ვერტიკალური ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ნახევარგამტარული ლაზერის შესავალი (VCSEL)

შესავალი ვერტიკალური ღრუს ზედაპირის გამოსხივებაშინახევარგამტარული ლაზერი(VCSEL)
ვერტიკალური გარე ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ლაზერები შეიქმნა 1990-იანი წლების შუა ხანებში ძირითადი პრობლემის გადასაჭრელად, რომელიც აწუხებდა ტრადიციული ნახევარგამტარული ლაზერების განვითარებას: როგორ მივიღოთ მაღალი სიმძლავრის ლაზერული გამომავალი მაღალი სხივის ხარისხით ფუნდამენტურ განივი რეჟიმში.
ვერტიკალური გარე ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ლაზერები (Vecsels), ასევე ცნობილი როგორცნახევარგამტარული დისკის ლაზერები(SDL), ლაზერების ოჯახის შედარებით ახალი წევრია. მას შეუძლია შეიმუშავოს ემისიის ტალღის სიგრძე მატერიალური შემადგენლობისა და კვანტური ჭაბურღილის სისქის შეცვლით ნახევარგამტარის გამაძლიერებელ გარემოში და შიდა ღრუს სიხშირის გაორმაგებასთან ერთად შეიძლება დაფაროს ტალღის სიგრძის ფართო დიაპაზონი ულტრაიისფერიდან შორს ინფრაწითელამდე, მიაღწიოს მაღალ სიმძლავრეს და შეინარჩუნოს დაბალი დივერგენცია. კუთხის წრიული სიმეტრიული ლაზერის სხივი. ლაზერული რეზონატორი შედგება გამაძლიერებელი ჩიპის ქვედა DBR სტრუქტურისა და გარე გამომავალი დაწყვილების სარკისგან. ეს უნიკალური გარე რეზონატორის სტრუქტურა საშუალებას იძლევა ოპტიკური ელემენტების ჩასმა ღრუში ისეთი ოპერაციებისთვის, როგორიცაა სიხშირის გაორმაგება, სიხშირის სხვაობა და რეჟიმის ჩაკეტვა, რაც VECSEL-ს იდეალურს ხდის.ლაზერული წყაროაპლიკაციებისთვის დაწყებული ბიოფოტონიკით, სპექტროსკოპიით,ლაზერული წამალიდა ლაზერული პროექცია.
VC-ზედაპირის გამოსხივებული ნახევარგამტარული ლაზერის რეზონატორი პერპენდიკულარულია იმ სიბრტყეზე, სადაც აქტიური რეგიონია განლაგებული და მისი გამომავალი შუქი პერპენდიკულარულია აქტიური რეგიონის სიბრტყეზე, როგორც ნაჩვენებია ფიგურაში. VCSEL-ს აქვს უნიკალური უპირატესობები, როგორიცაა მცირე ზომა, მაღალი სიხშირე, კარგი სხივის ხარისხი, დიდი ღრუს ზედაპირის დაზიანების ბარიერი და შედარებით მარტივი წარმოების პროცესი. ის აჩვენებს შესანიშნავ შესრულებას ლაზერული ჩვენების, ოპტიკური კომუნიკაციისა და ოპტიკური საათის აპლიკაციებში. თუმცა, VCsel-ებს არ შეუძლიათ მიიღონ მაღალი სიმძლავრის ლაზერები ვტ დონეზე, ამიტომ მათი გამოყენება არ შეიძლება იმ სფეროებში, სადაც მაღალი სიმძლავრის მოთხოვნებია.

VCSEL-ის ლაზერული რეზონატორი შედგება განაწილებული ბრაგის რეფლექტორისგან (DBR), რომელიც შედგება ნახევარგამტარული მასალის მრავალშრიანი ეპიტაქსიალური სტრუქტურისგან აქტიური რეგიონის ზედა და ქვედა მხარეებზე, რაც ძალიან განსხვავდებალაზერულირეზონატორი, რომელიც შედგება გაყოფის სიბრტყისგან EEL-ში. VCSEL ოპტიკური რეზონატორის მიმართულება პერპენდიკულარულია ჩიპის ზედაპირზე, ლაზერის გამომავალი ასევე პერპენდიკულარულია ჩიპის ზედაპირზე და DBR-ის ორივე მხარის არეკვლა გაცილებით მაღალია, ვიდრე EEL ხსნარის სიბრტყეზე.
VCSEL-ის ლაზერული რეზონატორის სიგრძე ზოგადად არის რამდენიმე მიკრონი, რაც გაცილებით მცირეა EEL-ის მილიმეტრიანი რეზონატორის სიგრძეზე, ხოლო ღრუში ოპტიკური ველის რხევით მიღებული ცალმხრივი მომატება დაბალია. მიუხედავად იმისა, რომ ფუნდამენტური განივი რეჟიმის გამომუშავება შესაძლებელია, გამომავალი სიმძლავრე შეიძლება მიაღწიოს მხოლოდ რამდენიმე მილივატს. VCSEL გამომავალი ლაზერის სხივის განივი კვეთის პროფილი წრიულია, ხოლო დივერგენციის კუთხე გაცილებით მცირეა, ვიდრე კიდეზე გამომსხივებელი ლაზერის სხივი. VCSEL-ის მაღალი სიმძლავრის მიღწევისთვის აუცილებელია მანათობელი რეგიონის გაზრდა, რათა უზრუნველყოს მეტი მომატება, ხოლო მანათობელი რეგიონის გაზრდა გამოიწვევს გამომავალი ლაზერის გადაქცევას მრავალრეჟიმიან გამოსავალად. ამავდროულად, ძნელია ერთგვაროვანი დენის ინექციის მიღწევა დიდ მანათობელ რეგიონში და არათანაბარი დენის ინექცია გააუარესებს ნარჩენი სითბოს დაგროვებას. მოკლედ, VCSEL-ს შეუძლია გამოიტანოს ძირითადი რეჟიმის წრიული სიმეტრიული წერტილი გონივრული სტრუქტურული დიზაინის საშუალებით, მაგრამ გამომავალი სიმძლავრე დაბალია, როდესაც გამომავალი არის ერთი რეჟიმი. ამიტომ, მრავალი VCsel ხშირად ინტეგრირებულია გამომავალ რეჟიმში.