Introduktion til lodret hulrumsoverflade Emitter Semiconductor Laser (VCSEL)

Introduktion til lodret hulrumsoverflade, der udsenderhalvlederlaser(VCSEL)
Lodret eksternt hulrumsoverfladeemitterende lasere blev udviklet i midten af ​​1990'erne for at overvinde et centralt problem, der har plaget udviklingen af ​​traditionelle halvlederlasere: hvordan man producerer laserudgange med høj effekt med højstrålekvalitet i grundlæggende tværgående tilstand.
Lodret eksternt hulrums overfladeemitterende 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 intracavitetsfrekvens kan fordobling dække et bredt bølgelængdeområde fra ultraviolet til langt infrarød, hvilket opnå høj effekt, mens en lav divergensvinkelcirkulær symmetrisk lasere bjælke. Laserresonatoren er sammensat af den nederste DBR -struktur af forstærkningschippen og det eksterne output -koblingsspejl. Denne unikke eksterne resonatorstruktur gør det muligt at indsætte optiske elementer i hulrummet for operationer, såsom frekvensdobling, frekvensforskel og tilstandslåsning, hvilket gør Vecsel til et ideallaserkildeTil applikationer, der spænder fra biofotonik, spektroskopi,Lasermedicinog laserprojektion.
Resonatoren af ​​VC-overfladen, der emitterende halvlederlaser, er vinkelret på det plan, hvor den aktive region er placeret, og dets udgangslys er vinkelret på planet i den aktive region, som vist i figuren. VCSEL har unikke fordele, såsom lille størrelse, høj frekvens, god stråkvalitet, stor hulrumsoverfladeskade tærskel og relativt enkel produktionsproces. Det viser fremragende ydelse i applikationerne af laserdisplay, optisk kommunikation og optisk ur. Imidlertid kan VCSEL'er ikke opnå lasere med høj effekt over WATT-niveauet, så de kan ikke bruges i felter med høje effektkrav.

Laserresonatoren af ​​VCSEL er sammensat af en distribueret Bragg Reflector (DBR) sammensat af flerlags epitaksial struktur af halvledermateriale på både øverste og nedre sider af den aktive region, som er meget forskellig fralaserResonator sammensat af spaltningsplan i ål. Retningen af ​​den VCSEL -optiske resonator er vinkelret på chipoverfladen, laserudgangen er også vinkelret på chipoverfladen, og reflektiviteten af ​​begge sider af DBR er meget højere end ålopløsningsplanet.
Længden af ​​laserresonatoren for VCSEL er generelt et par mikron, hvilket er meget mindre end millimeterresonatoren for ål, og envejsstigningen opnået ved det optiske feltoscillation i hulrummet er lav. Selvom den grundlæggende tværgående tilstand udgang kan opnås, kan udgangseffekten kun nå flere milliwatt. Tværsnitsprofilen for VCSEL-udgangslaserstrålen er cirkulær, og divergensvinklen er meget mindre end den for den kantemitterende laserstråle. For at opnå høj effekt af VCSEL er det nødvendigt at øge den lysende region for at give mere gevinst, og stigningen i den lysende region vil få output-laseren til at blive en multi-mode output. På samme tid er det vanskeligt at opnå ensartet strøminjektion i en stor lysende region, og den ujævne strøminjektion vil forværre affaldsvarmeakkumulering. I kort kan VCSEL udsende den grundlæggende tilstand cirkulære symmetriske plet gennem rimelig strukturel design, men udgangseffekten er lav, når output er en enkelt tilstand. Derfor er flere VCSELs ofte integreret i udgangstilstand.