Introduzione à u laser à semiconduttore à emissione superficiale di cavità verticale (VCSEL)

Introduzione à l'emissione superficiale di cavità verticalelaser à semiconduttore(VCSEL)
I laser à emissione superficiale di cavità esterna verticale sò stati sviluppati à a mità di l'anni 1990 per superà un prublema chjave chì hà afflittu u sviluppu di i laser à semiconduttori tradiziunali: cumu pruduce uscite laser d'alta putenza cù alta qualità di fasciu in modu trasversale fundamentale.
Laser à emissione superficiale di cavità esterna verticale (Vecsel), cunnisciuti ancu cum'èlaser à discu semiconduttore(SDL), sò un membru relativamente novu di a famiglia di laser. Pò cuncepisce a lunghezza d'onda d'emissione cambiendu a cumpusizione di u materiale è u spessore di u pozzu quanticu in u mezu di guadagnu di u semiconduttore, è cumminatu cù u radduppiamentu di frequenza intracavità pò copre una larga gamma di lunghezze d'onda da l'ultraviolettu à l'infrarossu luntanu, ottenendu una putenza elevata mantenendu un fasciu laser simmetricu circulare à bassa divergenza. U risonatore laser hè cumpostu da a struttura DBR inferiore di u chip di guadagnu è u specchiu di accoppiamentu di uscita esterna. Questa struttura unica di risonatore esterna permette di inserisce elementi ottici in a cavità per operazioni cum'è u radduppiamentu di frequenza, a differenza di frequenza è u bloccu di modu, rendendu VECSEL un ideale.fonte laserper applicazioni chì varieghjanu da a biofotonica, a spettroscopia,medicina laser, è pruiezione laser.
U risonatore di u laser semiconduttore à emissione superficiale VC hè perpendiculare à u pianu induve si trova a regione attiva, è a so luce di uscita hè perpendiculare à u pianu di a regione attiva, cum'è mostratu in a figura. VCSEL hà vantaghji unichi, cum'è dimensioni ridotte, alta frequenza, bona qualità di u fasciu, grande soglia di dannu di a superficia di a cavità è un prucessu di pruduzzione relativamente simplice. Mostra prestazioni eccellenti in l'applicazioni di visualizazione laser, cumunicazione ottica è orologio otticu. Tuttavia, i VCsel ùn ponu micca ottene laser di alta putenza sopra u livellu di watt, dunque ùn ponu micca esse aduprati in campi cù esigenze di putenza elevate.

U risonatore laser di VCSEL hè cumpostu da un riflettore Bragg distribuitu (DBR) cumpostu da una struttura epitassiale multistratu di materiale semiconduttore sia nantu à i lati superiore sia inferiore di a regione attiva, chì hè assai diversa da alaserrisonatore cumpostu da u pianu di scissione in EEL. A direzzione di u risonatore otticu VCSEL hè perpendiculare à a superficia di u chip, l'output laser hè ancu perpendiculare à a superficia di u chip, è a riflettività di i dui lati di u DBR hè assai più alta di quella di u pianu di suluzione EEL.
A lunghezza di u risonatore laser di VCSEL hè generalmente di pochi micron, chì hè assai più chjuca di quella di u risonatore millimetricu di EEL, è u guadagnu unidirezionale ottenutu da l'oscillazione di u campu otticu in a cavità hè bassu. Ancu s'è a pruduzzione di u modu trasversale fundamentale pò esse ottenuta, a putenza di pruduzzione pò ghjunghje solu à parechji milliwatt. U prufilu di a sezione trasversale di u fasciu laser di pruduzzione VCSEL hè circulare, è l'angulu di divergenza hè assai più chjucu di quellu di u fasciu laser chì emette bordi. Per ottene una putenza elevata di pruduzzione di VCSEL, hè necessariu aumentà a regione luminosa per furnisce più guadagnu, è l'aumentu di a regione luminosa farà chì u laser di pruduzzione diventi una pruduzzione multimodale. À u listessu tempu, hè difficiule d'ottene una iniezione di corrente uniforme in una grande regione luminosa, è l'iniezione di corrente irregulare aggraverà l'accumulazione di calore persu. In breve, u VCSEL pò pruduce u puntu simmetricu circulare di u modu basicu attraversu un cuncepimentu strutturale ragiunevule, ma a putenza di pruduzzione hè bassa quandu a pruduzzione hè in modu unicu. Dunque, parechji VCsel sò spessu integrati in u modu di pruduzzione.