Introduktion til emittering af lodret hulrumsoverfladehalvleder laser(VCSEL)
Vertikale eksternt kavitets overflade-emitterende lasere blev udviklet i midten af 1990'erne for at overvinde et nøgleproblem, der har plaget udviklingen af traditionelle halvlederlasere: hvordan man producerer højeffekt laseroutput med høj strålekvalitet i fundamental tværgående tilstand.
Vertikale eksternt hulrum overflade-emitterende lasere (Vecsels), også kendt somhalvlederdisklasere(SDL), er et relativt nyt medlem af laserfamilien. Det kan designe emissionsbølgelængden ved at ændre materialesammensætningen og tykkelsen af kvantebrønden i halvlederforstærkningsmediet og kombineret med intrakavitet frekvensfordobling kan dække et bredt bølgelængdeområde fra ultraviolet til langt infrarødt, hvilket opnår høj effekt, samtidig med at en lav divergens opretholdes Vinkel cirkulær symmetrisk laserstråle. Laserresonatoren er sammensat af den nederste DBR-struktur af forstærkningschippen og det eksterne udgangskoblingsspejl. Denne unikke eksterne resonatorstruktur gør det muligt at indsætte optiske elementer i hulrummet til operationer såsom frekvensfordobling, frekvensforskel og tilstandslåsning, hvilket gør VECSEL til en ideellaserkildetil anvendelser lige fra biofotonik, spektroskopi,laser medicinog laserprojektion.
Resonatoren af den VC-overfladeemitterende halvlederlaser er vinkelret på det plan, hvor det aktive område er placeret, og dets udgangslys er vinkelret på det aktive områdes plan, som vist på figuren.VCSEL har unikke fordele, såsom små størrelse, høj frekvens, god strålekvalitet, tærskelværdien for stor kavitetsoverfladeskade og relativt enkel produktionsproces. Det viser fremragende ydeevne i anvendelser af laserdisplay, optisk kommunikation og optisk ur. VCsels kan dog ikke opnå højeffektlasere over wattniveauet, så de kan ikke bruges i felter med høje effektkrav.
VCSELs laserresonator er sammensat af en distribueret Bragg-reflektor (DBR) sammensat af flerlags epitaksial struktur af halvledermateriale på både over- og undersiden af det aktive område, hvilket er meget forskelligt fralaserresonator sammensat af spaltningsplan i EEL. Retningen af den optiske VCSEL-resonator er vinkelret på chipoverfladen, laseroutputtet er også vinkelret på chipoverfladen, og reflektiviteten af begge sider af DBR er meget højere end EEL-løsningsplanet.
Længden af laserresonatoren af VCSEL er generelt nogle få mikron, hvilket er meget mindre end millimeterresonatoren af EEL, og envejsforstærkningen opnået af den optiske feltoscillation i hulrummet er lav. Selvom den grundlæggende tværgående modus output kan opnås, kan udgangseffekten kun nå flere milliwatt. Tværsnitsprofilen af VCSEL-udgangslaserstrålen er cirkulær, og divergensvinklen er meget mindre end den for den kant-emitterende laserstråle. For at opnå høj effekt af VCSEL er det nødvendigt at øge det lysende område for at give mere forstærkning, og forøgelsen af det lysende område vil få udgangslaseren til at blive et multi-mode output. Samtidig er det vanskeligt at opnå ensartet strømindsprøjtning i et stort lysende område, og den ujævne strømindsprøjtning vil forværre spildvarmeakkumulering. Kort sagt kan VCSEL'en udsende det grundlæggende cirkulære symmetriske punkt gennem et rimeligt strukturelt design, men udgangseffekten er lav, når outputtet er single mode. Derfor er flere VCsels ofte integreret i output mode.
Indlægstid: 21. maj 2024