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 perkembangan laser semikonduktor tradisional: cara 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), merupakan ahli keluarga laser yang agak baharu. Ia boleh mereka bentuk panjang gelombang pancaran dengan mengubah komposisi bahan dan ketebalan telaga kuantum dalam medium gandaan semikonduktor, dan digabungkan dengan penggandaan frekuensi intrakaviti boleh meliputi julat panjang gelombang yang luas daripada ultraungu hingga inframerah jauh, mencapai output kuasa yang tinggi sambil mengekalkan sudut pencapahan rendah bagi pancaran laser simetri bulat. Resonator laser terdiri daripada struktur DBR bawah cip gandaan dan cermin gandingan output luaran. Struktur resonator luaran yang unik ini membolehkan elemen optik dimasukkan ke dalam rongga untuk operasi seperti penggandaan frekuensi, perbezaan frekuensi dan penguncian mod, menjadikan VECSEL ideal.sumber laseruntuk aplikasi daripada biofotonik, spektroskopi,ubat laser, dan unjuran laser.
Resonator laser semikonduktor pemancar permukaan VC adalah serenjang dengan satah di mana kawasan aktif berada, dan cahaya outputnya adalah serenjang dengan satah kawasan aktif, seperti yang ditunjukkan dalam rajah. VCSEL mempunyai kelebihan unik, seperti saiz kecil, frekuensi tinggi, kualiti pancaran yang baik, ambang kerosakan permukaan rongga yang 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 di atas paras watt, jadi ia tidak boleh digunakan dalam medan dengan keperluan kuasa yang tinggi.

Resonator laser VCSEL terdiri daripada reflektor Bragg teragih (DBR) yang terdiri daripada struktur epitaksi 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 serenjang dengan permukaan cip, output laser juga serenjang dengan permukaan cip, dan kebolehpantulan kedua-dua belah DBR adalah jauh lebih tinggi daripada satah larutan EEL.
Panjang resonator laser VCSEL secara amnya beberapa mikron, yang jauh lebih kecil daripada resonator milimeter EEL, dan keuntungan sehala yang diperoleh 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 output VCSEL adalah bulat, dan Sudut pencapahan jauh lebih kecil daripada pancaran laser pemancar tepi. Untuk mencapai output kuasa VCSEL yang tinggi, adalah perlu untuk meningkatkan kawasan bercahaya untuk memberikan lebih banyak keuntungan, dan peningkatan kawasan bercahaya akan menyebabkan laser output 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 sering disepadukan ke dalam mod output.