Pengantar laser semikonduktor pemancar permukaan rongga vertikal (VCSEL)

Pengantar emisi permukaan rongga vertikallaser semikonduktor(VCSEL)
Laser pemancar permukaan rongga eksternal vertikal dikembangkan pada pertengahan 1990-an untuk mengatasi masalah utama yang menghambat pengembangan laser semikonduktor tradisional: cara menghasilkan keluaran laser berdaya tinggi dengan kualitas sinar tinggi dalam mode transversal mendasar.
Laser pemancar permukaan rongga eksternal vertikal (Vecsels), juga dikenal sebagailaser cakram semikonduktor(SDL), adalah anggota keluarga laser yang relatif baru. Ia dapat merancang panjang gelombang emisi dengan mengubah komposisi material dan ketebalan sumur kuantum dalam media penguatan semikonduktor, dan dikombinasikan dengan penggandaan frekuensi intracavity dapat mencakup rentang panjang gelombang yang luas dari ultraviolet hingga inframerah jauh, mencapai keluaran daya tinggi sambil mempertahankan divergensi rendah Sinar laser simetris melingkar sudut. Resonator laser terdiri dari struktur DBR bawah dari chip penguatan dan cermin kopling keluaran eksternal. Struktur resonator eksternal yang unik ini memungkinkan elemen optik dimasukkan ke dalam rongga untuk pengoperasian seperti penggandaan frekuensi, perbedaan frekuensi, dan penguncian mode, menjadikan VECSEL idealsumber laseruntuk aplikasi mulai dari biofotonik, spektroskopi,pengobatan laser, dan proyeksi laser.
Resonator laser semikonduktor pemancar permukaan VC tegak lurus terhadap bidang tempat daerah aktif berada, dan cahaya keluarannya tegak lurus terhadap bidang daerah aktif, seperti yang ditunjukkan pada gambar. VCSEL memiliki keunggulan unik, seperti kecil ukuran, frekuensi tinggi, kualitas sinar baik, ambang kerusakan permukaan rongga besar, dan proses produksi yang relatif sederhana. Ini menunjukkan kinerja luar biasa dalam aplikasi tampilan laser, komunikasi optik, dan jam optik. Namun, VCsel tidak dapat memperoleh laser berkekuatan tinggi di atas level watt, sehingga tidak dapat digunakan di bidang dengan kebutuhan daya tinggi.

Resonator laser VCSEL terdiri dari reflektor Bragg terdistribusi (DBR) yang terdiri dari struktur epitaksi multi-lapis bahan semikonduktor di sisi atas dan bawah daerah aktif, yang sangat berbeda darilaserresonator terdiri dari bidang pembelahan di EEL. Arah resonator optik VCSEL tegak lurus terhadap permukaan chip, keluaran laser juga tegak lurus terhadap permukaan chip, dan reflektifitas kedua sisi DBR jauh lebih tinggi dibandingkan bidang solusi EEL.
Panjang resonator laser VCSEL umumnya beberapa mikron, jauh lebih kecil dibandingkan resonator milimeter EEL, dan penguatan satu arah yang diperoleh dari osilasi medan optik di dalam rongga rendah. Meskipun keluaran mode transversal mendasar dapat dicapai, daya keluaran hanya dapat mencapai beberapa miliwatt. Profil penampang sinar laser keluaran VCSEL berbentuk lingkaran, dan sudut divergensi jauh lebih kecil dibandingkan dengan sinar laser pemancar tepi. Untuk mencapai keluaran daya tinggi dari VCSEL, perlu untuk meningkatkan wilayah cahaya untuk memberikan lebih banyak penguatan, dan peningkatan wilayah cahaya akan menyebabkan laser keluaran menjadi keluaran multi-mode. Pada saat yang sama, sulit untuk mencapai injeksi arus yang seragam di wilayah bercahaya yang besar, dan injeksi arus yang tidak merata akan memperburuk akumulasi panas limbah. Singkatnya, VCSEL dapat menghasilkan titik simetris melingkar mode dasar melalui desain struktural yang masuk akal, tetapi daya keluaran rendah ketika keluarannya adalah mode tunggal. Oleh karena itu, beberapa VCsel sering kali diintegrasikan ke dalam mode keluaran.