Ievads vertikālā dobuma virsmā, kas izstaro pusvadītāju lāzeru (VCSEL)

Ievads vertikālā dobuma virsmas izstarošanāpusvadītāju lāzers(VCSEL)
Deviņdesmito gadu vidū tika izstrādāti vertikālā ārējā dobuma virsmas izstarojošie lāzeri, lai pārvarētu galveno problēmu, kas nomocījusi tradicionālo pusvadītāju lāzeru attīstību: kā radīt lieljaudas lāzera izejas ar augstu staru kvalitāti pamatprincipā.
Vertikāla ārējā dobuma virsmas izstarojošie lāzeri (vecseles), pazīstami arī kāpusvadītāju disku lāzeri(SDL), ir salīdzinoši jauns lāzeru ģimenes loceklis. Tas var projektēt emisijas viļņa garumu, mainot kvantu urbuma materiāla sastāvu un biezumu pusvadītāju pastiprināšanas barotnē, un apvienojumā ar intracavity frekvences dubultošanu var aptvert plašu viļņu garuma diapazonu no ultravioletā līdz tālai infrasarkanai, sasniedzot lielu jaudas jaudu, vienlaikus saglabājot zemas atšķirības leņķa apļveida simetrisko lāzera staru. Lāzera rezonatoru veido pastiprinājuma mikroshēmas apakšējā DBR struktūra un ārējā izejas savienojuma spogulis. Šī unikālā ārējā rezonatora struktūra ļauj ievietot optiskos elementus dobumā tādām darbībām kā frekvences dubultošana, frekvences starpība un režīma bloķēšana, padarot Vecsel par ideālulāzera avotslietojumprogrammām, sākot no biofotonikas, spektroskopijas,lāzera medicīna, un lāzera projekcija.
VC-virsmas izstarojošā pusvadītāju lāzera rezonators ir perpendikulārs plaknei, kur atrodas aktīvais reģions, un tā izejas gaisma ir perpendikulāra aktīvā reģiona plaknei, kā parādīts attēlā. VCSEL ir unikālas priekšrocības, piemēram, maza izmēra, augstas frekvences, labas staru kvalitātes, lielas dobuma virsmas bojājuma sliekšņa un salīdzinoši vienkāršs ražošanas process. Tas parāda lielisku veiktspēju lāzera displeja, optiskās komunikācijas un optiskā pulksteņa pielietojumos. Tomēr VCSEL nevar iegūt lieljaudas lāzerus virs vata līmeņa, tāpēc tos nevar izmantot laukos ar augstas jaudas prasībām.

VCSEL lāzera rezonators sastāv no sadalīta Bragg reflektora (DBR), kas sastāv no pusvadītāju materiāla daudzslāņu epitaksiālās struktūras gan aktīvā reģiona augšējā, gan apakšējā pusē, kas ļoti atšķiras nolāzersrezonators, kas sastāv no šķelšanās plaknes zutī. VCSEL optiskā rezonatora virziens ir perpendikulārs mikroshēmas virsmai, lāzera izvade ir arī perpendikulāra mikroshēmas virsmai, un abu DBR abu pušu atstarošanās ir daudz augstāka nekā zušu šķīduma plakne.
VCSEL lāzera rezonatora garums parasti ir daži mikroni, kas ir daudz mazāks nekā zušu milimetru rezonatoram, un vienvirziena pastiprinājums, kas iegūts ar optiskā lauka svārstībām dobumā. Lai arī var sasniegt pamata šķērsvirziena režīma izvadi, izejas jauda var sasniegt tikai vairākus milivatus. VCSEL izejas lāzera stara šķērsgriezuma profils ir apļveida, un atšķirības leņķis ir daudz mazāks nekā malu izstarojošajam lāzera staram. Lai sasniegtu VCSEL augstas jaudas jaudu, ir nepieciešams palielināt gaismas reģionu, lai nodrošinātu lielāku ieguvumu, un gaismas reģiona palielināšanās izraisīs izejas lāzera daudzveidības izvadi. Tajā pašā laikā ir grūti panākt vienmērīgu strāvas iesmidzināšanu lielā gaismas reģionā, un nevienmērīgā strāvas iesmidzināšana saasinās atkritumu siltuma uzkrāšanos. Īsumā VCSEL var izvadīt pamata režīma apļveida simetrisko plankumu, izmantojot saprātīgu konstrukcijas dizainu, bet izejas jauda ir zema, ja izvade ir viena režīms. Pirms vairākiem VCSELS bieži tiek integrēti izejas režīmā.