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 comlàser de disc semiconductor(SDL), són un membre relativament nou de la família del làser. Pot dissenyar la longitud d'ona d'emissió canviant la composició del material i el gruix del pou quàntic en el mitjà de guany del semiconductor, i combinat amb la duplicació de la freqüència intracavitat pot cobrir un ampli rang de longituds d'ona des de l'ultraviolat fins a l'infraroig llunyà, aconseguint una gran potència de sortida mantenint una baixa divergència. Feix làser simètric angular circular. El ressonador làser es compon de l'estructura DBR inferior del xip de guany i el mirall d'acoblament de sortida extern. Aquesta estructura de ressonador externa única permet inserir elements òptics a la cavitat per a operacions com ara duplicació de freqüència, diferència de freqüència i bloqueig de mode, fent de VECSEL un idealfont làserper a aplicacions que van des de la biofotònica, l'espectroscòpia,medicina làser, i 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. VCSEL té avantatges únics, com ara petites mida, alta freqüència, bona qualitat del feix, llindar de danys a la superfície de la cavitat gran i procés de producció relativament senzill. Mostra un rendiment excel·lent en les aplicacions de visualització làser, comunicació òptica i rellotge òptic. Tanmateix, els VCsels no poden obtenir làsers d'alta potència per sobre del nivell de watts, de manera que no es poden utilitzar en camps amb requisits d'alta potència.
El ressonador làser de VCSEL es compon d'un reflector 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 per pla d'escissió 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 superior a la del pla de solució EEL.
La longitud del ressonador làser de VCSEL és generalment d'unes poques micres, que és molt més petita que la del ressonador mil·límetre 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 fonamental en mode transversal, la potència de sortida només pot arribar a diversos mil·liwatts. El perfil de la secció transversal del feix làser de sortida VCSEL és circular i l'angle de divergència és molt més petit que el del feix làser que emet vores. Per aconseguir una gran 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 gran regió lluminosa, i la injecció de corrent desigual agreujarà l'acumulació de calor residual. En resum, el VCSEL pot produir el punt simètric circular en mode bàsic mitjançant un disseny estructural raonable, però el la potència de sortida és baixa quan la sortida és en mode únic. Per tant, sovint s'integren diversos VCsels al mode de sortida.
Hora de publicació: 21-maig-2024