مقدمه‌ای بر گسیل سطحی حفره عمودیلیزر نیمه هادی(وی سی اس ای ال)
لیزرهای گسیلنده از سطح با حفره خارجی عمودی در اواسط دهه 1990 برای غلبه بر یک مشکل کلیدی که توسعه لیزرهای نیمه‌هادی سنتی را مختل کرده بود، توسعه یافتند: چگونگی تولید خروجی‌های لیزر پرقدرت با کیفیت پرتو بالا در حالت عرضی اساسی.
لیزرهای ساطع کننده سطح با حفره خارجی عمودی (Vecsels)، که با نام‌های دیگری نیز شناخته می‌شوندلیزرهای دیسکی نیمه‌هادی(SDL)، عضو نسبتاً جدیدی از خانواده لیزر هستند. این لیزر می‌تواند طول موج انتشار را با تغییر ترکیب مواد و ضخامت چاه کوانتومی در محیط بهره نیمه‌هادی طراحی کند و همراه با دو برابر کردن فرکانس درون کاواک می‌تواند طیف وسیعی از طول موج از فرابنفش تا مادون قرمز دور را پوشش دهد و در عین حال به توان خروجی بالایی دست یابد و در عین حال یک پرتو لیزر متقارن دایره‌ای با زاویه واگرایی کم را حفظ کند. تشدیدگر لیزر از ساختار DBR پایین تراشه بهره و آینه کوپلینگ خروجی خارجی تشکیل شده است. این ساختار تشدیدگر خارجی منحصر به فرد، امکان قرار دادن عناصر نوری در کاواک را برای عملیاتی مانند دو برابر کردن فرکانس، اختلاف فرکانس و قفل مد فراهم می‌کند و VECSEL را به یک لیزر ایده‌آل تبدیل می‌کند.منبع لیزربرای کاربردهایی از جمله بیوفوتونیک، طیف‌سنجی،پزشکی لیزریو طرح ریزی لیزری.
تشدیدگر لیزر نیمه‌هادی گسیلنده از سطح VC، عمود بر صفحه‌ای است که ناحیه فعال در آن قرار دارد و نور خروجی آن نیز عمود بر صفحه ناحیه فعال است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. VCSEL مزایای منحصر به فردی مانند اندازه کوچک، فرکانس بالا، کیفیت پرتو خوب، آستانه آسیب سطح حفره بزرگ و فرآیند تولید نسبتاً ساده دارد. این لیزر عملکرد بسیار خوبی در کاربردهای نمایشگر لیزری، ارتباطات نوری و ساعت نوری نشان می‌دهد. با این حال، VCsels نمی‌تواند لیزرهای پرقدرت بالاتر از سطح وات تولید کند، بنابراین نمی‌توان از آنها در زمینه‌هایی با نیاز به توان بالا استفاده کرد.
تشدیدگر لیزری VCSEL از یک بازتابنده براگ توزیع‌شده (DBR) تشکیل شده است که از ساختار اپیتاکسیال چندلایه از ماده نیمه‌هادی در دو طرف بالا و پایین ناحیه فعال تشکیل شده است، که بسیار متفاوت از ...لیزرتشدیدگر متشکل از صفحه شکاف در EEL. جهت تشدیدگر نوری VCSEL عمود بر سطح تراشه است، خروجی لیزر نیز عمود بر سطح تراشه است و بازتاب هر دو طرف DBR بسیار بیشتر از صفحه محلول EEL است.
طول تشدیدگر لیزری VCSEL عموماً چند میکرون است که بسیار کوچکتر از تشدیدگر میلی‌متری EEL است و بهره یک‌طرفه حاصل از نوسان میدان نوری در حفره کم است. اگرچه می‌توان به خروجی حالت عرضی اساسی دست یافت، اما توان خروجی تنها می‌تواند به چند میلی‌وات برسد. پروفیل سطح مقطع پرتو لیزر خروجی VCSEL دایره‌ای است و زاویه واگرایی بسیار کوچکتر از پرتو لیزر ساطع‌کننده لبه است. برای دستیابی به توان خروجی بالای VCSEL، لازم است ناحیه درخشان افزایش یابد تا بهره بیشتری فراهم شود و افزایش ناحیه درخشان باعث می‌شود لیزر خروجی به یک خروجی چند حالته تبدیل شود. در عین حال، دستیابی به تزریق جریان یکنواخت در یک ناحیه درخشان بزرگ دشوار است و تزریق جریان ناهموار باعث تشدید تجمع گرمای زائد می‌شود. به طور خلاصه، VCSEL می‌تواند از طریق طراحی ساختاری معقول، نقطه متقارن دایره‌ای حالت پایه را خروجی دهد، اما وقتی خروجی تک حالته است، توان خروجی کم است. بنابراین، اغلب چندین VCsel در حالت خروجی ادغام می‌شوند.
زمان ارسال: ۲۱ مه ۲۰۲۴