Уводзіны ў вертыкальную паверхневую эмісіявую сістэмупаўправадніковы лазер(VCSEL)
Вертыкальныя лазеры з вонкавым рэзанатарам і паверхневым выпраменьваннем былі распрацаваны ў сярэдзіне 1990-х гадоў для вырашэння ключавой праблемы, якая перашкаджала развіццю традыцыйных паўправадніковых лазераў: як атрымліваць магутныя лазерныя выхады з высокай якасцю прамяня ў фундаментальным папярочным рэжыме.
Вертыкальныя лазеры з паверхневым выпраменьваннем з вонкавым рэзанатарам (Vecsels), таксама вядомыя якпаўправадніковыя дыскавыя лазеры(SDL) з'яўляюцца адносна новым членам сямейства лазераў. Яны могуць кантраляваць даўжыню хвалі выпраменьвання, змяняючы склад матэрыялу і таўшчыню квантавай ямы ў паўправадніковым асяроддзі ўзмацнення, і ў спалучэнні з падваеннем частаты ўнутры рэзанатара могуць ахопліваць шырокі дыяпазон даўжынь хваль ад ультрафіялетавага да далёкага інфрачырвонага выпраменьвання, дасягаючы высокай выходнай магутнасці пры захаванні нізкага вугла разыходжання кругавога сіметрычнага лазернага прамяня. Лазерны рэзанатар складаецца з ніжняй структуры DBR чыпа ўзмацнення і вонкавага выходнага злучнага люстэрка. Гэтая ўнікальная структура вонкавага рэзанатара дазваляе ўстаўляць аптычныя элементы ў рэзанатар для такіх аперацый, як падваенне частаты, рознасць частот і сінхранізацыя мод, што робіць VECSEL ідэальнымлазерная крыніцадля прымянення ў розных галінах, ад біяфатонікі да спектраскапіі,лазерная медыцынаі лазерная праекцыя.
Рэзанатар паўправадніковага лазера з паверхневым выпраменьваннем тыпу VC размешчаны перпендыкулярна плоскасці, дзе знаходзіцца актыўная вобласць, а яго выходнае святло перпендыкулярна плоскасці актыўнай вобласці, як паказана на малюнку. VCSEL мае унікальныя перавагі, такія як малы памер, высокая частата, добрая якасць прамяня, вялікі парог пашкоджання паверхні рэзанатара і адносна просты вытворчы працэс. Ён дэманструе выдатную прадукцыйнасць у прымяненні лазернага дысплея, аптычнай сувязі і аптычнага гадзінніка. Аднак VCSEL не могуць атрымліваць лазеры высокай магутнасці вышэй за ўзровень ват, таму яны не могуць выкарыстоўвацца ў галінах з высокімі патрабаваннямі да магутнасці.
Лазерны рэзанатар VCSEL складаецца з размеркаванага брэгаўскага адбівальніка (DBR), які мае шматслаёвую эпітаксіяльную структуру паўправадніковага матэрыялу як на верхнім, так і на ніжнім баках актыўнай вобласці, што вельмі адрозніваецца ад...лазерРэзанатар, які складаецца з плоскасці спайнасці ў EEL. Кірунак аптычнага рэзанатара VCSEL перпендыкулярны паверхні чыпа, лазерны выхад таксама перпендыкулярны паверхні чыпа, а адбівальная здольнасць абодвух бакоў DBR значна вышэйшая, чым у плоскасці рашэння EEL.
Даўжыня лазернага рэзанатара VCSEL звычайна складае некалькі мікронаў, што значна менш, чым у міліметровага рэзанатара EEL, і аднабаковае ўзмацненне, атрыманае за кошт ваганняў аптычнага поля ў рэзанатары, нізкае. Нягледзячы на тое, што можна дасягнуць асноўнага папярочнага выхаднога выпраменьвання, выходная магутнасць можа дасягаць толькі некалькіх міліват. Папярочны профіль выходнага лазернага прамяня VCSEL круглы, а вугал разыходжання значна меншы, чым у лазернага прамяня з краёвым выпраменьваннем. Каб дасягнуць высокай выходнай магутнасці VCSEL, неабходна павялічыць светлую вобласць, каб забяспечыць большы каэфіцыент узмацнення, і павелічэнне светлавай вобласці прывядзе да таго, што выходны лазер стане шматмодавым. У той жа час цяжка дасягнуць раўнамернай падачы току ў вялікую светлую вобласць, і нераўнамерная падача току пагоршыць назапашванне адпрацаванага цяпла. Карацей кажучы, VCSEL можа выдаваць асноўную круглую сіметрычную пляму дзякуючы разумнай структурнай канструкцыі, але выходная магутнасць нізкая, калі выхадны выпрамень з'яўляецца аднакадавым. Таму ў выходны рэжым часта інтэгруюцца некалькі VCSEL.
Час публікацыі: 21 мая 2024 г.