Introduzione all'emissione superficiale della cavità verticalelaser a semiconduttore(VCSEL)
I laser a emissione superficiale a cavità esterna verticale sono stati sviluppati a metà degli anni '90 per superare un problema chiave che ha afflitto lo sviluppo dei tradizionali laser a semiconduttore: come produrre uscite laser ad alta potenza con un'elevata qualità del raggio in modalità trasversale fondamentale.
Laser a emissione superficiale a cavità esterna verticale (Vecsels), noti anche comelaser a disco semiconduttore(SDL), sono un membro relativamente nuovo della famiglia dei laser. Può progettare la lunghezza d'onda di emissione modificando la composizione del materiale e lo spessore del pozzo quantico nel mezzo di guadagno del semiconduttore e, combinato con il raddoppio della frequenza all'interno della cavità, può coprire un ampio intervallo di lunghezze d'onda dall'ultravioletto all'infrarosso lontano, ottenendo un'elevata potenza in uscita mantenendo una bassa divergenza Raggio laser simmetrico circolare ad angolo. Il risonatore laser è composto dalla struttura DBR inferiore del chip di guadagno e dallo specchio di accoppiamento dell'uscita esterna. Questa struttura unica del risonatore esterno consente l'inserimento di elementi ottici nella cavità per operazioni quali il raddoppio della frequenza, la differenza di frequenza e il blocco della modalità, rendendo VECSEL un dispositivo idealesorgente laserper applicazioni che vanno dalla biofotonica, spettroscopia,medicina lasere proiezione laser.
Il risonatore del laser a semiconduttore ad emissione superficiale VC è perpendicolare al piano in cui si trova la regione attiva e la sua luce di uscita è perpendicolare al piano della regione attiva, come mostrato nella figura. VCSEL presenta vantaggi unici, come il piccolo dimensioni, alta frequenza, buona qualità del raggio, ampia soglia di danneggiamento della superficie della cavità e processo di produzione relativamente semplice. Mostra prestazioni eccellenti nelle applicazioni di display laser, comunicazione ottica e orologio ottico. Tuttavia, i VCsel non possono ottenere laser ad alta potenza superiori al livello di watt, quindi non possono essere utilizzati in campi con requisiti di potenza elevati.
Il risonatore laser di VCSEL è composto da un riflettore di Bragg distribuito (DBR) composto da una struttura epitassiale multistrato di materiale semiconduttore su entrambi i lati superiore e inferiore della regione attiva, che è molto diversa dallaserrisonatore composto da piano di scissione in EEL. La direzione del risonatore ottico VCSEL è perpendicolare alla superficie del chip, anche l'uscita del laser è perpendicolare alla superficie del chip e la riflettività di entrambi i lati del DBR è molto superiore a quella del piano della soluzione EEL.
La lunghezza del risonatore laser di VCSEL è generalmente di pochi micron, che è molto più piccola di quella del risonatore millimetrico di EEL, e il guadagno unidirezionale ottenuto dall'oscillazione del campo ottico nella cavità è basso. Sebbene sia possibile ottenere l'uscita in modalità trasversa fondamentale, la potenza di uscita può raggiungere solo diversi milliwatt. Il profilo della sezione trasversale del raggio laser in uscita dal VCSEL è circolare e l'angolo di divergenza è molto più piccolo di quello del raggio laser che emette i bordi. Per ottenere un'elevata potenza di uscita del VCSEL, è necessario aumentare la regione luminosa per fornire un maggiore guadagno e l'aumento della regione luminosa farà sì che il laser di uscita diventi un'uscita multimodale. Allo stesso tempo, è difficile ottenere un'iniezione di corrente uniforme in un'ampia regione luminosa e l'iniezione di corrente irregolare aggraverà l'accumulo di calore di scarto. In breve, il VCSEL può emettere il punto simmetrico circolare in modalità base attraverso un design strutturale ragionevole, ma il la potenza di uscita è bassa quando l'uscita è in modalità singola. Pertanto, nella modalità di uscita vengono spesso integrati più VCsel.
Orario di pubblicazione: 21 maggio 2024