Introdução ao laser de semicondutores emissor de superfície da cavidade vertical (VCSEL)

Introdução à emissão de superfície da cavidade verticallaser semicondutor(VCSEL)
Os lasers emissores de superfície de cavidade vertical foram desenvolvidos em meados da década de 90 para superar um problema importante que atormentou o desenvolvimento de lasers tradicionais de semicondutores: como produzir saídas a laser de alta potência com alta qualidade de feixe no modo transversal fundamental.
Lasers emissores de superfície de cavidade externa vertical (vecsels), também conhecidos comoLasers de disco semicondutor(SDL), são um membro relativamente novo da família a laser. Ele pode projetar o comprimento de onda de emissão alterando a composição do material e a espessura do poço quântico no meio de ganho de semicondutores e combinado com a duplicação de frequência intracavidade pode cobrir uma ampla faixa de comprimento de onda, desde o ultravioleta até o infravermelho distante, atingindo a alta potência da saída de energia. O ressonador a laser é composto pela estrutura DBR inferior do chip de ganho e do espelho de acoplamento de saída externo. Essa estrutura exclusiva de ressonador externo permite que os elementos ópticos sejam inseridos na cavidade para operações como duplicação de frequência, diferença de frequência e bloqueio de modo, tornando o Vecsel um idealFonte a laserPara aplicações que variam de biofotônica, espectroscopia,Medicina a lasere projeção a laser.
O ressonador do laser de semicondutor emissor da superfície VC é perpendicular ao plano onde a região ativa está localizada e sua luz de saída é perpendicular ao plano da região ativa, como mostrado na figura. Ele mostra excelente desempenho nas aplicações da tela a laser, comunicação óptica e relógio óptico. No entanto, os VCSELs não podem obter lasers de alta potência acima do nível de watt, para que não possam ser usados ​​em campos com altos requisitos de energia.

O ressonador a laser do VCSEL é composto por um refletor de Bragg distribuído (DBR) composto por estrutura epitaxial de várias camadas do material semicondutor nos lados superior e inferior da região ativa, que é muito diferente dolaserressonador composto pelo plano de clivagem na enguia. A direção do ressonador óptico do VCSEL é perpendicular à superfície do chip, a saída do laser também é perpendicular à superfície do chip, e a refletividade de ambos os lados do DBR é muito maior que a do plano da solução de enguia.
O comprimento do ressonador a laser do VCSEL é geralmente alguns mícrons, o que é muito menor que o do ressonador de milímetro da EEL, e o ganho unidirecional obtido pela oscilação do campo óptico na cavidade é baixo. Embora a saída do modo transversal fundamental possa ser alcançado, a potência de saída pode atingir apenas vários miliwatts. O perfil de seção transversal do feixe de laser de saída VCSEL é circular e o ângulo de divergência é muito menor que o do feixe de laser emissor de borda. Para obter alta potência de potência do VCSEL, é necessário aumentar a região luminosa para fornecer mais ganho, e o aumento da região luminoso fará com que o laser de saída se torne uma saída de modo múltiplo. Ao mesmo tempo, é difícil obter injeção uniforme de corrente em uma grande região luminosa, e a injeção de corrente desigual agravará o acúmulo de calor residuais. Em curto, o VCSEL pode gerar o modo básico circular simétrico por meio de um projeto estrutural razoável, mas a energia de saída é baixa quando o modo de saída é único.