Introducción a la emisión de superficie de cavidad vertical.láser semiconductor(VCSEL)
Los láseres de emisión superficial de cavidad externa vertical se desarrollaron a mediados de la década de 1990 para superar un problema clave que ha plagado el desarrollo de los láseres semiconductores tradicionales: cómo producir salidas láser de alta potencia con alta calidad de haz en modo transversal fundamental.
Láseres emisores de superficie de cavidad externa vertical (Vecsels), también conocidos comoláseres de disco semiconductor(SDL), son un miembro relativamente nuevo de la familia de los láseres. Puede diseñar la longitud de onda de emisión cambiando la composición del material y el espesor del pozo cuántico en el medio de ganancia del semiconductor, y combinado con la duplicación de frecuencia intracavidad puede cubrir un amplio rango de longitud de onda desde ultravioleta hasta infrarrojo lejano, logrando una alta potencia de salida manteniendo una baja divergencia. Haz láser simétrico circular en ángulo. El resonador láser se compone de la estructura DBR inferior del chip de ganancia y el espejo de acoplamiento de salida externo. Esta estructura de resonador externo única permite insertar elementos ópticos en la cavidad para operaciones como duplicación de frecuencia, diferencia de frecuencia y bloqueo de modo, lo que convierte a VECSEL en un instrumento ideal.fuente láserpara aplicaciones que van desde biofotónica, espectroscopia,medicina lásery proyección láser.
El resonador del láser semiconductor emisor de 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. VCSEL tiene ventajas únicas, como pequeñas tamaño, alta frecuencia, buena calidad del haz, umbral de daño a la superficie de la cavidad grande y proceso de producción relativamente simple. Muestra un rendimiento excelente en las aplicaciones de visualización láser, comunicación óptica y reloj óptico. Sin embargo, los VCsels no pueden obtener láseres de alta potencia por encima del nivel de vatios, por lo que no pueden usarse en campos con requisitos de alta potencia.
El resonador láser de VCSEL está compuesto por un reflector de Bragg distribuido (DBR) compuesto por una estructura epitaxial multicapa de material semiconductor en los lados superior e inferior de la región activa, que es muy diferente delláserResonador compuesto por plano de clivaje en EEL. 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 mayor que la del plano de solución EEL.
La longitud del resonador láser de VCSEL es generalmente de unas pocas micras, que es mucho más pequeña 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 en modo transversal fundamental, la potencia de salida sólo puede alcanzar varios milivatios. El perfil de la sección transversal del rayo láser de salida del VCSEL es circular y el ángulo de divergencia es mucho menor que el del rayo láser que emite el borde. Para lograr una salida de alta potencia 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 multimodo. Al mismo tiempo, es difícil lograr una inyección de corriente uniforme en una gran región luminosa, y la inyección de corriente desigual agravará la acumulación de calor residual. En resumen, el VCSEL puede generar el punto simétrico circular del modo básico mediante un diseño estructural razonable, pero el la potencia de salida es baja cuando la salida es de modo único. Por lo tanto, a menudo se integran varios VCsel en el modo de salida.
Hora de publicación: 21 de mayo de 2024