Giới thiệu về phát xạ bề mặt khoang thẳng đứnglaser bán dẫn(VCSEL)
Laser phát xạ bề mặt khoang ngoài thẳng đứng được phát triển vào giữa những năm 1990 để khắc phục một vấn đề quan trọng đã cản trở sự phát triển của laser bán dẫn truyền thống: làm thế nào để tạo ra đầu ra laser công suất cao với chất lượng chùm tia cao ở chế độ ngang cơ bản.
Laser phát xạ bề mặt khoang ngoài thẳng đứng (Vecsels), còn được gọi làlaser đĩa bán dẫn(SDL), là một thành viên tương đối mới của họ 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 khuếch đại bán dẫn, và kết hợp với việc nhân đôi tần số trong khoang có thể bao phủ một phạm vi bước sóng rộng từ tia cực tím đến hồng ngoại xa, đạt được công suất đầu ra cao trong khi vẫn duy trì góc phân kỳ thấp chùm tia laser đối xứng tròn. Bộ cộng hưởng laser bao gồm cấu trúc DBR dưới cùng của chip khuếch đại và gương ghép nối đầu ra bên ngoài. Cấu trúc bộ cộng hưởng bên ngoài độc đáo này cho phép các thành phần quang học được đưa vào khoang để thực hiện các hoạt động như nhân đôi tần số, chênh lệch tần số và khóa chế độ, khiến VECSEL trở thành mộtnguồn lasercho các ứng dụng từ quang sinh học, quang phổ,thuốc laservà chiếu laser.
Bộ cộng hưởng của laser bán dẫn phát ra bề mặt VC vuông góc với mặt phẳng nơi vùng hoạt động nằm và ánh sáng đầu ra của nó vuông góc với mặt phẳng của vùng hoạt động, như thể hiện trong hình. VCSEL có những ưu điểm độc đáo, chẳng hạn như kích thước nhỏ, tần số cao, chất lượng chùm tia tốt, ngưỡng hư hỏng bề mặt khoang lớn và quy trình sản xuất tương đối đơn giản. Nó cho thấy hiệu suất tuyệt vời trong các ứng dụng hiển thị laser, truyền thông quang học và đồng hồ quang học. Tuy nhiên, VCsel không thể thu được laser công suất cao trên mức watt, vì vậy chúng không thể được sử dụng trong các lĩnh vực có yêu cầu công suất cao.
Bộ cộng hưởng laser của VCSEL bao gồm một bộ phản xạ Bragg phân tán (DBR) bao gồm cấu trúc epitaxial nhiều lớp của vật liệu bán dẫn ở cả mặt trên và mặt dưới của vùng hoạt động, rất khác so vớitia lazebộ cộng hưởng được cấu thành từ mặt phẳng phân cắt trong EEL. Hướng của bộ cộng hưởng quang VCSEL 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 EEL.
Chiều dài của bộ cộng hưởng laser của VCSEL thường là vài micron, nhỏ hơn nhiều so với bộ cộng hưởng milimét của EEL và độ lợi một chiều thu được từ dao động trường quang trong khoang thấp. Mặc dù có thể đạt được đầu ra chế độ ngang cơ bản, nhưng công suất đầu ra chỉ có thể đạt tới vài miliwatt. Mặt cắt ngang 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 đầu ra cao của VCSEL, cần phải tăng vùng phát sáng để cung cấp thêm độ lợi và việc tăng vùng phát sáng sẽ khiến laser đầu ra trở thành đầu ra đa chế độ. Đồng thời, rất khó để đạt được sự phun dòng điện đồng đều trong một vùng phát sáng lớn và sự phun dòng điện không đồng đều sẽ làm trầm trọng thêm sự tích tụ nhiệt thải. Tóm lại, VCSEL có thể tạo ra điểm đối xứng tròn chế độ cơ bản thông qua thiết kế cấu trúc hợp lý, nhưng công suất đầu ra thấp khi đầu ra là chế độ đơn. Do đó, nhiều VCs thường được tích hợp vào chế độ đầu ra.
Thời gian đăng: 21-05-2024