Pengantar laser semikonduktor pemancar rongga vertikal (VCSEL)

Pengantar pemancaran permukaan rongga vertikalLaser semikonduktor(Vcsel)
Laser pemancar permukaan rongga eksternal vertikal dikembangkan pada pertengahan 1990-an untuk mengatasi masalah utama yang telah mengganggu pengembangan laser semikonduktor tradisional: cara menghasilkan output laser daya tinggi dengan kualitas balok tinggi dalam mode transversal mendasar.
Laser pemancar permukaan rongga eksternal vertikal (vecsels), juga dikenal sebagaiLaser disk semikonduktor(SDL), adalah anggota keluarga laser yang relatif baru. Ini dapat merancang panjang gelombang emisi dengan mengubah komposisi material dan ketebalan sumur kuantum dalam medium penguatan semikonduktor, dan dikombinasikan dengan frekuensi intracavity yang menggandakan dapat mencakup rentang panjang gelombang yang lebar dari ultraviolet ke inframerah jauh, mencapai output daya tinggi sambil mempertahankan laser laser simetri sirkular sirkuler sirkular sirkular yang berbeda. Resonator laser terdiri dari struktur DBR bawah chip gain dan cermin kopling output eksternal. Struktur resonator eksternal yang unik ini memungkinkan elemen optik dimasukkan ke dalam rongga untuk operasi seperti penggandaan frekuensi, perbedaan frekuensi, dan penguncian mode, menjadikan Vecsel idealSumber laserUntuk aplikasi mulai dari biofotonik, spektroskopi,obat laser, dan proyeksi laser.
Resonator laser semikonduktor pemancar permukaan VC adalah tegak lurus terhadap bidang di mana wilayah aktif berada, dan lampu outputnya tegak lurus terhadap bidang wilayah aktif, seperti yang ditunjukkan pada gambar. VCSEL memiliki kelebihan yang unik, seperti ukuran yang kecil, frekuensi tinggi, kualitas balok yang baik, kerusakan permukaan yang besar, dan proses yang besar, dan produksi yang besar. Ini menunjukkan kinerja yang sangat baik dalam aplikasi tampilan laser, komunikasi optik dan jam optik. Namun, VCSels tidak dapat memperoleh laser daya tinggi di atas level Watt, sehingga mereka tidak dapat digunakan di bidang dengan kebutuhan daya tinggi.

Resonator laser VCSEL terdiri dari reflektor Bragg terdistribusi (DBR) yang terdiri dari struktur epitaks multi-lapisan dari bahan semikonduktor di kedua sisi atas dan bawah wilayah aktif, yang sangat berbeda darilaserResonator terdiri dari bidang belahan dada di Belut. Arah resonator optik VCSEL tegak lurus terhadap permukaan chip, output laser juga tegak lurus terhadap permukaan chip, dan reflektivitas kedua sisi DBR jauh lebih tinggi daripada bidang larutan belut.
Panjang resonator laser VCSEL umumnya beberapa mikron, yang jauh lebih kecil dari resonator milimeter belut, dan gain satu arah yang diperoleh dengan osilasi medan optik di rongga rendah. Meskipun output mode transversal mendasar dapat dicapai, daya output hanya dapat mencapai beberapa miliwatt. Profil penampang dari balok laser output VCSEL adalah melingkar, dan sudut divergensi jauh lebih kecil daripada sinar laser pemancar tepi. Untuk mencapai output daya tinggi VCSEL, perlu untuk meningkatkan daerah bercahaya untuk memberikan lebih banyak gain, dan peningkatan wilayah bercahaya akan menyebabkan laser output menjadi output multi-mode. Pada saat yang sama, sulit untuk mencapai injeksi arus yang seragam di daerah bercahaya yang besar, dan injeksi arus yang tidak rata akan memperburuk akumulasi panas limbah. Singkatnya, VCSEL dapat menghasilkan mode dasar sirkular bintik simetris melalui desain struktural yang masuk akal, tetapi daya outputnya rendah ketika output adalah mode tunggal. Oleh karena itu, oleh beberapa vcsels sering terintegrasi.