Introdución ao láser semiconductor emisor de superficie de cavidade vertical (VCSEL)

Introdución á emisión superficial de cavidade verticalláser de semicondutores(VCSEL)
Os láseres de emisión superficial de cavidade externa vertical desenvolvéronse a mediados da década de 1990 para superar un problema fundamental que azoutou o desenvolvemento dos láseres semicondutores tradicionais: como producir saídas de láser de alta potencia con alta calidade de feixe en modo transversal fundamental.
Láseres emisores de superficie de cavidade externa vertical (Vecsels), tamén coñecidos comoláseres de discos semicondutores(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 dos semicondutores, e combinado coa duplicación da frecuencia intracavidade pode cubrir un amplo rango de lonxitudes de onda desde o ultravioleta ata o infravermello afastado, logrando unha alta potencia de saída mantendo unha baixa diverxencia. Rayo láser simétrico circular angular. O resonador láser está composto pola estrutura DBR inferior do chip de ganancia e o espello de acoplamento de saída externa. Esta estrutura única de resonador externo permite inserir elementos ópticos na cavidade para operacións como a duplicación de frecuencia, a diferenza de frecuencia e o bloqueo de modo, facendo que VECSEL sexa ideal.fonte láserpara aplicacións que van desde biofotónica, espectroscopia,medicina láser, e proxección láser.
O resonador do láser semicondutor emisor de superficie VC 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 na figura. VCSEL ten vantaxes únicas, como pequenas tamaño, alta frecuencia, boa calidade do feixe, gran limiar de danos na superficie da cavidade e proceso de produción relativamente sinxelo. Mostra un excelente rendemento nas aplicacións de pantalla láser, comunicación óptica e reloxo óptico. Non obstante, os VCsels non poden obter láseres de alta potencia por encima do nivel de vatios, polo que non se poden usar en campos con requisitos de alta potencia.

O resonador láser de VCSEL está composto por un reflector Bragg distribuído (DBR) composto por unha estrutura epitaxial multicapa de material semicondutor tanto nos lados superior como inferior da rexión activa, que é moi diferente doláserresonador composto por plano de escisión en EEL. A dirección do resonador óptico VCSEL é perpendicular á superficie do chip, a saída do láser tamén é perpendicular á superficie do chip e a reflectividade de ambos os dous lados do DBR é moito maior que a do plano de solución EEL.
A lonxitude do resonador láser de VCSEL é xeralmente dunhas poucas micras, que é moito menor que a do resonador milimétrico de EEL, e a ganancia unidireccional obtida pola oscilación do campo óptico na cavidade é baixa. Aínda que se pode conseguir a saída de modo transversal fundamental, a potencia de saída só pode alcanzar varios milivatios. O perfil da sección transversal do feixe láser de saída VCSEL é circular e o ángulo de diverxencia é moito menor que o do raio láser que emite o bordo. Para conseguir unha alta potencia de saída 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 multimodo. 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 residual. a potencia de saída é baixa cando a saída é de modo único. Polo tanto, moitas veces se integran varios VCsels no modo de saída.