مقدمة إلى سطح تجويف عمودي ينبعث ليزر أشباه الموصلات (VCSEL)

مقدمة في انبعاث سطح التجويف العموديليزر أشباه الموصلات(VCSEL)
تم تطوير أشعة الليزر التي تنبعث منها سطح التجويف الخارجية الرأسية في منتصف التسعينيات للتغلب على مشكلة رئيسية قد ابتليت بتطوير ليزر أشباه الموصلات التقليدية: كيفية إنتاج مخرجات ليزر عالية الطاقة مع جودة شعاع عالية في الوضع العارض الأساسي.
أشعة الليزر الباعثة للتجويف الخارجية العمودية (VECSELS) ، والمعروفة أيضًا باسمأشباه الموصلات ليزر القرص(SDL) ، عضو جديد نسبيا في عائلة الليزر. يمكنه تصميم الطول الموجي للانبعاثات عن طريق تغيير تركيبة المواد وسمك البئر الكمومية في وسط أشباه الموصلات ، ويمكن أن يغطي مضاعفة تردد داخل التجارة نطاقًا واسعًا من الطول الموجي من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء بكثير ، مما يحقق إخراج الطاقة العالية المنخفضة مع الحفاظ على شعاع Laser متماثل في زاوية الانحراف المنخفض. يتكون مرنان الليزر من بنية DBR السفلية لشريحة الكسب ومرآة اقتران الإخراج الخارجي. تتيح بنية الرنان الخارجي الفريدة هذه إدراج عناصر بصرية في تجويف العمليات مثل مضاعفة التردد ، وفرق التردد ، وقفل الوضع ، مما يجعل Vecsel مثاليًامصدر الليزرللتطبيقات التي تتراوح من علم الأحياء الحيوية ، التحليل الطيفي ،طب الليزروإسقاط الليزر.
إن مرنان ليزر أشباه الموصلات المنبعث من VC-Surface عمودي على المستوى الذي توجد فيه المنطقة النشطة ، ويكون ضوء الخرج عموديًا على مستوى المنطقة النشطة ، كما هو مبين في الشكل. يُظهر أداءً ممتازًا في تطبيقات عرض الليزر والاتصال البصري والساعة البصرية. ومع ذلك ، لا يمكن لـ VCSELS الحصول على الليزر عالي الطاقة أعلى من مستوى WATT ، لذلك لا يمكن استخدامها في الحقول ذات متطلبات الطاقة العالية.

يتكون مرنان الليزر لـ VCSEL من عاكس Bragg الموزع (DBR) الذي يتكون من بنية الحالة الفوقية متعددة الطبقات لمواد أشباه الموصلات على كل من الجانبين العلوي والسفلي للمنطقة النشطة ، والتي تختلف تمامًا عنالليزرمرنان يتكون من طائرة الانقسام في ثعبان البحر. اتجاه المرنان البصري VCSEL عمودي على سطح الرقاقة ، يكون ناتج الليزر عموديًا أيضًا على سطح الرقاقة ، كما أن انعكاس جانبي DBR أعلى بكثير من طائرة محلول ثعبان البحر.
يبلغ طول مرنان الليزر لـ VCSEL عمومًا بضعة ميكرون ، وهو أصغر بكثير من مرنان مليمتر من ثعبان البحر ، والكسب أحادي الاتجاه الذي تم الحصول عليه بواسطة تذبذب المجال البصري في التجويف منخفض. على الرغم من أنه يمكن تحقيق إخراج الوضع المستعرض الأساسي ، إلا أن طاقة الإخراج يمكن أن تصل فقط إلى عدة ملليوات. ملف تعريف المقطع العرضي لحزمة ليزر إخراج VCSEL دائرية ، وزاوية الاختلاف أصغر بكثير من شعاع الليزر الذي ينبعث منه الحافة. لتحقيق إنتاج طاقة عالية من VCSEL ، من الضروري زيادة المنطقة المضيئة لتوفير مزيد من المكاسب ، وستؤدي زيادة المنطقة المضيئة إلى أن يصبح ليزر الناتج ناتجًا متعدد الأوضاع. في الوقت نفسه ، من الصعب تحقيق حقن تيار موحد في منطقة مضيئة كبيرة ، والحقن الحالي غير المتكافئ سيؤدي إلى تفاقم تراكم حرارة النفايات. باختصار ، يمكن لـ VCSEL إخراج البقعة المتماثلة الدائرية في الوضع الأساسي من خلال التصميم الهيكلي المعقول ، ولكن قوة الإخراج منخفضة عندما يكون الناتج الوضع الفردي.