ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เซมิคอนดักเตอร์แนวตั้ง (VCSEL)

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการเปล่งพื้นผิวของโพรงแนวตั้งเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์(VCSEL)
เลเซอร์ที่เปล่งแสงพื้นผิวภายนอกแนวตั้งได้รับการพัฒนาในช่วงกลางทศวรรษที่ 1990 เพื่อเอาชนะปัญหาสำคัญที่ทำให้เกิดการพัฒนาเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิม: วิธีการผลิตเลเซอร์พลังงานสูงด้วยคุณภาพลำแสงสูงในโหมดตามขวางพื้นฐาน
เลเซอร์การเปล่งแสงพื้นผิวภายนอกแนวตั้ง (VECSELS) หรือที่รู้จักกันในชื่อเลเซอร์ดิสก์เซมิคอนดักเตอร์(SDL) เป็นสมาชิกที่ค่อนข้างใหม่ของตระกูลเลเซอร์ มันสามารถออกแบบความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาได้โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของวัสดุและความหนาของควอนตัมบ่อน้ำในสารกึ่งตัวนำและรวมกับความถี่ intracavity สองเท่าสามารถครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นกว้างตั้งแต่อัลตราไวโอเลตไปจนถึงอินฟราเรดไกล เรโซเนเตอร์เลเซอร์ประกอบด้วยโครงสร้าง DBR ด้านล่างของชิปเกนและกระจกคัปปลิ้งภายนอก โครงสร้าง resonator ภายนอกที่ไม่เหมือนใครนี้ช่วยให้องค์ประกอบทางแสงสามารถแทรกเข้าไปในโพรงสำหรับการทำงานเช่นความถี่การเพิ่มความถี่ความแตกต่างความถี่และการล็อคโหมดทำให้ Vecsel เป็นอุดมคติแหล่งกำเนิดเลเซอร์สำหรับการใช้งานตั้งแต่ biophotonics, spectroscopyยาเลเซอร์และการฉายเลเซอร์
เรโซเนเตอร์ของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ VC-surface นั้นตั้งฉากกับระนาบที่บริเวณที่ใช้งานอยู่และแสงที่ส่งออกของมันตั้งฉากกับระนาบของภูมิภาคที่ใช้งานดังแสดงในรูป Vcsel มีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร มันแสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในแอปพลิเคชันของการแสดงเลเซอร์การสื่อสารด้วยแสงและนาฬิกาออพติคอล อย่างไรก็ตาม VCSELS ไม่สามารถรับเลเซอร์กำลังสูงเหนือระดับวัตต์ได้ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้ในเขตข้อมูลที่มีความต้องการพลังงานสูง

ตัวสะท้อนเลเซอร์ของ VCSEL ประกอบด้วยตัวสะท้อนแสง Bragg (DBR) แบบกระจาย (DBR) ประกอบด้วยโครงสร้าง epitaxial หลายชั้นของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั้งด้านบนและด้านล่างของภูมิภาคที่ใช้งานอยู่ซึ่งแตกต่างจากเลเซอร์Resonator ประกอบด้วยระนาบระนาบในปลาไหล ทิศทางของ Resonator Optical VCSEL นั้นตั้งฉากกับพื้นผิวชิปเอาท์พุทเลเซอร์ก็ตั้งฉากกับพื้นผิวชิปและการสะท้อนแสงของทั้งสองด้านของ DBR นั้นสูงกว่าระนาบการแก้ปลาไหล
ความยาวของเรโซเนเตอร์เลเซอร์ของ VCSEL โดยทั่วไปจะมีเพียงไม่กี่ไมครอนซึ่งมีขนาดเล็กกว่าของเรโซเนเตอร์มิลลิเมตรของปลาไหลและการได้รับทางเดียวที่ได้จากการแกว่งของสนามออปติคัลในโพรงอยู่ในระดับต่ำ แม้ว่าเอาต์พุตโหมดตามขวางพื้นฐานสามารถทำได้ แต่กำลังเอาต์พุตสามารถเข้าถึงได้หลายมิลลิวัตต์เท่านั้น โปรไฟล์หน้าตัดของลำแสงเลเซอร์ VCSEL เอาท์พุทเป็นวงกลมและมุมที่แตกต่างนั้นเล็กกว่าลำแสงเลเซอร์ที่เปล่งออกมา เพื่อให้ได้เอาต์พุตพลังงานสูงของ VCSEL จำเป็นต้องเพิ่มพื้นที่ส่องสว่างเพื่อให้ได้กำไรมากขึ้นและการเพิ่มขึ้นของพื้นที่เรืองแสงจะทำให้เลเซอร์เอาท์พุทกลายเป็นเอาต์พุตหลายโหมด ในเวลาเดียวกันมันเป็นเรื่องยากที่จะได้รับการฉีดกระแสไฟฟ้าสม่ำเสมอในบริเวณที่ส่องสว่างขนาดใหญ่และการฉีดกระแสไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้การสะสมความร้อนของเสียกลับแย่ลงในระยะสั้น VCSEL สามารถส่งออกโหมดวงกลมพื้นฐานที่สมมาตรผ่านการออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสม