Introducción a la emisión de superficie de la cavidad verticalláser semiconductor(VCSEL)
Se desarrollaron láseres emisores de superficie externa vertical a mediados de la década de 1990 para superar un problema clave que ha afectado el desarrollo de los láseres de semiconductores tradicionales: cómo producir salidas de láser de alta potencia con alta calidad de haz en el modo transversal fundamental.
Láseres emisores de superficie de la cavidad externa vertical (vecsels), también conocidos comoláseres de disco de semiconductores(SDL), son un miembro relativamente nuevo de la familia láser. Puede diseñar la longitud de onda de emisión cambiando la composición del material y el grosor del pozo cuántico en el medio de ganancia de semiconductores, y combinado con duplicación de frecuencia intracavidad puede cubrir un rango de longitud de onda amplia desde ultravioleta hasta infrarrojo lejano, logre una alta potencia, mientras se mantiene un haz de láser simétrico circular de ángulo de ángulo de divergencia bajo. El resonador láser está compuesto por la estructura DBR inferior del chip de ganancia y el espejo de acoplamiento de salida externo. Esta estructura de resonador externo único permite que los elementos ópticos se inserten en la cavidad para operaciones como duplicación de frecuencia, diferencia de frecuencia y bloqueo de modo, lo que hace que Vecsel sea idealfuente láserPara aplicaciones que van desde biofotónica, espectroscopía,medicina lásery proyección láser.
El resonador del láser semiconductor de emisión de la superficie VC es perpendicular al plano donde se encuentra la región activa, y su luz de salida es perpendicular al plano de la región activa, como se muestra en la figura. Muestra un excelente rendimiento en las aplicaciones de la pantalla láser, la comunicación óptica y el reloj óptico. Sin embargo, los VCSEL no pueden obtener láseres de alta potencia por encima del nivel de vatios, por lo que no pueden usarse en campos con altos requisitos de potencia.
El resonador láser de VCSEL está compuesto por un reflector Bragg distribuido (DBR) compuesto por estructura epitaxial de múltiples capas del material semiconductor en los lados superior e inferior de la región activa, que es muy diferente de laláserResonador compuesto de plano de escisión en la anguila. La dirección del resonador óptico VCSEL es perpendicular a la superficie del chip, la salida del láser también es perpendicular a la superficie del chip, y la reflectividad de ambos lados del DBR es mucho más alta que la del plano de la solución EEL.
La longitud del resonador láser de VCSEL es generalmente de unos pocos micras, que es mucho más pequeño que la del resonador milimétrico de EEL, y la ganancia unidireccional obtenida por la oscilación del campo óptico en la cavidad es baja. Aunque se puede lograr la salida del modo transversal fundamental, la potencia de salida solo puede alcanzar varios miliwatios. El perfil de sección transversal del haz de láser de salida VCSEL es circular, y el ángulo de divergencia es mucho más pequeño que el del haz láser emisor de borde. Para lograr una alta potencia de salida de VCSEL, es necesario aumentar la región luminosa para proporcionar más ganancia, y el aumento de la región luminosa hará que el láser de salida se convierta en una salida de modo múltiple. Al mismo tiempo, es difícil lograr una inyección de corriente uniforme en una región luminosa grande, y la inyección de corriente desigual agravará la acumulación de calor de los residuos. En breve, el VCSEL puede generar el punto circular básico circular a través de un diseño estructural razonable, pero la potencia de salida es baja cuando la salida es un solo modo único.
Tiempo de publicación: mayo-21-2024