Inleiding tot verticale holte-oppervlakte-emitteringhalfgeleiderlaser(VCSEL)
Verticale lasers met externe holte en oppervlakte-emitterende eigenschappen werden halverwege de jaren negentig ontwikkeld om een groot probleem op te lossen dat de ontwikkeling van traditionele halfgeleiderlasers al die tijd had geplaagd: hoe konden lasersignalen met een hoog vermogen en een hoge bundelkwaliteit in de fundamentele transversale modus worden geproduceerd?
Verticale externe holte oppervlakte-emitterende lasers (Vecsels), ook bekend alshalfgeleiderschijflasers(SDL) zijn een relatief nieuw lid van de laserfamilie. Ze kunnen de emissiegolflengte ontwerpen door de materiaalsamenstelling en -dikte van de kwantumput in het halfgeleiderversterkingsmedium te wijzigen. In combinatie met intracavitaire frequentieverdubbeling kunnen ze een breed golflengtebereik bestrijken, van ultraviolet tot ver-infrarood. Dit levert een hoog uitgangsvermogen op met behoud van een cirkelvormige symmetrische laserstraal met een lage divergentiehoek. De laserresonator bestaat uit de onderste DBR-structuur van de versterkingschip en de externe uitgangskoppelingsspiegel. Deze unieke externe resonatorstructuur maakt het mogelijk om optische elementen in de holte te plaatsen voor bewerkingen zoals frequentieverdubbeling, frequentieverschil en mode-locking, waardoor VECSEL een ideale oplossing is.laserbronvoor toepassingen variërend van biofotonica, spectroscopie,lasergeneeskundeen laserprojectie.
De resonator van de VC-oppervlakte-emitterende halfgeleiderlaser staat loodrecht op het vlak waar het actieve gebied zich bevindt, en het licht dat eruit komt staat loodrecht op het vlak van het actieve gebied, zoals weergegeven in de afbeelding. VCSEL heeft unieke voordelen, zoals een klein formaat, hoge frequentie, goede bundelkwaliteit, een grote beschadigingsdrempel voor het holteoppervlak en een relatief eenvoudig productieproces. Het systeem presteert uitstekend in toepassingen zoals laserdisplays, optische communicatie en optische klokken. VCSELs kunnen echter geen lasers met een hoog vermogen boven het wattniveau produceren, waardoor ze niet geschikt zijn voor toepassingen met hoge vermogensvereisten.
De laserresonator van VCSEL bestaat uit een gedistribueerde Bragg-reflector (DBR) die is samengesteld uit een meerlaagse epitaxiale structuur van halfgeleidermateriaal aan zowel de boven- als onderkant van het actieve gebied, wat sterk verschilt van delaserResonator bestaande uit een splijtvlak in EEL. De richting van de VCSEL optische resonator staat loodrecht op het chipoppervlak, de laseruitvoer staat ook loodrecht op het chipoppervlak en de reflectiviteit van beide zijden van de DBR is veel hoger dan die van het EEL-oplossingsvlak.
De lengte van de laserresonator van VCSEL bedraagt over het algemeen enkele micrometers, wat veel kleiner is dan die van de millimeterresonator van EEL. De eenrichtingsversterking die wordt verkregen door de optische veldoscillatie in de holte is laag. Hoewel de fundamentele transversale modus-output kan worden bereikt, kan het uitgangsvermogen slechts enkele milliwatts bereiken. Het dwarsdoorsnedeprofiel van de VCSEL-uitvoerlaserstraal is cirkelvormig en de divergentiehoek is veel kleiner dan die van de randemitterende laserstraal. Om een hoog uitgangsvermogen van VCSEL te bereiken, is het noodzakelijk om het lichtgevende gebied te vergroten om meer versterking te bieden. Door het lichtgevende gebied te vergroten, wordt de uitvoerlaser een multi-mode-uitvoer. Tegelijkertijd is het moeilijk om een uniforme stroominjectie te bereiken in een groot lichtgevend gebied, en de ongelijkmatige stroominjectie zal de accumulatie van restwarmte verergeren. Kortom, de VCSEL kan de basismodus circulaire symmetrische spot leveren met een redelijk structureel ontwerp, maar het uitgangsvermogen is laag wanneer de uitvoer enkelvoudig is. Daarom worden er vaak meerdere VCsels in de uitvoermodus geïntegreerd.
Geplaatst op: 21 mei 2024