Introducció a la superfície de la cavitat vertical que emetenlàser semiconductor(VCSEL)
Els làsers que emeten la superfície de cavitat externa vertical es van desenvolupar a mitjans dels anys 90 per superar un problema clau que ha afectat el desenvolupament de làsers tradicionals de semiconductors: com produir sortides làser de gran potència amb alta qualitat de feix en mode transversal fonamental.
Làsers que emeten la superfície de cavitat externa vertical (Vecsels), també conegudes com alàsers de disc semiconductors(SDL), són un membre relativament nou de la família làser. Pot dissenyar la longitud d’ona d’emissions canviant la composició del material i el gruix del pou quàntic en el medi de guany de semiconductor, i combinat amb el doble de freqüència d’intracavitat pot cobrir una àmplia longitud d’ona des del feix de làser simètric de la baixa potència, mantenint un feix làser circular de baixa divergència. El ressonador làser està compost per l'estructura de DBR inferior del xip de guany i el mirall d'acoblament de sortida externa. Aquesta estructura única de ressonador extern permet inserir elements òptics a la cavitat per a operacions com el doblatge de freqüències, la diferència de freqüència i la bloqueig del mode, cosa que fa de Vecsel un idealFont làserPer a aplicacions que van des de la biofotònica, l’espectroscòpia,medicina làser, i la projecció làser.
El ressonador del làser de semiconductor emissor de la 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 una mida petita, alta freqüència, bona qualitat de feix, gran dany de la superfície de cavitat i un procés de producció relativament senzill. Mostra un excel·lent rendiment en les aplicacions de la pantalla làser, la comunicació òptica i el rellotge òptic. Tanmateix, els VCSELS no poden obtenir làsers d’alta potència per sobre del nivell de Watt, de manera que no es poden utilitzar en camps amb requisits d’alta potència.
El ressonador làser de VCSEL està compost per un reflector Bragg distribuït (DBR) compost per una estructura epitaxial de diverses capes del material semiconductor tant als costats superiors com inferiors de la regió activa, que és molt diferent de lalàserResonador compost per pla de clivatge en anguila. La direcció del ressonador òptic de VCSEL és perpendicular a la superfície del xip, la sortida làser també és perpendicular a la superfície del xip i la reflectivitat dels dos costats de la DBR és molt superior a la del pla de solució d’EEL.
La longitud del ressonador làser de VCSEL és generalment uns quants micres, que és molt menor que el del ressonador mil·límetre de l'anguila, i el guany únic obtingut per l'oscil·lació del camp òptic a la cavitat és baix. Tot i que es pot aconseguir la sortida fonamental del mode transversal, la potència de sortida només pot arribar a diversos mil·liwatts. El perfil de secció transversal del feix làser de sortida VCSEL és circular i l’angle de divergència és molt menor que el del feix làser que emet una vora. Per aconseguir una elevada potència de VCSEL, cal augmentar la regió lluminosa per proporcionar més guanys i l’augment de la regió lluminosa farà que el làser de sortida es converteixi en una producció multimode. Al mateix temps, és difícil assolir una injecció de corrent uniforme en una gran regió lluminosa i la injecció de corrent desigual agreujarà l’acumulació de calor de residus. En breu, el VCSEL pot produir el mode bàsic del mode circular simètric mitjançant un disseny estructural raonable, però la potència de sortida és baixa quan la sortida és única.
Posada Posada: 21 de maig de 2014