Вступ до випромінювання поверхні вертикальної резонаторної порожнининапівпровідниковий лазер(VCSEL)
Вертикальні лазери з зовнішнім резонатором та поверхневим випромінюванням були розроблені в середині 1990-х років для подолання ключової проблеми, яка переслідувала розвиток традиційних напівпровідникових лазерів: як створювати потужні лазерні вихідні сигнали з високою якістю променя в фундаментальному поперечному режимі.
Вертикальні лазери з зовнішнім резонатором, що випромінюють поверхню (Vecsels), також відомі якнапівпровідникові дискові лазери(SDL) є відносно новим членом сімейства лазерів. Він може контролювати довжину хвилі випромінювання, змінюючи склад матеріалу та товщину квантової ями в напівпровідниковому середовищі посилення, і в поєднанні з внутрішньорезонаторним подвоєнням частоти може охоплювати широкий діапазон довжин хвиль від ультрафіолетового до далекого інфрачервоного випромінювання, досягаючи високої вихідної потужності при збереженні кругового симетричного лазерного променя з низьким кутом розбіжності. Лазерний резонатор складається з нижньої структури DBR підсилювального кристала та зовнішнього вихідного дзеркала зв'язку. Ця унікальна структура зовнішнього резонатора дозволяє вставляти оптичні елементи в резонатор для таких операцій, як подвоєння частоти, різниця частот та синхронізація мод, що робить VECSEL ідеальним...лазерне джерелодля застосувань, починаючи від біофотоніки, спектроскопії,лазерна медицина, та лазерна проекція.
Резонатор напівпровідникового лазера, що випромінює поверхню ВК, перпендикулярний до площини, де розташована активна область, а його вихідне світло перпендикулярне до площини активної області, як показано на рисунку. ВКСЕ має унікальні переваги, такі як малий розмір, висока частота, хороша якість променя, великий поріг пошкодження поверхні резонатора та відносно простий виробничий процес. Він демонструє чудову продуктивність у застосуванні лазерного дисплея, оптичного зв'язку та оптичного годинника. Однак ВКСЕ не можуть отримувати потужні лазери вище рівня ват, тому їх не можна використовувати в галузях з високими вимогами до потужності.
Лазерний резонатор VCSEL складається з розподіленого брэгівського відбивача (DBR), що має багатошарову епітаксіальну структуру напівпровідникового матеріалу як на верхній, так і на нижній сторонах активної області, що дуже відрізняється від...лазеррезонатор, що складається з площини спайності в EEL. Напрямок оптичного резонатора VCSEL перпендикулярний до поверхні чіпа, лазерний вихід також перпендикулярний до поверхні чіпа, а відбивна здатність обох сторін DBR значно вища, ніж у площини розчину EEL.
Довжина лазерного резонатора VCSEL зазвичай становить кілька мікронів, що значно менше, ніж у міліметрового резонатора EEL, а одностороннє посилення, отримане за рахунок коливань оптичного поля в резонаторі, є низьким. Хоча можна досягти основного поперечного випромінювання, вихідна потужність може сягати лише кількох міліват. Поперечний переріз вихідного лазерного променя VCSEL є круглим, а кут розбіжності значно менший, ніж у лазерного променя з торцевим випромінюванням. Для досягнення високої вихідної потужності VCSEL необхідно збільшити область світла, щоб забезпечити більше посилення, а збільшення області світла призведе до того, що вихідний лазер стане багатомодовим. Водночас важко досягти рівномірної подачі струму у велику область світла, а нерівномірна подача струму посилить накопичення відпрацьованого тепла. Коротше кажучи, VCSEL може видавати кругову симетричну пляму основного випромінювання завдяки розумній структурній конструкції, але вихідна потужність низька, коли вихід є одномодовим. Тому в вихідний режим часто інтегрують кілька VCSEL.
Час публікації: 21 травня 2024 р.