Įvadas į vertikalių ertmių paviršių spinduliuojantį puslaidininkinį lazerį (VCSEL)

Vertikalaus ertmės paviršiaus spinduliavimo įvadaspuslaidininkinis lazeris(VCSEL)
Dešimtojo dešimtmečio viduryje buvo sukurti vertikalūs išorinių ertmių paviršių spinduliuojantys lazeriai, siekiant įveikti pagrindinę problemą, kuri kankino tradicinių puslaidininkinių lazerių kūrimą: kaip gaminti didelės galios lazerio išvesties aukštos spinduliuotės kokybe pagrindiniu skersiniu režimu.
Vertikalios išorinės ertmės paviršių spinduliuojantys lazeriai (Vecsels), taip pat žinomi kaippuslaidininkiniai diskiniai lazeriai(SDL) yra palyginti naujas lazerių šeimos narys. Jis gali suprojektuoti emisijos bangos ilgį, pakeisdamas medžiagos sudėtį ir kvantinio šulinio storį puslaidininkių stiprinimo terpėje, o kartu su intraertmės dažnio padvigubėjimu gali apimti platų bangų ilgių diapazoną nuo ultravioletinių iki tolimųjų infraraudonųjų spindulių, taip išgaunant didelę galią ir išlaikant mažą skirtumą. Kampinis apskritas simetriškas lazerio spindulys. Lazerio rezonatorius sudarytas iš apatinės stiprinimo lusto DBR struktūros ir išorinio išvesties sujungimo veidrodžio. Ši unikali išorinio rezonatoriaus struktūra leidžia į ertmę įterpti optinius elementus tokioms operacijoms kaip dažnio padvigubinimas, dažnių skirtumas ir režimo fiksavimas, todėl VECSEL yra idealus.lazerio šaltinispritaikymui nuo biofotonikos, spektroskopijos,lazerinė medicina, ir lazerinė projekcija.
VC paviršių spinduliuojančio puslaidininkinio lazerio rezonatorius yra statmenas plokštumai, kurioje yra aktyvioji sritis, o jo išėjimo šviesa statmena aktyviosios srities plokštumai, kaip parodyta paveikslėlyje.VCSEL turi unikalių privalumų, tokių kaip mažas dydis, aukštas dažnis, gera pluošto kokybė, didelės ertmės paviršiaus pažeidimo slenkstis ir gana paprastas gamybos procesas. Tai puikiai veikia lazerinio ekrano, optinio ryšio ir optinio laikrodžio srityse. Tačiau VCsels negali gauti didelės galios lazerių, viršijančių vatų lygį, todėl jie negali būti naudojami laukuose, kuriems reikia didelių galios.

VCSEL lazerinis rezonatorius sudarytas iš paskirstyto Bragg reflektoriaus (DBR), sudaryto iš daugiasluoksnės epitaksinės puslaidininkinės medžiagos struktūros viršutinėje ir apatinėje aktyviosios srities pusėse, kuri labai skiriasi nuolazerisrezonatorius, sudarytas iš skilimo plokštumos EEL. VCSEL optinio rezonatoriaus kryptis yra statmena lusto paviršiui, lazerio išėjimas taip pat statmenas lusto paviršiui, o abiejų DBR pusių atspindys yra daug didesnis nei EEL tirpalo plokštumos.
VCSEL lazerinio rezonatoriaus ilgis paprastai yra keli mikronai, o tai yra daug mažesnis nei EEL milimetro rezonatoriaus ilgis, o vienpusis stiprinimas, gaunamas dėl optinio lauko virpesių ertmėje, yra mažas. Nors galima pasiekti pagrindinę skersinio režimo išvestį, išėjimo galia gali siekti tik kelis milivatus. VCSEL išėjimo lazerio pluošto skerspjūvio profilis yra apskritas, o nuokrypio kampas yra daug mažesnis nei kraštą skleidžiančio lazerio spindulio. Norint pasiekti didelę VCSEL galią, reikia padidinti šviesos sritį, kad būtų daugiau stiprinimo, o padidinus šviesos sritį, išvesties lazeris taps kelių režimų išvestimi. Tuo pačiu metu sunku pasiekti vienodą srovės įpurškimą didelėje šviesos srityje, o netolygus srovės įpurškimas apsunkins perteklinės šilumos kaupimąsi. Trumpai tariant, VCSEL gali išvesti pagrindinio režimo apskritą simetrišką tašką, naudodamas pagrįstą konstrukciją, tačiau išvesties galia yra maža, kai išėjimas yra vieno režimo. Todėl į išvesties režimą dažnai integruojami keli VCselai.