Bevezetés a függőleges üreg felületéhez, amely a félvezető lézer (VCSEL)

Bevezetés a függőleges üreg felületének kibocsátásáhozfélvezető lézer(VCSEL)
Az 1990-es évek közepén fejlesztették ki a függőleges külső üregfelület-kibocsátó lézereket egy olyan kulcsfontosságú probléma leküzdésére, amely sújtotta a hagyományos félvezető lézerek kifejlesztését: hogyan lehet nagy teljesítményű lézerkimeneteket előállítani, amelyek alapvető keresztirányú módban nagy fénysugár minőségűek.
Függőleges külső üreg felületi kibocsátó lézerek (vecs), más névenfélvezető tárcsa lézerek(SDL), a lézercsalád viszonylag új tagja. Megtervezheti az emissziós hullámhosszot azáltal, hogy megváltoztatja a kvantumkút anyagösszetételét és vastagságát a félvezető erősítő tápközegben, és az intracavitás frekvenciájával kombinálva a széles hullámhossz -tartományt lefedheti az ultraibolya -tól a messze infravörösig, nagy teljesítményt elérve, miközben fenntartja az alacsony divergencia szögű körkörös szimmetrikus lézersugárzást. A lézeres rezonátor az erősítő chip alsó DBR szerkezetéből és a külső kimeneti kapcsoló tükörből áll. Ez az egyedülálló külső rezonátorszerkezet lehetővé teszi az optikai elemek beillesztését az üregbe olyan műveletekhez, mint a frekvencia megduplázódása, a frekvencia különbség és az üzemmód-zárolás, a Vecsel ideálissá teszilézerforrása biofotonikától kezdve, spektroszkópiától, a spektroszkópiától,lézeres gyógyszer, és a lézer vetület.
A VC-felület kibocsátó félvezető lézer rezonátora merőleges a síkra, ahol az aktív régió található, és kimeneti fénye merőleges az aktív régió síkjára, amint az ábra mutatja. Kiváló teljesítményt mutat a lézeres kijelző, az optikai kommunikáció és az optikai óra alkalmazásában. A VCSEL-k azonban nem tudnak nagy teljesítményű lézereket szerezni a Watt szint felett, így nem használhatók a nagy teljesítményigényes területeken.

A VCSEL lézeres rezonátora egy elosztott Bragg reflektorból (DBR) áll, amely a félvezető anyag többrétegű epitaxiális szerkezetéből áll, mind az aktív régió felső, mind alsó oldalán, amely nagyon különbözik alézerA rezonátor, amely az angolna hasítási síkból áll. A VCSEL optikai rezonátor iránya merőleges a chip felületére, a lézer kimenete is merőleges a chip felületére, és a DBR mindkét oldalának reflexiós képessége sokkal magasabb, mint az angolna oldat síkjában.
A VCSEL lézeres rezonátorának hossza általában néhány mikron, amely sokkal kisebb, mint az angolna milliméteres rezonátora, és az üregben az optikai mező oszcillációjának egyirányú nyeresége alacsony. Noha az alapvető keresztirányú üzemmód kimenetet el lehet érni, a kimeneti teljesítmény csak több milliwattot érhet el. A VCSEL kimeneti lézernyaláb keresztmetszeti profilja kör alakú, és a divergencia szöge sokkal kisebb, mint az élbőtló lézernyaláb. A VCSEL nagy teljesítményének elérése érdekében növelni kell a világító régió növelését, hogy nagyobb nyereséget biztosítson, és a fényes régió növekedése miatt a kimeneti lézer multi-módú kimenetré válik. Ugyanakkor nehéz elérni az egyenletes áram befecskendezését egy nagy fényű régióban, és az egyenetlen áram befecskendezése súlyosbítja a hulladékhő -felhalmozódást. Röviden: a VCSEL ésszerű szerkezeti tervezés révén a VCSEL kiállíthatja az alapvető üzemmód körkörös szimmetrikus foltját, de a kimeneti teljesítmény alacsony, ha a kimenetet egyetlen üzemmódban van.