Giới thiệu về laser bán dẫn phát ra bề mặt khoang thẳng đứng (VCSEL)

Giới thiệu về bề mặt khoang thẳng đứng phát raLaser bán dẫn(VCSEL)
Các laser phát ra bề mặt khoang bên ngoài dọc đã được phát triển vào giữa những năm 1990 để khắc phục một vấn đề chính đã gây khó khăn cho sự phát triển của laser bán dẫn truyền thống: làm thế nào để tạo ra các đầu ra laser công suất cao với chất lượng chùm cao ở chế độ ngang cơ bản.
Laser phát ra bề mặt khoang bên ngoài dọc (vecsels), còn được gọi làLaser đĩa bán dẫn(SDL), là một thành viên tương đối mới của gia đình laser. Nó có thể thiết kế bước sóng phát xạ bằng cách thay đổi thành phần vật liệu và độ dày của giếng lượng tử trong môi trường tăng chất bán dẫn, và kết hợp với nhân đôi tần số nội sọ có thể bao gồm một phạm vi sóng rộng từ tia cực tím đến hồng ngoại xa, đạt được đầu ra công suất cao trong khi duy trì một góc đối xứng góc. Bộ cộng hưởng laser bao gồm cấu trúc DBR dưới cùng của chip khuếch đại và gương ghép đầu ra bên ngoài. Cấu trúc cộng hưởng bên ngoài độc đáo này cho phép các phần tử quang được đưa vào khoang cho các hoạt động như tăng gấp đôi tần số, chênh lệch tần số và khóa chế độ, làm cho Vecsel trở thành một lý tưởngNguồn laserĐối với các ứng dụng từ biophotonics, quang phổ,Laser Y họcvà chiếu laser.
Bộ cộng hưởng của laser chất bán dẫn phát ra bề mặt VC có vuông góc với mặt phẳng nơi đặt vùng hoạt động và ánh sáng đầu ra của nó vuông góc với mặt phẳng của vùng hoạt động, như thể hiện trong hình. Nó cho thấy hiệu suất tuyệt vời trong các ứng dụng của màn hình laser, giao tiếp quang học và đồng hồ quang học. Tuy nhiên, VCSELS không thể có được laser công suất cao trên mức WATT, vì vậy chúng không thể được sử dụng trong các trường có yêu cầu công suất cao.

Bộ cộng hưởng laser của VCSEL bao gồm một phản xạ Bragg phân tán (DBR) bao gồm cấu trúc epiticular đa lớp của vật liệu bán dẫn ở cả hai mặt trên và dưới của vùng hoạt động, rất khác vớilaserBộ cộng hưởng bao gồm mặt phẳng phân tách trong lươn. Hướng của bộ cộng hưởng quang VCSEL là vuông góc với bề mặt chip, đầu ra laser cũng vuông góc với bề mặt chip và độ phản xạ của cả hai mặt của DBR cao hơn nhiều so với mặt phẳng dung dịch lươn.
Chiều dài của bộ cộng hưởng laser của VCSEL thường là một vài micron, nhỏ hơn nhiều so với bộ cộng hưởng milimet của lươn và mức tăng một chiều thu được từ dao động trường quang trong khoang thấp. Mặc dù có thể đạt được chế độ ngang cơ bản có thể đạt được, công suất đầu ra chỉ có thể đạt đến một số milliwatts. Cấu hình mặt cắt của chùm tia laser đầu ra VCSEL là hình tròn và góc phân kỳ nhỏ hơn nhiều so với chùm tia laser phát ra cạnh. Để đạt được công suất cao của VCSEL, cần phải tăng vùng phát sáng để cung cấp nhiều lợi ích hơn và sự gia tăng của vùng phát sáng sẽ khiến laser đầu ra trở thành đầu ra đa chế độ. Đồng thời, rất khó để đạt được tiêm dòng đồng đều ở một vùng phát sáng lớn và việc tiêm hiện tại không đồng đều sẽ làm nặng thêm sự tích lũy nhiệt chất thải. Trong ngắn hạn, VCSEL có thể xuất ra chế độ đối xứng cơ bản thông qua thiết kế cấu trúc hợp lý, nhưng công suất đầu ra là thấp hơn.