fost dezvoltate la mijlocul anilor 1990 pentru a depăși o problemă cheie care a afectat dezvoltarea laserelor tradiționale cu semiconductor: cum să producă rezultate laser cu putere mare, cu o calitate ridicată a fasciculului în modul transversal fundamental.
Laserele care emit de suprafață (Vecsels) verticale (Vecsels), cunoscute și sub numele deLasere cu disc semiconductor(SDL), sunt un membru relativ nou al familiei laser. Poate proiecta lungimea de undă a emisiilor prin schimbarea compoziției materialului și a grosimii puțului cuantic în mediul de câștig semiconductor și combinat cu dublarea frecvenței de intracavitate poate acoperi o lungime de undă largă de la ultraviolete până la infraroșu, obținând o putere de mare putere ridicată, menținând în același timp un fascicul de laser simetric cu unghi de divergență scăzută. Resonatorul laser este compus din structura DBR de jos a cipului de câștig și oglinda de cuplare externă de ieșire. Această structură unică de rezonator extern permite introducerea elementelor optice în cavitate pentru operații, cum ar fi dublarea frecvenței, diferența de frecvență și blocarea modului, făcând din Vecsel un idealSursa laserpentru aplicații variind de la biofotonică, spectroscopie,Medicină laser, și proiecție laser.
Resonatorul laserului cu semiconductor care emite suprafață VC este perpendicular pe planul în care se află regiunea activă, iar lumina de ieșire este perpendiculară pe planul regiunii active, așa cum se arată în figură. Prezintă o performanță excelentă în aplicațiile afișajului laser, comunicarea optică și ceasul optic. Cu toate acestea, VCSEL-urile nu pot obține lasere de mare putere peste nivelul Watt, astfel încât acestea nu pot fi utilizate în câmpuri cu cerințe de putere ridicată.

Resonatorul laser al VCSEL este compus dintr-un reflector BRAGG distribuit (DBR) compus din structură epitaxială cu mai multe straturi a materialului semiconductor atât pe laturile superioare, cât și pe cele inferioare ale regiunii active, care este foarte diferită delaserrezonator compus din plan de clivaj în anghilă. Direcția rezonatorului optic VCSEL este perpendiculară pe suprafața cipului, ieșirea laser este, de asemenea, perpendiculară pe suprafața cipului, iar reflectivitatea ambelor părți ale DBR este mult mai mare decât cea a planului de soluție EEL.
Lungimea rezonatorului laser al VCSEL este, în general, câțiva microni, care este mult mai mică decât cea a rezonatorului milimetrului de anghilă, iar câștigul unidirecțional obținut de oscilația câmpului optic în cavitate este scăzută. Deși poate fi obținută ieșirea fundamentală a modului transversal, puterea de ieșire poate ajunge doar la mai multe milliwati. Profilul în secțiune transversală al fasciculului laser de ieșire VCSEL este circular, iar unghiul de divergență este mult mai mic decât cel al fasciculului laser cu emisie de margine. Pentru a obține o putere mare de putere a VCSEL, este necesar să creștem regiunea luminoasă pentru a oferi mai mult câștig, iar creșterea regiunii luminoase va determina ca laserul de ieșire să devină o ieșire multi-mod. În același timp, este dificil să se realizeze o injecție uniformă de curent într -o regiune luminoasă mare, iar injecția de curent neuniform va agrava acumularea de căldură a rezidentelor. În scurt, VCSEL poate ieși la punctul de bază al modului simetric circular printr -un design structural rezonabil, dar puterea de ieșire este scăzută atunci când ieșirea este un mod unic. De aceea, mai multe VCSEL -uri sunt adesea integrate în modul de ieșire.