Introduction au laser à semi-conducteur émettant de surface verticale (VCSEL)

Introduction à l'émission de surface de la cavité verticalelaser semi-conducteur(VCSEL)
Les lasers émettants de la surface de la cavité externe verticale ont été développés au milieu des années 1990 pour surmonter un problème clé qui a affligé le développement de lasers semi-conducteurs traditionnels: comment produire des sorties laser haute puissance avec la qualité des faisceaux routiers en mode transversal fondamental.
Lasers émettrices de surface externe verticale (VECSEL), également connue sous le nom delasers à disque semi-conducteur(SDL), sont un membre relativement nouveau de la famille laser. Il peut concevoir la longueur d'onde des émissions en modifiant la composition du matériau et l'épaisseur du puits quantique dans le milieu de gain semi-conducteur, et combiné avec un doublement de fréquence d'intracavité peut couvrir une large longueur d'onde de plage d'ultraviolet à un faisceau laser circulaire à faible divergence à faible divergence. Le résonateur laser est composé de la structure DBR inférieure de la puce de gain et du miroir de couplage de sortie externe. Cette structure de résonateur externe unique permet à des éléments optiques d'être insérés dans la cavité pour les opérations telles que le doublement de fréquence, la différence de fréquence et le verrouillage de mode, faisant de Vecsel un idéalsource laserPour des applications allant de la biophotonique, de la spectroscopie,médicament laseret projection laser.
Le résonateur du laser semi-conducteur émettant de la surface VC est perpendiculaire au plan où se trouve la région active, et sa lumière de sortie est perpendiculaire au plan de la région active, comme le montre la figure. VCSEL a des avantages uniques, tels que une petite taille, une bonne fréquence, une bonne qualité de faisceau, un grand seuil de production de dommages à la surface de la cavité et un processus de production relativement simple. Il montre d'excellentes performances dans les applications de l'affichage laser, de la communication optique et de l'horloge optique. Cependant, les VCSEL ne peuvent pas obtenir de lasers de haute puissance au-dessus du niveau WATT, ils ne peuvent donc pas être utilisés dans des champs avec des besoins élevés.

Le résonateur laser de VCSEL est composé d'un réflecteur Bragg distribué (DBR) composé d'une structure épitaxiale multicouche du matériau semi-conducteur sur les côtés supérieurs et inférieurs de la région active, qui est très différente de lalaserRésonateur composé d'un plan de clivage dans l'anguille. La direction du résonateur optique VCSEL est perpendiculaire à la surface de la puce, la sortie laser est également perpendiculaire à la surface de la puce, et la réflectivité des deux côtés du DBR est beaucoup plus élevée que celle du plan de solution d'anguille.
La longueur du résonateur laser de VCSEL est généralement quelques microns, qui est beaucoup plus petit que celui du résonateur millimètre de l'anguille, et le gain à sens unique obtenu par l'oscillation de champ optique dans la cavité est faible. Bien que la sortie de mode transversal fondamental puisse être obtenue, la puissance de sortie ne peut atteindre que plusieurs milliwatts. Le profil de section transversale du faisceau laser de sortie VCSEL est circulaire et l'angle de divergence est beaucoup plus petit que celui du faisceau laser émettant du bord. Pour obtenir une puissance élevée de VCSEL, il est nécessaire d'augmenter la région lumineuse pour fournir plus de gain, et l'augmentation de la région lumineuse entraînera le laser de sortie un débit multi-mode. Dans le même temps, il est difficile d'obtenir une injection de courant uniforme dans une grande région lumineuse, et l'injection de courant inégale aggravera l'accumulation de chaleur des déchets. En bref, le VCSEL peut sortir le mode circulaire de base de base. Par conséquent, plusieurs VCS sont souvent intégrés dans le mode de sortie.