Тік қуыстың бетін шығаратын лазер

Тік қуысты беттік сәуле шығаратын лазер – соңғы жылдары қарқынды дамып келе жатқан жартылай өткізгіш лазердің жаңа буыны. «Тік қуыс бетінің сәулеленуі» деп аталатын лазер сәулелену бағыты ыдырайтын жазықтыққа немесе субстрат бетіне перпендикуляр екенін білдіреді. Оған сәйкес келетін басқа эмиссия әдісі «шеттік эмиссия» деп аталады. Дәстүрлі жартылай өткізгішті лазерлер жиек шығару режимін қабылдайды, яғни лазер сәулелену бағыты субстрат бетіне параллель. Лазердің бұл түрі жиек шығаратын лазер (EEL) деп аталады. EEL-мен салыстырғанда, VCSEL жақсы сәуле сапасы, бір режимді шығыс, жоғары модуляция өткізу қабілеттілігі, ұзақ қызмет ету, оңай біріктіру және тестілеу және т.б. артықшылықтарына ие, сондықтан ол оптикалық байланыстарда, оптикалық дисплейде, оптикалық зондтауда және т.б. кеңінен қолданылады. өрістер.

«Тік эмиссия» дегеніміз не екенін интуитивті және нақты түсіну үшін алдымен VCSEL құрамы мен құрылымын түсінуіміз керек. Мұнда тотығу шектелген VCSEL енгіземіз:

VCSEL негізгі құрылымына жоғарыдан төмен қарай кіреді: P-типті омдық контактілі электрод, P-типті легирленген DBR, оксидті оқшаулау қабаты, көп кванттық ұңғыманың белсенді аймағы, N-типті легирленген DBR, субстрат және N-типті омдық контактілі электрод. Мұнда VCSEL құрылымының көлденең қимасы берілген [1]. VCSEL белсенді аймағы екі жағындағы DBR айналарының арасында қыстырылған, олар бірге Fabry-Perot резонанстық қуысын құрайды. Оптикалық кері байланысты екі жақтағы DBR қамтамасыз етеді. Әдетте, DBR шағылыстыру қабілеті 100% -ға жақын, ал жоғарғы DBR шағылысу салыстырмалы түрде төмен. Жұмыс кезінде екі жақтағы электродтар арқылы белсенді аймақтың үстіндегі оксид қабаты арқылы ток енгізіледі, ол лазердің шығуына қол жеткізу үшін белсенді аймақта ынталандырылған сәулеленуді қалыптастырады. Лазердің шығу бағыты белсенді аймақтың бетіне перпендикуляр, оқшаулау қабатының бетінен өтеді және шағылысу қабілеті төмен DBR айнасынан шығарылады.

Негізгі құрылымды түсінгеннен кейін, сәйкесінше «тік сәуле шығару» және «параллель шығару» нені білдіретінін түсіну оңай. Келесі суретте сәйкесінше VCSEL және EEL жарық шығару әдістері көрсетілген [4]. Суретте көрсетілген VCSEL төменгі сәуле шығару режимі болып табылады, сонымен қатар жоғарғы сәуле шығару режимдері де бар.

Жартылай өткізгішті лазерлер үшін белсенді аймаққа электрондарды енгізу үшін әдетте белсенді аймақты PN өткеліне орналастырады, электрондар N қабаты арқылы белсенді аймаққа енгізіледі, ал P қабаты арқылы белсенді аймаққа тесіктер енгізіледі. Жоғары лазерлік тиімділікті алу үшін белсенді аймақ әдетте қоспаланбайды. Дегенмен, өсу процесінде жартылай өткізгіш микросхемада фондық қоспалар бар және белсенді аймақ идеалды меншікті жартылай өткізгіш емес. Инъекцияланған тасымалдаушылар қоспалармен біріктірілгенде, тасымалдаушылардың қызмет ету мерзімі қысқарады, нәтижесінде лазердің лазерлік тиімділігі төмендейді, бірақ сонымен бірге лазердің модуляция жылдамдығын арттырады, сондықтан кейде белсенді аймақ болады. әдейі допинг. Өнімділікті қамтамасыз ете отырып, модуляция жылдамдығын арттырыңыз.

In addition, we can see from the previous introduction of DBR that the effective cavity length of VCSEL is the thickness of the active area plus the penetration depth of DBR on both sides. The active area of VCSEL is thin, and the overall length of the resonant cavity is usually several microns. EEL uses edge emission, and the cavity length is generally several hundred microns. Therefore, VCSEL has a shorter cavity length, a larger distance between longitudinal modes, and better single longitudinal mode characteristics. In addition, the volume of the active area of VCSEL is also smaller (0.07 cubic microns, while EEL is generally 60 cubic microns), so the threshold current of VCSEL is also lower. However, reducing the volume of the active area shrinks the resonant cavity, which will increase the loss and increase the electron density required for oscillation. It is necessary to increase the reflectivity of the resonant cavity, so VCSEL needs to prepare a DBR with high reflectivity. . However, there is an optimal reflectivity for maximum light output, which does not mean that the higher the reflectivity, the better. How to reduce light loss and prepare high-reflectivity mirrors has always been a technical difficulty.