Введение в вертикальную полость, излучающая полупроводниковую лазер (VCSEL)

Введение в вертикальную полость излучение поверхностиПолупроводник лазер(VCSEL)
В середине 1990-х годов были разработаны вертикальная внешняя полость, чтобы преодолеть ключевую проблему, которая мучила развитие традиционных полупроводниковых лазеров: как производить мощные лазерные результаты с высоким качеством луча в фундаментальном поперечном режиме.
Вертикальная внешняя полость, излучающие поверхностные лазеры (VECSELS), также известные какполупроводниковые диск -лазеры(SDL), являются относительно новым членом семейства лазеров. Он может спроектировать длину волны излучения, изменяя состав материала и толщину квантовой скважины в среде усиления полупроводника, и в сочетании с удвоением частоты внутрикавищности может охватывать широкий диапазон длины волны от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного, достигая высокой мощности, сохраняя при одновременном поддержании низового циркулярного лазера. Лазерный резонатор состоит из нижней структуры DBR чипа усиления и зеркала внешней выходной связи. Эта уникальная внешняя структура резонатора позволяет вставить оптические элементы в полость, такие как удвоение частоты, разница в частоте и блокировка режимов, что делает Vecsel идеаломЛазерный источникДля применений, начиная от биофотоники, спектроскопии,лазерная медицинаи лазерная проекция.
Резонатор полупроводникового лазера, излучающего VC-поверхности, перпендикулярно плоскости, где расположена активная область, а его выходной свет перпендикулярно плоскости активной области, как показано на рисунке. VCSEL имеет уникальные преимущества, такие как небольшой размер, высокий уровень, хорошее качество луча, громкий порог повреждения полости и относительно простой производственный процесс. Он показывает отличную производительность в приложениях лазерного дисплея, оптической связи и оптических часов. Тем не менее, VCSEL не могут получить мощные лазеры выше уровня ватта, поэтому они не могут использоваться в полях с высокими требованиями мощности.

Лазерный резонатор VCSEL состоит из распределенного отражателя Bragg (DBR), состоящего из многослойной эпитаксиальной структуры полупроводникового материала как на верхней, так и на нижней сторонах активной области, которая сильно отличается отлазерРезонатор состоит из плоскости расщепления в угря. Направление оптического резонатора VCSEL является перпендикулярно поверхности чипа, выходной выход также перпендикулярно поверхности чипа, а отражательная способность обеих сторон DBR намного выше, чем у плоскости раствора угря.
Длина лазерного резонатора VCSEL, как правило, составляет несколько микрон, что намного меньше, чем у миллиметра резонатора угря, а одностороннее усиление, полученное с помощью оптического полевого колебания в полости, является низким. Несмотря на то, что фундаментальный выходной режим может быть достигнут, выходная мощность может достигать только нескольких милливатт. Профиль поперечного сечения выходного лазерного луча VCSEL является круговым, а угол дивергенции намного меньше, чем у лазерного луча, излучающего края. Для достижения высокой мощности VCSEL необходимо увеличить светящуюся область, чтобы обеспечить больше усиления, и увеличение светящейся области приведет к тому, что выходной лазер станет многомодовым выходом. В то же время трудно достичь однородного впрыска тока в большой светящейся области, и неравномерное впрыск тока будет усугубить накопление тепла отходов. В кратчайшие сроки VCSEL может вывести базовое циркулярное симметричное пятно с помощью разумных структурных конструкций, но выходная мощность является низкой, когда выход является одним режимом. Поэтому множественные VCSEL часто интегрируются в выходной режим.