Uvod v oddajanje površin z vertikalno votlinopolprevodniški laser(VCSEL)
Vertikalni laserji z zunanjo votlino, ki oddajajo površinsko sevanje, so bili razviti sredi devetdesetih let prejšnjega stoletja, da bi premagali ključni problem, ki je pestil razvoj tradicionalnih polprevodniških laserjev: kako ustvariti laserske izhode visoke moči z visoko kakovostjo žarka v osnovnem transverzalnem načinu.
Vertikalni laserji z zunanjo votlino, ki oddajajo površinsko sevanje (Vecsels), znani tudi kotpolprevodniški diskovni laserji(SDL) so relativno nov član družine laserjev. Z njihovo pomočjo je mogoče oblikovati valovno dolžino emisije s spreminjanjem sestave materiala in debeline kvantne jame v polprevodniškem ojačevalnem mediju, kar v kombinaciji s podvojitvijo frekvence znotraj votline omogoča zajemanje širokega valovnega območja od ultravijoličnega do daljnega infrardečega spektra, s čimer se doseže visoka izhodna moč, hkrati pa se ohranja krožni simetrični laserski žarek z nizkim kotom divergence. Laserski resonator je sestavljen iz spodnje strukture DBR ojačevalnega čipa in zunanjega izhodnega sklopnega zrcala. Ta edinstvena struktura zunanjega resonatorja omogoča vstavljanje optičnih elementov v votlino za operacije, kot so podvojitev frekvence, frekvenčna razlika in zaklepanje modov, zaradi česar je VECSEL idealen.laserski virza aplikacije, ki segajo od biofotonike, spektroskopije,laserska medicinain lasersko projekcijo.
Resonator polprevodniškega laserja, ki oddaja svetlobo na površini VC, je pravokoten na ravnino, kjer se nahaja aktivno območje, njegova izhodna svetloba pa je pravokotna na ravnino aktivnega območja, kot je prikazano na sliki. VCSEL ima edinstvene prednosti, kot so majhnost, visoka frekvenca, dobra kakovost žarka, velik prag poškodbe površine votline in relativno preprost proizvodni postopek. Kaže odlične zmogljivosti v aplikacijah laserskega prikaza, optične komunikacije in optičnih ur. Vendar pa VCsel-i ne morejo dobiti laserjev z visoko močjo nad vatno močjo, zato jih ni mogoče uporabljati na področjih z visokimi zahtevami po moči.
Laserski resonator VCSEL je sestavljen iz porazdeljenega Braggovega reflektorja (DBR), ki ga sestavlja večplastna epitaksialna struktura polprevodniškega materiala na zgornji in spodnji strani aktivnega območja, kar se zelo razlikuje od ...laserresonator, sestavljen iz ravnine cepitve v EEL. Smer optičnega resonatorja VCSEL je pravokotna na površino čipa, laserski izhod je prav tako pravokoten na površino čipa, odbojnost obeh strani DBR pa je veliko večja kot pri ravnini raztopine EEL.
Dolžina laserskega resonatorja VCSEL je običajno nekaj mikronov, kar je veliko manj kot pri milimetrskem resonatorju EEL, enosmerni dobiček, ki ga dosežemo z nihanjem optičnega polja v votlini, pa je nizek. Čeprav je mogoče doseči osnovni prečni izhodni način, lahko izhodna moč doseže le nekaj milivatov. Profil prečnega prereza izhodnega laserskega žarka VCSEL je krožen, kot divergence pa je veliko manjši kot pri laserskem žarku, ki oddaja rob. Za doseganje visoke izhodne moči VCSEL je treba povečati svetleče območje, da se zagotovi večje ojačanje, povečanje svetlečega območja pa bo povzročilo, da bo izhodni laser postal večmodni izhod. Hkrati je težko doseči enakomerno vbrizgavanje toka v veliko svetleče območje, neenakomerno vbrizgavanje toka pa bo poslabšalo kopičenje odvečne toplote. Skratka, VCSEL lahko z razumno strukturno zasnovo oddaja osnovni krožno simetrično točko, vendar je izhodna moč nizka, ko je izhod enomodni. Zato je v izhodni način pogosto vključenih več VCsel-ov.
Čas objave: 21. maj 2024