Dikey boşluklu yüzeyden yayılan yarı iletken lazerin (VCSEL) tanıtımı

Dikey boşluklu yüzeyden yayılan ışık sistemlerine girişyarı iletken lazer(VCSEL)
Dikey harici boşluklu yüzeyden yayılan lazerler, 1990'ların ortalarında, geleneksel yarı iletken lazerlerin geliştirilmesini engelleyen temel bir sorunun üstesinden gelmek için geliştirilmiştir: temel enine modda yüksek ışın kalitesine sahip yüksek güçlü lazer çıkışları nasıl üretilir?
Dikey dış boşluklu yüzeyden yayılan lazerler (Vecsel'ler), aynı zamanda şu şekilde de bilinir:yarı iletken disk lazerleri(SDL), lazer ailesinin nispeten yeni bir üyesidir. Yarı iletken kazanç ortamındaki kuantum kuyusunun malzeme bileşimini ve kalınlığını değiştirerek emisyon dalga boyunu tasarlayabilir ve iç boşluk frekans ikiye katlama ile birleştirildiğinde ultraviyoleden uzak kızılötesine kadar geniş bir dalga boyu aralığını kapsayabilir, düşük sapma açılı dairesel simetrik lazer ışını korurken yüksek güç çıkışı elde edebilir. Lazer rezonatörü, kazanç çipinin alt DBR yapısından ve harici çıkış kuplaj aynasından oluşur. Bu benzersiz harici rezonatör yapısı, frekans ikiye katlama, frekans farkı ve mod kilitleme gibi işlemler için optik elemanların boşluğa yerleştirilmesine olanak tanır ve VECSEL'i ideal bir lazer haline getirir.lazer kaynağıBiyofotonik, spektroskopi gibi çeşitli uygulamalar için,lazer tıbbıve lazer projeksiyonu.
Şekilde gösterildiği gibi, VC yüzeyden yayılan yarı iletken lazerin rezonatörü, aktif bölgenin bulunduğu düzleme diktir ve çıkış ışığı da aktif bölgenin düzlemine diktir. VCSEL, küçük boyut, yüksek frekans, iyi ışın kalitesi, geniş boşluk yüzey hasar eşiği ve nispeten basit üretim süreci gibi benzersiz avantajlara sahiptir. Lazer ekran, optik iletişim ve optik saat uygulamalarında mükemmel performans göstermektedir. Bununla birlikte, VCSEL'ler watt seviyesinin üzerinde yüksek güçlü lazerler elde edemez, bu nedenle yüksek güç gereksinimleri olan alanlarda kullanılamazlar.

VCSEL'in lazer rezonatörü, aktif bölgenin hem üst hem de alt taraflarında yarı iletken malzemenin çok katmanlı epitaksiyel yapısından oluşan dağıtılmış Bragg reflektörden (DBR) oluşur ve bu, geleneksel lazer rezonatörlerinden oldukça farklıdır.lazerEEL'de yarılma düzleminden oluşan rezonatör. VCSEL optik rezonatörünün yönü çip yüzeyine diktir, lazer çıkışı da çip yüzeyine diktir ve DBR'nin her iki tarafının yansıtıcılığı EEL çözelti düzlemininkinden çok daha yüksektir.
VCSEL'in lazer rezonatörünün uzunluğu genellikle birkaç mikrondur; bu, EEL'in milimetre rezonatöründen çok daha küçüktür ve boşluktaki optik alan salınımıyla elde edilen tek yönlü kazanç düşüktür. Temel enine mod çıkışı elde edilebilse de, çıkış gücü yalnızca birkaç milivat seviyesine ulaşabilir. VCSEL çıkış lazer ışınının kesit profili daireseldir ve sapma açısı, kenardan yayılan lazer ışınından çok daha küçüktür. VCSEL'in yüksek güç çıkışını elde etmek için, daha fazla kazanç sağlamak üzere ışık yayan bölgeyi artırmak gerekir ve ışık yayan bölgenin artması, çıkış lazerinin çok modlu bir çıkış haline gelmesine neden olur. Aynı zamanda, geniş bir aydınlatma bölgesinde düzgün akım enjeksiyonu sağlamak zordur ve düzensiz akım enjeksiyonu, atık ısı birikimini daha da kötüleştirecektir. Kısacası, VCSEL, makul bir yapısal tasarım ile temel modda dairesel simetrik nokta üretebilir, ancak çıkış tek modlu olduğunda çıkış gücü düşüktür. Bu nedenle, çıkış moduna genellikle birden fazla VCSEL entegre edilir.