Introducere în laserul semiconductor cu emisie de suprafață cu cavitate verticală (VCSEL)

Introducere în emisia de suprafață cu cavitate verticalelaser semiconductor(VCSEL)
Laserele cu emisie de suprafață cu cavitate externă verticală au fost dezvoltate la mijlocul anilor 1990 pentru a depăși o problemă cheie care a afectat dezvoltarea laserelor semiconductoare tradiționale: cum să produci ieșiri laser de mare putere cu o calitate ridicată a fasciculului în modul transversal fundamental.
Laserele cu emisie de suprafață cu cavitate externă verticală (Vecsels), cunoscute și calasere cu disc semiconductor(SDL), sunt un membru relativ nou al familiei laser. Poate proiecta lungimea de undă de emisie prin modificarea compoziției materialului și a grosimii puțului cuantic în mediul de câștig al semiconductorului și, combinat cu dublarea frecvenței intracavității, poate acoperi o gamă largă de lungimi de undă de la ultraviolet la infraroșu îndepărtat, obținând o putere mare de ieșire, menținând în același timp o divergență scăzută. Unghiar circular simetric fascicul laser. Rezonatorul laser este compus din structura DBR inferioară a cipului de câștig și oglinda de cuplare a ieșirii externe. Această structură unică de rezonanță externă permite introducerea elementelor optice în cavitate pentru operații precum dublarea frecvenței, diferența de frecvență și blocarea modului, făcând din VECSEL un idealsursa laserpentru aplicații de la biofotonica, spectroscopie,medicament cu laser, și proiecție cu laser.
Rezonatorul laserului semiconductor care emite suprafața VC este perpendicular pe planul în care se află regiunea activă, iar lumina sa de ieșire este perpendiculară pe planul regiunii active, așa cum se arată în figură. VCSEL are avantaje unice, cum ar fi mic dimensiune, frecvență înaltă, calitate bună a fasciculului, prag mare de deteriorare a suprafeței cavității și proces de producție relativ simplu. Prezintă performanțe excelente în aplicațiile de afișare cu laser, comunicare optică și ceas optic. Cu toate acestea, VCsels nu pot obține lasere de mare putere peste nivelul de wați, așa că nu pot fi utilizate în domenii cu cerințe mari de putere.


Rezonatorul laser al VCSEL este compus dintr-un reflector Bragg distribuit (DBR) compus dintr-o structură epitaxială multistrat de material semiconductor pe ambele părți superioare și inferioare ale regiunii active, care este foarte diferită delaserrezonator compus din plan de clivaj în EEL. Direcția rezonatorului optic VCSEL este perpendiculară pe suprafața cipului, ieșirea laserului este, de asemenea, perpendiculară pe suprafața cipului, iar reflectivitatea ambelor părți ale DBR este mult mai mare decât cea a planului soluției EEL.
Lungimea rezonatorului laser al VCSEL este în general de câțiva microni, ceea ce este mult mai mică decât cea a rezonatorului milimetric al EEL, iar câștigul unidirecțional obținut prin oscilația câmpului optic din cavitate este scăzut. Deși ieșirea fundamentală în modul transversal poate fi atinsă, puterea de ieșire poate atinge doar câțiva miliwați. Profilul secțiunii transversale a fasciculului laser de ieșire VCSEL este circular, iar unghiul de divergență este mult mai mic decât cel al fasciculului laser care emite margini. Pentru a obține o putere mare de ieșire a VCSEL, este necesar să creșteți regiunea luminoasă pentru a oferi un câștig mai mare, iar creșterea regiunii luminoase va face ca laserul de ieșire să devină o ieșire cu mai multe moduri. În același timp, este dificil să se obțină o injecție uniformă de curent într-o regiune luminoasă mare, iar injecția neuniformă a curentului va agrava acumularea de căldură reziduală. Pe scurt, VCSEL poate scoate modul de bază punct simetric circular printr-un design structural rezonabil, dar puterea de ieșire este scăzută atunci când ieșirea este un singur mod. Prin urmare, mai multe VCsele sunt adesea integrate în modul de ieșire.


Ora postării: 21-mai-2024