Pengantar laser semikonduktor pemancar permukaan rongga vertikal (VCSEL)

Pengantar pemancar permukaan rongga vertikallaser semikonduktor(VCSEL)
Laser pemancar permukaan rongga eksternal vertikal dikembangkan pada pertengahan tahun 1990-an untuk mengatasi masalah utama yang telah menghambat pengembangan laser semikonduktor tradisional: bagaimana menghasilkan keluaran laser daya tinggi dengan kualitas berkas yang tinggi dalam mode transversal fundamental.
Laser pemancar permukaan rongga eksternal vertikal (Vecsel), juga dikenal sebagailaser cakram semikonduktor(SDL), merupakan anggota keluarga laser yang relatif baru. Laser ini dapat mendesain panjang gelombang emisi dengan mengubah komposisi material dan ketebalan sumur kuantum dalam medium penguat semikonduktor, dan dikombinasikan dengan penggandaan frekuensi intrakavitas dapat mencakup rentang panjang gelombang yang luas dari ultraviolet hingga inframerah jauh, mencapai daya keluaran tinggi sambil mempertahankan berkas laser simetris melingkar dengan sudut divergensi rendah. Resonator laser terdiri dari struktur DBR bawah dari chip penguat dan cermin kopling keluaran 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 ideal.sumber laseruntuk berbagai aplikasi mulai dari biofotonik, spektroskopi,pengobatan laserdan proyeksi laser.
Resonator laser semikonduktor pemancar permukaan VC (VCSEL) tegak lurus terhadap bidang tempat wilayah aktif berada, dan cahaya keluarannya tegak lurus terhadap bidang wilayah aktif, seperti yang ditunjukkan pada gambar. VCSEL memiliki keunggulan unik, seperti ukuran kecil, frekuensi tinggi, kualitas berkas yang baik, ambang batas kerusakan permukaan rongga yang besar, dan proses produksi yang relatif sederhana. Ia menunjukkan kinerja yang sangat baik dalam aplikasi tampilan laser, komunikasi optik, dan jam optik. Namun, VCSEL tidak dapat menghasilkan laser daya tinggi di atas tingkat watt, sehingga tidak dapat digunakan di bidang yang membutuhkan daya tinggi.

Resonator laser VCSEL terdiri dari reflektor Bragg terdistribusi (DBR) yang tersusun dari struktur epitaksial multi-lapisan material semikonduktor di sisi atas dan bawah daerah aktif, yang sangat berbeda darilaserResonator tersusun dari bidang belahan pada EEL. Arah resonator optik VCSEL tegak lurus terhadap permukaan chip, keluaran laser juga tegak lurus terhadap permukaan chip, dan reflektivitas kedua sisi DBR jauh lebih tinggi daripada bidang solusi EEL.
Panjang resonator laser VCSEL umumnya beberapa mikron, yang jauh lebih kecil daripada resonator milimeter EEL, dan penguatan satu arah yang diperoleh oleh osilasi medan optik dalam rongga rendah. Meskipun keluaran mode transversal fundamental dapat dicapai, daya keluaran hanya dapat mencapai beberapa miliwatt. Profil penampang berkas laser keluaran VCSEL berbentuk lingkaran, dan sudut divergensi jauh lebih kecil daripada berkas laser pemancar tepi. Untuk mencapai daya keluaran VCSEL yang tinggi, perlu untuk meningkatkan area pancaran cahaya untuk memberikan penguatan yang lebih besar, dan peningkatan area pancaran cahaya akan menyebabkan laser keluaran menjadi keluaran multi-mode. Pada saat yang sama, sulit untuk mencapai injeksi arus seragam di area pancaran cahaya yang besar, dan injeksi arus yang tidak merata akan memperburuk akumulasi panas berlebih. Singkatnya, VCSEL dapat menghasilkan titik simetris melingkar mode dasar melalui desain struktural yang wajar, tetapi daya keluarannya rendah ketika keluarannya mode tunggal. Oleh karena itu, beberapa VCSEL sering diintegrasikan ke dalam mode keluaran.