Ievads vertikālās dobuma virsmas izstarojošā pusvadītāju lāzerā (VCSEL)

Ievads vertikālās dobuma virsmas izstarošanāpusvadītāju lāzers(VCSEL)
Vertikālās ārējās dobuma virsmas izstarojošie lāzeri tika izstrādāti 90. gadu vidū, lai pārvarētu galveno problēmu, kas ir traucējusi tradicionālo pusvadītāju lāzeru izstrādi: kā ražot lielas jaudas lāzera izejas ar augstu staru kūļa kvalitāti fundamentālā šķērsrežīmā.
Vertikālo ārējo dobumu virsmu izstarojošie lāzeri (Vecsels), kas pazīstami arī kāpusvadītāju disku lāzeri(SDL) ir salīdzinoši jauns lāzeru saimes loceklis. Tas var izveidot emisijas viļņa garumu, mainot materiāla sastāvu un kvantu akas biezumu pusvadītāju pastiprināšanas vidē, un apvienojumā ar intracavity frekvences dubultošanu var aptvert plašu viļņu garuma diapazonu no ultravioletā līdz tālajam infrasarkanajam, panākot lielu jaudu, vienlaikus saglabājot zemu novirzi. Leņķa apļveida simetrisks lāzera stars. Lāzera rezonators sastāv no pastiprinājuma mikroshēmas apakšējās DBR struktūras un ārējā izvades savienojuma spoguļa. Šī unikālā ārējā rezonatora struktūra ļauj dobumā ievietot optiskos elementus tādām darbībām kā frekvences dubultošana, frekvenču atšķirība un režīma bloķēšana, padarot VECSEL par ideālu.lāzera avotslietojumiem, sākot no biofotonikas, spektroskopijas,lāzera zālesun lāzerprojekcija.
VC virsmu izstarojošā pusvadītāju lāzera rezonators ir perpendikulārs plaknei, kurā atrodas aktīvais apgabals, un tā izejas gaisma ir perpendikulāra aktīvā apgabala plaknei, kā parādīts attēlā.VCSEL ir unikālas priekšrocības, piemēram, mazs. izmērs, augsta frekvence, laba staru kvalitāte, liels dobuma virsmas bojājumu slieksnis un salīdzinoši vienkāršs ražošanas process. Tas parāda izcilu veiktspēju lāzera displeja, optiskās komunikācijas un optiskā pulksteņa lietojumos. Tomēr VCsels nevar iegūt lieljaudas lāzerus virs vatu līmeņa, tāpēc tos nevar izmantot laukos ar lielām jaudas prasībām.

VCSEL lāzera rezonators sastāv no sadalīta Braga reflektora (DBR), kas sastāv no pusvadītāju materiāla daudzslāņu epitaksiskās struktūras gan aktīvā apgabala augšējā, gan apakšējā pusē, kas ļoti atšķiras nolāzersrezonators, kas sastāv no šķelšanās plaknes EEL. VCSEL optiskā rezonatora virziens ir perpendikulārs mikroshēmas virsmai, lāzera izvade ir arī perpendikulāra mikroshēmas virsmai, un DBR abu pušu atstarošanas spēja ir daudz augstāka nekā EEL risinājuma plaknei.
VCSEL lāzera rezonatora garums parasti ir daži mikroni, kas ir daudz mazāks nekā EEL milimetru rezonatora garums, un vienvirziena pastiprinājums, ko iegūst ar optiskā lauka svārstībām dobumā, ir zems. Lai gan var sasniegt pamata šķērseniskā režīma izvadi, izejas jauda var sasniegt tikai vairākus milivatus. VCSEL izejas lāzera stara šķērsgriezuma profils ir apļveida, un novirzes leņķis ir daudz mazāks nekā malu izstarojošajam lāzera staram. Lai sasniegtu lielu VCSEL jaudu, ir jāpalielina gaismas apgabals, lai nodrošinātu lielāku pastiprinājumu, un gaismas apgabala palielināšana liks izvades lāzeram kļūt par vairāku režīmu izvadi. Tajā pašā laikā ir grūti panākt vienmērīgu strāvas iesmidzināšanu lielā gaismas apgabalā, un nevienmērīga strāvas iesmidzināšana saasinās siltuma uzkrāšanos. Īsāk sakot, VCSEL var izvadīt pamata režīmu apļveida simetriskas vietas, izmantojot saprātīgu konstrukcijas dizainu, taču izejas jauda ir zema, ja izeja ir viena režīma. Tāpēc izvades režīmā bieži tiek integrēti vairāki VCsels.