Introdución á superficie da cavidade vertical emisora ​​láser semiconductor (VCSEL)

Introdución á emisión de superficie da cavidade verticalLáser semiconductor(VCSEL)
A mediados dos noventa desenvolvéronse láseres de emisión de superficie da cavidade externa vertical para superar un problema clave que asolou o desenvolvemento de láseres semicondutores tradicionais: como producir saídas de láser de alta potencia con alta calidade de feixe en modo transversal fundamental.
Láseres emisores á superficie da cavidade externa vertical (Vecsels), tamén coñecidos comoLáseres de disco de semiconductores(SDL), son un membro relativamente novo da familia láser. Pode deseñar a lonxitude de onda de emisión cambiando a composición do material e o grosor do pozo cuántico no medio de ganancia de semiconductores, e combinados con frecuencia de intracavidade que a duplicación pode cubrir un rango de lonxitude de onda ampla desde ultravioleta a infravermello afarro, logrando unha potencia de alta potencia, mantendo un feixe simétrico circular circular de ángulo circular. O resonador láser está composto pola estrutura DBR inferior do chip de ganancia e o espello de acoplamiento de saída externa. Esta única estrutura de resonadores externos permite inserir elementos ópticos na cavidade para operacións como a duplicación de frecuencia, a diferenza de frecuencia e o bloqueo de modo, facendo de Vecsel un idealfonte láserpara aplicacións que van desde biofotónica, espectroscopia,Medicina láser, e proxección láser.
O resonador do láser semiconductor emisor de VC-Surface é perpendicular ao plano onde se atopa a rexión activa, e a súa luz de saída é perpendicular ao plano da rexión activa, como se mostra no figura. VCSEL ten vantaxes únicas, como o tamaño de pequeno tamaño, a alta frecuencia, a boa calidade de feixe, gran cavidade de cavidade da cavidade e o proceso de produción relativamente simple. Amosa un excelente rendemento nas aplicacións de pantalla láser, comunicación óptica e reloxo óptico. Non obstante, as VCSEL non poden obter láseres de alta potencia por encima do nivel Watt, polo que non se poden usar en campos con altos requirimentos de potencia.

O resonador láser de VCSEL está composto por un reflector Bragg (DBR) distribuído composto por estrutura epitaxial de varias capas do material de semiconductores tanto nos lados superiores como na rexión activa, moi diferente doláserresonador composto por plano de escisión na anguía. A dirección do resonador óptico de VCSEL é perpendicular á superficie do chip, a saída láser tamén é perpendicular á superficie do chip, e a reflectividade de ambos os dous lados do DBR é moi superior á do plano da solución de anguías.
A lonxitude do resonador láser de VCSEL é xeralmente algúns micras, o que é moito menor que o do resonador do milímetro da anguía, e a ganancia unidireccional obtida pola oscilación de campo óptico na cavidade é baixa. Aínda que se pode conseguir a saída fundamental do modo transversal, a potencia de saída só pode chegar a varios milianos. O perfil de sección transversal do feixe láser de saída de VCSEL é circular, e o ángulo de diverxencia é moito menor que o do feixe láser emisor de bordo. Para lograr unha alta potencia de VCSEL, é necesario aumentar a rexión luminosa para proporcionar máis ganancia e o aumento da rexión luminosa fará que o láser de saída se converta nunha saída de varios modos. Ao mesmo tempo, é difícil conseguir unha inxección de corrente uniforme nunha gran rexión luminosa, e a inxección de corrente desigual agravará a acumulación de calor dos residuos. En corta, o VCSEL pode emitir o modo básico Spot Symmétrico a través dun deseño estrutural razoable, pero a potencia de saída é baixa cando a saída é un modo único. Por iso, vCSels múltiples son a miúdo integrados no modo de saída.