Úvod do polovodičového laseru s vertikální dutinou (VCSEL)

Úvod do emitující povrch s vertikální dutinoupolovodičový laser(VCSEL)
V polovině 90. let byly vyvinuty vertikální lasery emitující povrch s vertikálními vnějšími dutinu, aby se překonal klíčový problém, který trápil vývoj tradičních polovodičových laserů: jak produkovat vysoce výkonné výstupy s vysokou kvalitou paprsku v základním příčném režimu.
Vertikální lasery emitující povrch vnějších dutin (Vecsely), také známé jakoPolovodičové diskové lasery(SDL), jsou relativně novým členem laserové rodiny. Může navrhnout emisní vlnovou délku změnou složení materiálu a tloušťky kvantové studny v polovodičovém zisku a v kombinaci s intrakavity frekvenční frekvenční zdvojnásobení může pokrýt široký rozsah vlnové délky od ultrafialového do vzdáleného infračerveného a dosažení vysoce výkonného výkonu při zachování nízkého divergenčního úhlu symetrického laserového paprsku. Laserový rezonátor je složen ze spodní struktury DBR čipu zisku a externího výstupního vazebného zrcátka. Tato jedinečná struktura externího rezonátoru umožňuje vložit optické prvky do dutiny pro operace, jako je frekvence zdvojnásobení, frekvenční rozdíl a blokování režimu, díky čemuž je Vecsel ideálnímzdroj laseruPro aplikace od biofotoniky, spektroskopie,laserový lék, a laserová projekce.
Rezonátor polovodičového laseru emitujícího VC-povrch je kolmý k rovině, kde se nachází aktivní oblast, a její výstupní světlo je kolmé k rovině aktivní oblasti, jak je znázorněno na obrázku. Ukazuje vynikající výkon v aplikacích laserového displeje, optické komunikace a optických hodin. VCSELS však nemohou získat vysoce výkonné lasery nad úrovní W

Laserový rezonátor VCSEL se skládá z distribuovaného Braggského reflektoru (DBR) složeného z vícevrstvé epitaxiální struktury polovodičového materiálu na horní i dolní straně aktivní oblasti, což je velmi odlišné odlaserRezonátor složený z roviny štěpení v úhoře. Směr optického rezonátoru VCSEL je kolmý k povrchu čipu, laserový výstup je také kolmý k povrchu čipu a odrazivost obou stran DBR je mnohem vyšší než odrazy roviny roztoku úhoře.
Délka laserového rezonátoru VCSEL je obecně několik mikronů, což je mnohem menší než délka milimetrového rezonátoru úhory a jednosměrný zisk získaný optickou oscilací v dutině je nízký. Přestože lze dosáhnout základního výstupu příčného režimu, výstupní výkon může dosáhnout pouze několika milionů. Profil průřezu výstupního laserového paprsku VCSEL je kruhový a úhel divergence je mnohem menší než u laserového paprsku emitujícího okraje. Pro dosažení vysokého výkonu VCSEL je nutné zvýšit světelnou oblast, aby poskytovala větší zisk, a zvýšení světelné oblasti způsobí, že se výstupní laser stane výkonem více režimu. Současně je obtížné dosáhnout jednotného proudového injekce ve velké světelné oblasti a nerovnoměrná proudová injekce zhoršuje hromadění tepla odpadního tepla. VCSEL může vydávat základní režim symetrické skvrny prostřednictvím přiměřeného strukturálního designu, ale výstupní výkon je nízký, pokud je výstup jediný režim.