مقدمه ای بر لیزر نیمه هادی ساطع کننده سطح حفره عمودی (VCSEL)

مقدمه ای بر تابش سطح حفره عمودیلیزر نیمه هادی(VCSEL)
لیزرهای ساطع کننده سطح حفره خارجی عمودی در اواسط دهه 1990 برای غلبه بر یک مشکل کلیدی که توسعه لیزرهای نیمه هادی سنتی را با مشکل مواجه کرده است، توسعه یافتند: نحوه تولید خروجی لیزر پرقدرت با کیفیت پرتو بالا در حالت عرضی اساسی.
لیزرهای ساطع کننده سطح حفره خارجی عمودی (Vecsels) که با نام‌های دیگر نیز شناخته می‌شوندلیزرهای دیسک نیمه هادی(SDL)، عضوی نسبتاً جدید از خانواده لیزرها هستند. این می تواند طول موج انتشار را با تغییر ترکیب مواد و ضخامت چاه کوانتومی در محیط بهره نیمه هادی طراحی کند، و همراه با دو برابر شدن فرکانس درون حفره می تواند طیف گسترده ای از طول موج از ماوراء بنفش تا مادون قرمز دور را پوشش دهد، به توان خروجی بالا دست یابد و در عین حال واگرایی کم را حفظ کند. پرتو لیزر متقارن دایره ای زاویه ای. تشدید کننده لیزر از ساختار DBR پایین تراشه بهره و آینه کوپلینگ خروجی خارجی تشکیل شده است. این ساختار تشدید کننده خارجی منحصر به فرد اجازه می دهد تا عناصر نوری برای عملیات هایی مانند دو برابر کردن فرکانس، اختلاف فرکانس و قفل کردن حالت در حفره قرار داده شوند و VECSEL را به یک ایده آل تبدیل کند.منبع لیزربرای کاربردهای مختلف از بیوفوتونیک، طیف‌سنجی،پزشکی لیزرو پروجکشن لیزری
تشدید کننده لیزر نیمه هادی ساطع کننده سطح VC عمود بر صفحه ای است که ناحیه فعال در آن قرار دارد و نور خروجی آن عمود بر صفحه ناحیه فعال است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. VCSEL دارای مزایای منحصر به فردی مانند کوچک است. اندازه، فرکانس بالا، کیفیت پرتو خوب، آستانه آسیب سطح حفره بزرگ و فرآیند تولید نسبتا ساده. عملکرد عالی در کاربردهای نمایش لیزری، ارتباطات نوری و ساعت نوری را نشان می دهد. با این حال، VCsel ها نمی توانند لیزرهای پرقدرت بالاتر از سطح وات را بدست آورند، بنابراین نمی توان از آنها در زمینه هایی با توان بالا استفاده کرد.

تشدید کننده لیزر VCSEL از یک بازتابنده براگ توزیع شده (DBR) تشکیل شده است که از ساختار همپایی چند لایه از مواد نیمه هادی در دو طرف بالایی و پایینی ناحیه فعال تشکیل شده است که بسیار متفاوت ازلیزرتشدید کننده متشکل از صفحه برش در EEL. جهت تشدید کننده نوری VCSEL عمود بر سطح تراشه است، خروجی لیزر نیز عمود بر سطح تراشه است، و انعکاس هر دو طرف DBR بسیار بیشتر از صفحه محلول EEL است.
طول تشدید کننده لیزر VCSEL به طور کلی چند میکرون است که بسیار کوچکتر از تشدید کننده میلی متری EEL است و بهره یک طرفه به دست آمده از نوسان میدان نوری در حفره کم است. اگرچه خروجی حالت عرضی اساسی را می توان به دست آورد، توان خروجی تنها می تواند به چندین میلی وات برسد. نمایه مقطع پرتو لیزر خروجی VCSEL دایره ای است و زاویه واگرایی بسیار کوچکتر از پرتو لیزر ساطع کننده لبه است. برای دستیابی به توان خروجی بالای VCSEL، باید ناحیه نورانی را افزایش داد تا بهره بیشتر را فراهم کرد و افزایش ناحیه نورانی باعث می شود لیزر خروجی به یک خروجی چند حالته تبدیل شود. در عین حال، دستیابی به تزریق جریان یکنواخت در یک منطقه نورانی بزرگ دشوار است و تزریق جریان ناهموار انباشت گرمای اتلاف را تشدید می‌کند. به طور خلاصه، VCSEL می‌تواند نقطه متقارن دایره‌ای حالت پایه را از طریق طراحی ساختاری معقول تولید کند، اما توان خروجی زمانی که خروجی تک حالت باشد کم است. بنابراین، چندین VCsel اغلب در حالت خروجی ادغام می شوند.