Įvadas į vertikaliai rezonuojantį paviršinį puslaidininkinį lazerį (VCSEL)

Įvadas į vertikalią ertmės paviršiaus spinduliuotępuslaidininkinis lazeris(VCSEL)
Vertikalūs išorinių rezonatorių paviršinio spinduliavimo lazeriai buvo sukurti dešimtojo dešimtmečio viduryje, siekiant išspręsti pagrindinę problemą, kuri kamavo tradicinių puslaidininkinių lazerių kūrimą: kaip sukurti didelės galios lazerio išvestį, pasižyminčią aukšta spindulio kokybe pagrindiniu skersiniu režimu.
Vertikalūs išorinių rezonatorių paviršiuje skleidžiantys lazeriai (Vecsel), dar vadinamipuslaidininkiniai diskiniai lazeriai(SDL) yra palyginti naujas lazerių šeimos narys. Jie gali keisti emisijos bangos ilgį keisdami puslaidininkinės stiprinimo terpės kvantinės duobės medžiagos sudėtį ir storį, o kartu su dažnio dvigubinimu ertmėje gali apimti platų bangos ilgių diapazoną nuo ultravioletinių iki tolimųjų infraraudonųjų spindulių, pasiekdami didelę galią ir išlaikydami mažos divergencijos kampą turintį apskritą simetrišką lazerio spindulį. Lazerinis rezonatorius sudarytas iš stiprinimo lusto apatinės DBR struktūros ir išorinio išėjimo jungiamojo veidrodžio. Ši unikali išorinio rezonatoriaus struktūra leidžia į ertmę įdėti optinius elementus tokioms operacijoms kaip dažnio dvigubinimas, dažnio skirtumas ir režimo fiksavimas, todėl VECSEL yra idealus pasirinkimas.lazerio šaltinisskirtos įvairioms reikmėms – nuo ​​biofotonikos, spektroskopijos,lazerinė medicinair lazerinė projekcija.
VC paviršiaus spinduliuojančio puslaidininkinio lazerio rezonatorius yra statmenas aktyviosios srities plokštumai, o jo išėjimo šviesa yra statmena aktyviosios srities plokštumai, kaip parodyta paveikslėlyje. VCSEL turi unikalių privalumų, tokių kaip mažas dydis, aukštas dažnis, gera spindulio kokybė, didelė ertmės paviršiaus pažeidimo riba ir gana paprastas gamybos procesas. Jis puikiai veikia lazerinių ekranų, optinio ryšio ir optinio laikrodžio srityse. Tačiau VCsel negali gauti didelės galios lazerių, viršijančių vatų lygį, todėl jie negali būti naudojami srityse, kuriose reikia didelio galingumo.

VCSEL lazerinis rezonatorius sudarytas iš paskirstyto Brago reflektoriaus (DBR), sudaryto iš daugiasluoksnės epitaksinės puslaidininkinės medžiagos struktūros tiek viršutinėje, tiek apatinėje aktyviosios srities pusėse, kuri labai skiriasi nuolazerisRezonatorius, sudarytas iš skilimo plokštumos EEL. VCSEL optinio rezonatoriaus kryptis yra statmena lusto paviršiui, lazerio išvestis taip pat yra statmena lusto paviršiui, o abiejų DBR pusių atspindumas yra daug didesnis nei EEL tirpalo plokštumos.
VCSEL lazerinio rezonatoriaus ilgis paprastai yra keli mikronai, daug mažesnis nei EEL milimetrinio rezonatoriaus, o vienpusis stiprinimas, gaunamas dėl optinio lauko virpesių ertmėje, yra mažas. Nors galima pasiekti pagrindinį skersinio režimo išėjimą, išėjimo galia gali siekti tik kelis milivatus. VCSEL išėjimo lazerio spindulio skerspjūvio profilis yra apskritas, o skerspjūvio kampas yra daug mažesnis nei kraštinio spinduliavimo lazerio spindulio. Norint pasiekti didelę VCSEL išėjimo galią, reikia padidinti šviesos sritį, kad būtų užtikrintas didesnis stiprinimas, o šviesos srities padidinimas sukels išėjimo lazerio daugiamodį išėjimą. Tuo pačiu metu sunku pasiekti vienodą srovės įpurškimą didelėje šviesos srityje, o netolygus srovės įpurškimas padidins šilumos kaupimąsi. Trumpai tariant, VCSEL gali išvesti pagrindinio režimo apskritą simetrišką tašką dėl pagrįstos konstrukcijos, tačiau išėjimo galia yra maža, kai išėjimas yra vienmodis. Todėl į išėjimo režimą dažnai integruojami keli VCsel.