Introduktion till vertikal kavitetsytutstrålninghalvledarlaser(VCSEL)
Vertikala yttre kavitets-ytsemitterande lasrar utvecklades i mitten av 1990-talet för att övervinna ett centralt problem som har plågat utvecklingen av traditionella halvledarlasrar: hur man producerar högeffektslaserutgångar med hög strålkvalitet i grundläggande transversellt läge.
Vertikala yttre kavitetsytutsändande lasrar (Vecsels), även kända somhalvledarskivlasrar(SDL) är en relativt ny medlem i laserfamiljen. De kan utforma emissionsvåglängden genom att ändra materialsammansättningen och tjockleken på kvantbrunnen i halvledarförstärkningsmediet, och i kombination med intrakavitetsfrekvensfördubbling kan de täcka ett brett våglängdsområde från ultraviolett till långt infrarött, vilket uppnår hög uteffekt samtidigt som en cirkulär symmetrisk laserstråle med låg divergens bibehålls. Laserresonatorn består av förstärkningschipets nedre DBR-struktur och den externa utgångskopplingsspegeln. Denna unika externa resonatorstruktur gör att optiska element kan sättas in i kaviteten för operationer som frekvensfördubbling, frekvensskillnad och modlåsning, vilket gör VECSEL till en idealisk laser.laserkällaför tillämpningar som sträcker sig från biofotonik, spektroskopi,lasermedicinoch laserprojektion.
Resonatorn hos den VC-ytutsändande halvledarlasern är vinkelrät mot planet där den aktiva regionen är belägen, och dess utljus är vinkelrätt mot planet för den aktiva regionen, såsom visas i figuren. VCSEL har unika fördelar, såsom liten storlek, hög frekvens, god strålkvalitet, stor ytskada och relativt enkel produktionsprocess. Den visar utmärkta prestanda inom tillämpningar av laserdisplay, optisk kommunikation och optisk klocka. VC-er kan dock inte erhålla högeffektslarar över wattnivån, så de kan inte användas inom områden med höga effektkrav.
Laserresonatorn i VCSEL består av en distribuerad Bragg-reflektor (DBR) bestående av en flerskiktad epitaxialstruktur av halvledarmaterial på både den övre och nedre sidan av det aktiva området, vilket skiljer sig mycket frånlaserresonatorn består av klyvningsplanet i EEL. Riktningen för den optiska VCSEL-resonatorn är vinkelrät mot chipets yta, laserutgången är också vinkelrät mot chipets yta, och reflektiviteten på båda sidor av DBR är mycket högre än för EEL-lösningsplanet.
Längden på VCSEL-laserresonatorn är generellt några få mikrometer, vilket är mycket mindre än millimeterresonatorn i EEL, och den envägsförstärkning som erhålls genom optiska fältoscillationer i kaviteten är låg. Även om den grundläggande transversella modutgången kan uppnås, kan uteffekten bara nå några milliwatt. Tvärsnittsprofilen för VCSEL-utgångslaserstrålen är cirkulär, och divergensvinkeln är mycket mindre än den för den kantemitterande laserstrålen. För att uppnå hög uteffekt för VCSEL är det nödvändigt att öka det ljusa området för att ge mer förstärkning, och ökningen av det ljusa området kommer att göra att uteffektslasern blir en multimodutgång. Samtidigt är det svårt att uppnå enhetlig ströminjektion i ett stort ljusområde, och den ojämna ströminjektionen kommer att förvärra spillvärmeackumulering. Kort sagt kan VCSEL-en mata ut den grundläggande cirkulära symmetriska punkten genom rimlig strukturell design, men uteffekten är låg när uteffekten är singelmod. Därför integreras ofta flera VC-er i utgångsläget.
Publiceringstid: 21 maj 2024