Introducció a l'emissió superficial de cavitat verticallàser semiconductor(VCSEL)
Els làsers d'emissió superficial de cavitat externa vertical es van desenvolupar a mitjans de la dècada de 1990 per superar un problema clau que ha afectat el desenvolupament dels làsers semiconductors tradicionals: com produir sortides làser d'alta potència amb alta qualitat de feix en mode transversal fonamental.
Làsers d'emissió superficial de cavitat externa vertical (Vecsels), també coneguts com alàsers de disc semiconductor(SDL), són un membre relativament nou de la família dels làsers. Pot dissenyar la longitud d'ona d'emissió canviant la composició del material i el gruix del pou quàntic en el medi de guany semiconductor, i combinat amb la duplicació de freqüència intracavitat pot cobrir un ampli rang de longitud d'ona des de l'ultraviolat fins a l'infraroig llunyà, aconseguint una alta potència de sortida mentre manté un feix làser simètric circular d'angle de divergència baix. El ressonador làser està compost per l'estructura DBR inferior del xip de guany i el mirall d'acoblament de sortida extern. Aquesta estructura de ressonador extern única permet inserir elements òptics a la cavitat per a operacions com ara la duplicació de freqüència, la diferència de freqüència i el bloqueig de mode, cosa que converteix VECSEL en un producte ideal.font làserper a aplicacions que van des de la biofotònica fins a l'espectroscòpia,medicina làseri projecció làser.
El ressonador del làser semiconductor emissor de superfície VC és perpendicular al pla on es troba la regió activa, i la seva llum de sortida és perpendicular al pla de la regió activa, tal com es mostra a la figura. El VCSEL té avantatges únics, com ara una mida petita, alta freqüència, bona qualitat del feix, un llindar de dany superficial de la cavitat gran i un procés de producció relativament senzill. Mostra un rendiment excel·lent en aplicacions de visualització làser, comunicació òptica i rellotge òptic. Tanmateix, els VCsel no poden obtenir làsers d'alta potència per sobre del nivell de watts, per la qual cosa no es poden utilitzar en camps amb requisits de potència elevats.
El ressonador làser de VCSEL està compost per un reflector de Bragg distribuït (DBR) compost per una estructura epitaxial multicapa de material semiconductor tant a la part superior com a la inferior de la regió activa, que és molt diferent de lalàserressonador compost pel pla de clivatge en EEL. La direcció del ressonador òptic VCSEL és perpendicular a la superfície del xip, la sortida del làser també és perpendicular a la superfície del xip i la reflectivitat d'ambdós costats del DBR és molt més alta que la del pla de solució EEL.
La longitud del ressonador làser de VCSEL és generalment d'uns pocs micres, molt més petita que la del ressonador mil·limètric d'EEL, i el guany unidireccional obtingut per l'oscil·lació del camp òptic a la cavitat és baix. Tot i que es pot aconseguir la sortida del mode transversal fonamental, la potència de sortida només pot arribar a diversos mil·liwatts. El perfil de secció transversal del feix làser de sortida de VCSEL és circular i l'angle de divergència és molt més petit que el del feix làser emissor de vora. Per aconseguir una alta potència de sortida de VCSEL, cal augmentar la regió lluminosa per proporcionar més guany, i l'augment de la regió lluminosa farà que el làser de sortida es converteixi en una sortida multimode. Al mateix temps, és difícil aconseguir una injecció de corrent uniforme en una regió lluminosa gran, i la injecció de corrent desigual agreujarà l'acumulació de calor residual. En resum, el VCSEL pot generar el punt simètric circular del mode bàsic mitjançant un disseny estructural raonable, però la potència de sortida és baixa quan la sortida és de mode únic. Per tant, sovint s'integren múltiples VCsels al mode de sortida.
Data de publicació: 21 de maig de 2024