Laser lumahing rongga vertikal emitting

Laser pemancar lumahing rongga vertikal yaiku laser semikonduktor generasi anyar sing wis berkembang kanthi cepet ing taun-taun pungkasan. Sing diarani "emisi permukaan rongga vertikal" tegese arah emisi laser tegak lurus karo bidang pembelahan utawa permukaan substrat. Cara emisi liyane sing cocog karo kasebut diarani "emisi pinggiran". Laser semikonduktor tradisional nganggo mode emisi pinggiran, yaiku, arah emisi laser sejajar karo permukaan substrat. Jenis laser iki diarani laser edge-emitting (EEL). Dibandhingake karo EEL, VCSEL nduweni kaluwihan kualitas balok sing apik, output mode tunggal, bandwidth modulasi dhuwur, umur dawa, integrasi lan tes sing gampang, lan liya-liyane, saengga wis akeh digunakake ing komunikasi optik, tampilan optik, sensing optik lan liya-liyane. sawah.

Supaya ngerti luwih intuisi lan khusus apa "emisi vertikal", kita kudu ngerti komposisi lan struktur VCSEL. Ing kene kita ngenalake VCSEL winates oksidasi:

Struktur dhasar saka VCSEL kalebu saka ndhuwur kanggo ngisor: P-jinis elektroda kontak ohmic, P-jinis doped DBR, lapisan kurungan oksida, multi-kuantum uga wilayah aktif, N-jinis doped DBR, substrat lan N-jinis elektroda kontak ohmic. Punika tampilan cross-sectional saka struktur VCSEL [1]. Area aktif saka VCSEL wis sandwiched antarane mirrors DBR ing loro-lorone, kang bebarengan mbentuk growong resonan Fabry-Perot. Umpan balik optik diwenehake dening DBR ing loro-lorone. Biasane, Reflektifitas DBR cedhak 100%, dene reflektivitas DBR ndhuwur luwih murah. Sajrone operasi, saiki disuntikake liwat lapisan oksida ing ndhuwur area aktif liwat elektrods ing loro-lorone, kang bakal mbentuk radiation stimulus ing wilayah aktif kanggo entuk output laser. Arah output laser jejeg ing permukaan area aktif, ngliwati permukaan lapisan kurungan, lan dipancarake saka pangilon DBR sing kurang reflektivitas.

Sawise ngerti struktur dhasar, gampang ngerti apa sing diarani "emisi vertikal" lan "emisi paralel". Gambar ing ngisor iki nuduhake metode emisi cahya saka VCSEL lan EEL [4]. VCSEL ditampilake ing tokoh punika mode ngisor-emitting, lan ana uga mode top-emitting.

Kanggo laser semikonduktor, kanggo nyuntikake elektron menyang area aktif, area aktif biasane diselehake ing persimpangan PN, elektron disuntikake menyang area aktif liwat lapisan N, lan bolongan disuntikake menyang area aktif liwat lapisan P. Kanggo entuk efisiensi lasing dhuwur, wilayah aktif umume ora doped. Nanging, ana impurities latar mburi ing chip semikonduktor sak proses wutah, lan wilayah aktif ora semikonduktor intrinsik becik. Nalika operator nyuntikaken gabungke karo impurities, umur operator bakal suda, asil ing abang ing efficiency lasing saka laser, nanging ing wektu sing padha bakal nambah tingkat modulasi saka laser, supaya kadhangkala wilayah aktif. sengaja didol. Nambah tingkat modulasi nalika njamin kinerja.

Kajaba iku, kita bisa ndeleng saka introduksi sadurungé saka DBR sing dawa growong efektif VCSEL punika kekandelan saka wilayah aktif plus ambane seng nembus saka DBR loro-lorone. Wilayah aktif VCSEL tipis, lan dawa sakabèhé rongga resonansi biasane sawetara mikron. EEL nggunakake emisi pinggiran, lan dawa rongga umume sawetara atus mikron. Mulane, VCSEL nduweni dawa rongga sing luwih cendhek, jarak sing luwih gedhe antarane mode longitudinal, lan karakteristik mode longitudinal tunggal sing luwih apik. Kajaba iku, volume area aktif VCSEL uga luwih cilik (0,07 mikron kubik, dene EEL umume 60 mikron kubik), saengga arus ambang VCSEL uga luwih murah. Nanging, ngurangi volume area aktif nyusut rongga resonansi, sing bakal nambah mundhut lan nambah Kapadhetan elektron sing dibutuhake kanggo osilasi. Perlu kanggo nambah reflektivitas rongga resonansi, supaya VCSEL kudu nyiapake DBR kanthi reflektivitas dhuwur. . Nanging, ana reflektivitas optimal kanggo output cahya maksimal, sing ora ateges sing luwih dhuwur reflektivitas, luwih apik. Cara nyuda mundhut cahya lan nyiapake pangilon kanthi reflektivitas dhuwur mesthi dadi kesulitan teknis.