Úvod do vyžarovania povrchu vertikálnej dutinypolovodičový laser(VCSEL)
Vertikálne lasery s vonkajšou dutinou a povrchovým vyžarovaním boli vyvinuté v polovici 90. rokov 20. storočia s cieľom prekonať kľúčový problém, ktorý trápil vývoj tradičných polovodičových laserov: ako produkovať vysokovýkonné laserové výstupy s vysokou kvalitou lúča v základnom transverzálnom móde.
Vertikálne lasery s vonkajším povrchovým vyžarovaním (Vecsels), známe aj akopolovodičové diskové lasery(SDL) sú relatívne novým členom rodiny laserov. Dokážu navrhnúť emisnú vlnovú dĺžku zmenou zloženia materiálu a hrúbky kvantovej jamy v polovodičovom zosilňovacom médiu a v kombinácii s intrakavitárnym zdvojnásobením frekvencie môžu pokryť široký rozsah vlnových dĺžok od ultrafialového po ďaleké infračervené žiarenie, čím sa dosahuje vysoký výstupný výkon pri zachovaní kruhového symetrického laserového lúča s nízkym uhlom divergencie. Laserový rezonátor sa skladá zo spodnej štruktúry DBR zosilňovacieho čipu a externého výstupného spojovacieho zrkadla. Táto jedinečná štruktúra externého rezonátora umožňuje vloženie optických prvkov do dutiny pre operácie, ako je zdvojnásobenie frekvencie, frekvenčný rozdiel a blokovanie módov, vďaka čomu je VECSEL ideálny.laserový zdrojpre aplikácie od biofotoniky, spektroskopie,laserová medicínaa laserová projekcia.
Rezonátor polovodičového laseru s povrchovým vyžarovaním VC je kolmý na rovinu, v ktorej sa nachádza aktívna oblasť, a jeho výstupné svetlo je kolmé na rovinu aktívnej oblasti, ako je znázornené na obrázku. VCSEL má jedinečné výhody, ako sú malé rozmery, vysoká frekvencia, dobrá kvalita lúča, vysoký prah poškodenia povrchu dutiny a relatívne jednoduchý výrobný proces. Vykazuje vynikajúci výkon v aplikáciách laserového displeja, optickej komunikácie a optických hodín. VCsel však nedokážu získať vysokovýkonné lasery nad úrovňou wattov, takže ich nemožno použiť v oblastiach s vysokými požiadavkami na výkon.
Laserový rezonátor VCSEL sa skladá z distribuovaného Braggovho reflektora (DBR) zloženého z viacvrstvovej epitaxnej štruktúry polovodičového materiálu na hornej aj dolnej strane aktívnej oblasti, ktorá sa veľmi líši od...laserrezonátor zložený z roviny štiepenia v EEL. Smer optického rezonátora VCSEL je kolmý na povrch čipu, laserový výstup je tiež kolmý na povrch čipu a odrazivosť oboch strán DBR je oveľa vyššia ako odrazivosť roviny riešenia EEL.
Dĺžka laserového rezonátora VCSEL je vo všeobecnosti niekoľko mikrónov, čo je oveľa menej ako dĺžka milimetrového rezonátora EEL, a jednosmerný zisk dosiahnutý osciláciou optického poľa v dutine je nízky. Hoci je možné dosiahnuť základný transverzálny výstupný mód, výstupný výkon môže dosiahnuť iba niekoľko miliwattov. Prierezový profil výstupného laserového lúča VCSEL je kruhový a uhol divergencie je oveľa menší ako u laserového lúča vyžarujúceho okraj. Na dosiahnutie vysokého výstupného výkonu VCSEL je potrebné zväčšiť svetelnú oblasť, aby sa dosiahol väčší zisk, a zväčšenie svetelnej oblasti spôsobí, že výstupný laser sa stane viacmódovým výstupom. Zároveň je ťažké dosiahnuť rovnomerné vstrekovanie prúdu vo veľkej svetelnej oblasti a nerovnomerné vstrekovanie prúdu zhorší akumuláciu odpadového tepla. Stručne povedané, VCSEL môže vďaka rozumnej konštrukčnej konštrukcii vydávať základný kruhový symetrický bod, ale výstupný výkon je nízky, keď je výstup v jednomóde. Preto sa do výstupného módu často integruje viacero VCsel.
Čas uverejnenia: 21. mája 2024