Introduktion til vertikal hulrumsoverfladeemissionhalvlederlaser(VCSEL)
Vertikale, udvendige 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 højeffektlaseroutput med høj strålekvalitet i grundlæggende tværgående tilstand.
Vertikale, udvendige hulrumsoverfladeemitterende lasere (Vecsels), også kendt somhalvlederskivelasere(SDL) er et relativt nyt medlem af laserfamilien. De kan designe emissionsbølgelængden ved at ændre materialesammensætningen og tykkelsen af kvantebrønden i halvlederforstærkningsmediet, og kombineret med intrakavitetsfrekvensfordobling kan de dække et bredt bølgelængdeområde fra ultraviolet til fjern infrarød, hvilket opnår høj effekt, samtidig med at en cirkulær symmetrisk laserstråle med lav divergensvinkel opretholdes. Laserresonatoren består af den nederste DBR-struktur af forstærkningschippen og det eksterne udgangskoblingsspejl. Denne unikke eksterne resonatorstruktur gør det muligt at indsætte optiske elementer i kaviteten til operationer som frekvensfordobling, frekvensforskel og mode-låsning, hvilket gør VECSEL til en ideel ...laserkildetil anvendelser lige fra biofotonik, spektroskopi,lasermedicinog laserprojektion.
Resonatoren i den VC-overfladeemitterende halvlederlaser er vinkelret på det plan, hvor det aktive område er placeret, og dens udgangslys er vinkelret på det aktive områdes plan, som vist på figuren. VCSEL har unikke fordele, såsom lille størrelse, høj frekvens, god strålekvalitet, stor tærskel for overfladeskade på kavitet og en relativt enkel produktionsproces. Den udviser fremragende ydeevne i anvendelser af laserdisplay, optisk kommunikation og optisk ur. VCsel'er kan dog ikke opnå højeffektlasere over wattniveauet, så de kan ikke bruges i felter med høje effektkrav.
Laserresonatoren i VCSEL er sammensat af en distribueret Bragg-reflektor (DBR) bestående af en flerlags epitaksial struktur af halvledermateriale på både den øvre og nedre side af det aktive område, hvilket er meget forskelligt fralaserResonatoren er sammensat af spaltningsplanet i EEL. Retningen af den optiske VCSEL-resonator er vinkelret på chippens overflade, laserudgangen er også vinkelret på chippens overflade, og reflektionsevnen på begge sider af DBR er meget højere end for EEL-løsningsplanet.
Længden af VCSEL'ens laserresonator er generelt et par mikrometer, hvilket er meget mindre end millimeterresonatorens i EEL, og den envejsforstærkning, der opnås ved oscillation af det optiske felt i hulrummet, er lav. Selvom det grundlæggende transversale output kan opnås, kan udgangseffekten kun nå et par milliwatt. Tværsnitsprofilen af VCSEL'ens outputlaserstråle er cirkulær, og divergensvinklen er meget mindre end den kantemitterende laserstråles. For at opnå en høj effekt fra VCSEL'en er det nødvendigt at øge lysområdet for at give mere forstærkning, og forøgelsen af lysområdet vil få outputlaseren til at blive en multimode-output. Samtidig er det vanskeligt at opnå ensartet strøminjektion i et stort lysområde, og den ujævne strøminjektion vil forværre ophobning af spildvarme. 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 integreres flere VC'er ofte i outputtilstanden.
Opslagstidspunkt: 21. maj 2024