Εισαγωγή στην κατακόρυφη εκπομπή επιφάνειας κοιλοτήτωνημιαγωγός λέιζερ(VCSEL)
Τα κατακόρυφα εξωτερικά λέιζερ που εκπέμπουν επιφανειακή κοιλότητα αναπτύχθηκαν στα μέσα της δεκαετίας του '90 για να ξεπεραστούν ένα βασικό πρόβλημα που μαστίζει την ανάπτυξη παραδοσιακών λέιζερ ημιαγωγών: πώς να παράγουν εξόδους λέιζερ υψηλής ισχύος με υψηλή ποιότητα δέσμης σε θεμελιώδη εγκάρσια λειτουργία.
Κατακόρυφη εξωτερική κοιλότητα επιφανειακής εκπομπής (VECSELS), επίσης γνωστά ωςΛέιζερ δίσκων ημιαγωγών(SDL), είναι ένα σχετικά νέο μέλος της οικογένειας λέιζερ. Μπορεί να σχεδιάσει το μήκος κύματος εκπομπής μεταβάλλοντας τη σύνθεση του υλικού και το πάχος του κβαντικού φρεατίου στο μέσο κέρδους ημιαγωγού και σε συνδυασμό με τον διπλασιασμό της συχνότητας ενδοκοιλότητας μπορεί να καλύψει ένα ευρύ φάσμα μήκους κύματος από υπεριώδη έως πολύ υπέρυθρη ακτινοβολία, επιτυγχάνοντας υψηλή έξοδο ισχύος διατηρώντας παράλληλα μια χαμηλή ακτινοβολία γωνιακού κύκλου λέιζερ. Ο συντονιστής λέιζερ αποτελείται από την κάτω δομή DBR του τσιπ κέρδους και τον εξωτερικό καθρέφτη σύζευξης. Αυτή η μοναδική δομή εξωτερικού συντονιστή επιτρέπει την εισαγωγή οπτικών στοιχείων στην κοιλότητα για λειτουργίες όπως ο διπλασιασμός της συχνότητας, η διαφορά συχνότητας και η κλείδωση του τρόπου, καθιστώντας το VECSEL ένα ιδανικόπηγή λέιζερΓια εφαρμογές που κυμαίνονται από βιοφωτώδη, φασματοσκοπία,ιατρική λέιζερ, και προβολή λέιζερ.
Ο συντονιστής του λέιζερ ημιαγωγού που εκπέμπει VC είναι κάθετο στο επίπεδο όπου βρίσκεται η ενεργή περιοχή και το φως εξόδου του είναι κάθετο προς το επίπεδο της ενεργού περιοχής, όπως φαίνεται στο σχήμα. Δείχνει εξαιρετική απόδοση στις εφαρμογές της οθόνης λέιζερ, της οπτικής επικοινωνίας και του οπτικού ρολογιού. Ωστόσο, τα VCSELs δεν μπορούν να αποκτήσουν λέιζερ υψηλής ισχύος πάνω από το επίπεδο Watt, επομένως δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πεδία με απαιτήσεις υψηλής ισχύος.
Ο συντονιστής λέιζερ του VCSEL αποτελείται από ένα κατανεμημένο ανακλαστήρα Bragg (DBR) που αποτελείται από πολυεπίπεδη επιταξιακή δομή υλικού ημιαγωγών τόσο στις άνω όσο και στις κάτω πλευρές της ενεργού περιοχής, το οποίο είναι πολύ διαφορετικό από τολέιζερΟ συντονιστής που αποτελείται από επίπεδο διάσπασης στο χέλι. Η κατεύθυνση του οπτικού συντονιστή VCSEL είναι κάθετη στην επιφάνεια του τσιπ, η έξοδος λέιζερ είναι επίσης κάθετη στην επιφάνεια του τσιπ και η ανακλαστικότητα και των δύο πλευρών του DBR είναι πολύ υψηλότερη από αυτή του επιπέδου διαλύματος χελιού.
Το μήκος του συντονιστή λέιζερ του VCSEL είναι γενικά μερικά μικρά, τα οποία είναι πολύ μικρότερα από αυτά του συντονιστή χιλιοστό του χελιού και το κέρδος μονής κατεύθυνσης που λαμβάνεται από την ταλάντωση του οπτικού πεδίου στην κοιλότητα είναι χαμηλή. Παρόλο που μπορεί να επιτευχθεί η θεμελιώδης έξοδος εγκάρσιου τρόπου λειτουργίας, η ισχύς εξόδου μπορεί να φτάσει μόνο σε διάφορα milliwatts. Το προφίλ διατομής της δέσμης λέιζερ εξόδου VCSEL είναι κυκλικό και η γωνία απόκλισης είναι πολύ μικρότερη από αυτή της ακτίνας που εκπέμπει άκρη. Για να επιτευχθεί η υψηλή ισχύς του VCSEL, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η φωτεινή περιοχή για να προσφέρει περισσότερο κέρδος και η αύξηση της φωτεινής περιοχής θα προκαλέσει την έξοδο της εξόδου να γίνει μια παραγωγή πολλαπλών λειτουργιών. Ταυτόχρονα, είναι δύσκολο να επιτευχθεί ομοιόμορφη έγχυση ρεύματος σε μια μεγάλη φωτεινή περιοχή και η ανομοιογενής έγχυση ρεύματος θα επιδεινώσει τη συσσώρευση θερμότητας. Σε σύντομο χρονικό διάστημα, το VCSEL μπορεί να εξάγει τη βασική λειτουργία του κυκλικού συμμετρικού σημείου μέσω λογικού δομικού σχεδιασμού, αλλά η ισχύς εξόδου είναι χαμηλή όταν η έξοδος είναι μονή λειτουργία.
Χρόνος δημοσίευσης: Μάιος-21-2024