Introduktion till vertikal kavitetsytemissionhalvledarlaser(VCSEL)
Vertikala yttre kavitetsytemitterande lasrar utvecklades i mitten av 1990-talet för att övervinna ett viktigt problem som har plågat utvecklingen av traditionella halvledarlasrar: hur man producerar högeffekt laserutgångar med hög strålkvalitet i grundläggande tvärgående läge.
Vertikal yttre kavitetsytemitterande lasrar (vecsels), även känd somhalvledarskivslasrar(SDL), är en relativt ny medlem av laserfamiljen. Den kan designa utsläppsvåglängden genom att ändra materialkompositionen och tjockleken på kvantbrunnen i halvledarens förstärkningsmedium, och i kombination med intrakavitetsfrekvensfördubbling kan täcka ett brett våglängdsområde från ultraviolett till långt infraröd, vilket uppnår hög effektutgång samtidigt som en låg divergensvinkelcirkulär symmetrisk laser -strål. Laserresonatorn består av den nedre DBR -strukturen för förstärkningschipet och den externa utgångskopplingspegeln. Denna unika yttre resonatorstruktur gör det möjligt att infoga optiska element i kaviteten för operationer såsom frekvensfördubbling, frekvensskillnad och lägeslockning, vilket gör Vecsel ett ideallaserkällaför applikationer som sträcker sig från biofotonik, spektroskopi,lasermedicinoch laserprojektion.
Resonatorn för VC-ytan som emitterar halvledarlaser är vinkelrätt mot planet där det aktiva området är beläget, och dess utgångsljus är vinkelrätt mot planet för den aktiva regionen, såsom visas i figuren. VCSEL har unika fördelar, såsom liten storlek, högfrekvent, god balkvalitet, stor kavitetsskada tröskel och relativt enkla produktionsprocesser. Det visar utmärkt prestanda i applikationerna av laserdisplay, optisk kommunikation och optisk klocka. VCSEL kan emellertid inte erhålla högeffektiva lasrar över wattnivån, så de kan inte användas i fält med höga effektkrav.
Laserresonatorn av VCSEL består av en distribuerad Bragg-reflektor (DBR) som består av multi-lagers epitaxial struktur av halvledarmaterial på både de övre och nedre sidorna av det aktiva området, vilket är mycket annorlunda än denlaserResonator sammansatt av klyvningsplan i ål. Riktningen för VCSEL -optisk resonator är vinkelrätt mot chipytan, laserutgången är också vinkelrätt mot chipytan, och reflektiviteten hos båda sidor av DBR är mycket högre än för EEL -lösningsplanet.
Längden på laserresonatorn för VCSEL är i allmänhet några mikron, vilket är mycket mindre än millimeterresonatorn för EEL, och envägsförstärkningen som erhålls av den optiska fältsvängningen i kaviteten är låg. Även om den grundläggande tvärgående läget kan uppnås kan utgångseffekten bara nå flera Milliwatts. Tvärsnittsprofilen för VCSEL-utgångslaserstrålen är cirkulär och divergensvinkeln är mycket mindre än den för den kantemitterande laserstrålen. För att uppnå hög effekt från VCSEL är det nödvändigt att öka den lysande regionen för att ge mer förstärkning, och ökningen av det lysande området kommer att få utgångslasern att bli en multi-läge-utgång. Samtidigt är det svårt att uppnå enhetlig ströminjektion i ett stort lysande område, och den ojämna ströminjektionen kommer att förvärra avfallsvärmeansamlingen.
Inläggstid: maj-21-2024