Pengenalan kepada laser semikonduktor pemancar permukaan rongga menegak (VCSEL)

Pengenalan kepada pemancaran permukaan rongga menegaklaser semikonduktor(VCSEL)
Laser pemancar permukaan rongga luaran menegak telah dibangunkan pada pertengahan 1990-an untuk mengatasi masalah utama yang telah melanda pembangunan laser semikonduktor tradisional: bagaimana untuk menghasilkan output laser berkuasa tinggi dengan kualiti pancaran tinggi dalam mod melintang asas.
Laser pemancar permukaan rongga luaran menegak (Vecsels), juga dikenali sebagailaser cakera semikonduktor(SDL), adalah ahli keluarga laser yang agak baru. Ia boleh mereka bentuk panjang gelombang pelepasan dengan menukar komposisi bahan dan ketebalan telaga kuantum dalam medium perolehan semikonduktor, dan digabungkan dengan penggandaan frekuensi dalam rongga boleh meliputi julat panjang gelombang yang luas dari ultraungu ke inframerah jauh, mencapai output kuasa tinggi sambil mengekalkan perbezaan yang rendah Pancaran laser simetri bulat sudut. Resonator laser terdiri daripada struktur DBR bawah cip keuntungan dan cermin gandingan keluaran luaran. Struktur resonator luaran yang unik ini membolehkan elemen optik dimasukkan ke dalam rongga untuk operasi seperti penggandaan kekerapan, perbezaan frekuensi dan penguncian mod, menjadikan VECSEL idealsumber laseruntuk aplikasi dari biofotonik, spektroskopi,ubat laser, dan unjuran laser.
Resonator laser semikonduktor pemancar permukaan VC adalah berserenjang dengan satah di mana kawasan aktif terletak, dan cahaya keluarannya berserenjang dengan satah kawasan aktif, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.VCSEL mempunyai kelebihan unik, seperti kecil saiz, frekuensi tinggi, kualiti rasuk yang baik, ambang kerosakan permukaan rongga besar, dan proses pengeluaran yang agak mudah. Ia menunjukkan prestasi cemerlang dalam aplikasi paparan laser, komunikasi optik dan jam optik. Walau bagaimanapun, VCsel tidak boleh mendapatkan laser berkuasa tinggi melebihi paras watt, jadi ia tidak boleh digunakan dalam medan dengan keperluan kuasa tinggi.

Resonator laser VCSEL terdiri daripada pemantul Bragg (DBR) teragih yang terdiri daripada struktur epitaxial berbilang lapisan bahan semikonduktor pada kedua-dua bahagian atas dan bawah kawasan aktif, yang sangat berbeza daripadalaserresonator yang terdiri daripada satah belahan dalam EEL. Arah resonator optik VCSEL adalah berserenjang dengan permukaan cip, output laser juga berserenjang dengan permukaan cip, dan pemantulan kedua-dua belah DBR jauh lebih tinggi daripada satah penyelesaian EEL.
Panjang resonator laser VCSEL secara amnya adalah beberapa mikron, yang jauh lebih kecil daripada resonator milimeter EEL, dan keuntungan sehala yang diperolehi oleh ayunan medan optik dalam rongga adalah rendah. Walaupun output mod melintang asas boleh dicapai, kuasa output hanya boleh mencapai beberapa miliwatt. Profil keratan rentas pancaran laser keluaran VCSEL adalah bulat, dan Sudut perbezaan jauh lebih kecil daripada pancaran laser pemancar tepi. Untuk mencapai output kuasa tinggi VCSEL, adalah perlu untuk meningkatkan kawasan bercahaya untuk memberikan lebih banyak keuntungan, dan peningkatan kawasan bercahaya akan menyebabkan laser keluaran menjadi output berbilang mod. Pada masa yang sama, sukar untuk mencapai suntikan arus seragam di kawasan bercahaya yang besar, dan suntikan arus yang tidak sekata akan memburukkan lagi pengumpulan haba sisa. Pendek kata, VCSEL boleh mengeluarkan titik simetri bulat mod asas melalui reka bentuk struktur yang munasabah, tetapi kuasa output adalah rendah apabila output adalah mod tunggal.Oleh itu, berbilang VCsel selalunya disepadukan ke dalam mod output.