Bevezetés a függőleges üreges felületkibocsátásbafélvezető lézer(VCSEL)
A függőleges külső üreges felületkibocsátó lézereket az 1990-es évek közepén fejlesztették ki, hogy leküzdjenek egy kulcsproblémát, amely a hagyományos félvezető lézerek fejlődését sújtotta: hogyan lehet nagy teljesítményű lézerkimeneteket előállítani jó sugárminőséggel alapvető transzverzális módban.
Függőleges külső üreges felületkibocsátó lézerek (Vecselek), más névenfélvezető lemezes lézerek(SDL) a lézercsalád viszonylag új tagja. Meg tudja tervezni az emissziós hullámhosszt a félvezető erősítőközegben lévő kvantumkút anyagösszetételének és vastagságának megváltoztatásával, és az üreges frekvencia megkettőzésével kombinálva széles hullámhossz-tartományt lefedhet az ultraibolya sugárzástól a távoli infravörösig, így nagy teljesítményt ér el, miközben fenntartja az alacsony eltérést. Szög kör alakú szimmetrikus lézersugár. A lézerrezonátor az erősítő chip alsó DBR szerkezetéből és a külső kimeneti csatolótükörből áll. Ez az egyedülálló külső rezonátorszerkezet lehetővé teszi optikai elemek beillesztését az üregbe olyan műveletekhez, mint például a frekvencia megkettőzése, a frekvenciakülönbség és az üzemmód zárolása, így a VECSEL ideálislézerforrásolyan alkalmazásokhoz, mint a biofotonika, spektroszkópia,lézeres gyógyszerés lézervetítés.
A VC-felületet kibocsátó félvezető lézer rezonátora merőleges arra a síkra, ahol az aktív terület található, a kimenő fénye pedig merőleges az aktív tartomány síkjára, amint az az ábrán is látható. A VCSEL egyedülálló előnyökkel rendelkezik, mint pl. méret, nagy frekvencia, jó sugárminőség, nagy üreges felületi károsodási küszöb és viszonylag egyszerű gyártási folyamat. Kiváló teljesítményt mutat a lézeres kijelző, az optikai kommunikáció és az optikai óra alkalmazásaiban. A VCselek azonban nem tudnak a watt feletti nagy teljesítményű lézereket beszerezni, így nem használhatók nagy teljesítményigényű területeken.
A VCSEL lézerrezonátora egy elosztott Bragg reflektorból (DBR) áll, amely félvezető anyag többrétegű epitaxiális szerkezetéből áll az aktív tartomány felső és alsó oldalán, ami nagyon különbözik alézerrezonátor, amely az EEL hasítási síkjából áll. A VCSEL optikai rezonátor iránya merőleges a chip felületére, a lézerkimenet is merőleges a chip felületére, és a DBR mindkét oldalának reflexióssága jóval nagyobb, mint az EEL megoldássíké.
A VCSEL lézerrezonátorának hossza általában néhány mikron, ami jóval kisebb, mint az EEL milliméteres rezonátoré, és az üregben az optikai térrezgés által elért egyirányú nyereség is kicsi. Bár az alapvető transzverzális üzemmódú kimenet elérhető, a kimeneti teljesítmény csak néhány milliwattot érhet el. A VCSEL kimeneti lézersugár keresztmetszeti profilja kör alakú, a divergencia szöge jóval kisebb, mint az élkibocsátó lézersugáré. A VCSEL nagy teljesítményének eléréséhez növelni kell a fénytartományt, hogy nagyobb erősítést kapjunk, és a fénytartomány növelése miatt a kimeneti lézer többmódusú kimenetté válik. Ugyanakkor nehéz egységes árambefecskendezést elérni egy nagy világító tartományban, és az egyenetlen árambefecskendezés súlyosbítja a hulladékhő felhalmozódását. Röviden, a VCSEL ésszerű szerkezeti kialakítás révén képes az alapmódú körszimmetrikus folt kimenetére, de a a kimeneti teljesítmény alacsony, ha a kimenet egymódusú. Ezért gyakran több VCsel van integrálva a kimeneti módba.
Feladás időpontja: 2024. május 21