Hyrje në lazerin gjysmëpërçues me sipërfaqe vertikale që lëshon zgavër (VCSEL)

Hyrje në emetimin e sipërfaqes vertikale të zgavrëslazer gjysmëpërçues(VCSEL)
Lazerët vertikalë që lëshojnë sipërfaqe të zgavrës së jashtme u zhvilluan në mesin e viteve 1990 për të kapërcyer një problem kyç që ka pllakosur zhvillimin e lazerëve tradicionalë gjysmëpërçues: si të prodhohen dalje lazeri me fuqi të lartë me cilësi të rrezes së lartë në modalitetin themelor tërthor.
Lazerë vertikalë që lëshojnë sipërfaqe të zgavrës së jashtme (Vecsels), të njohur edhe silazerë me disk gjysmëpërçues(SDL), janë një anëtar relativisht i ri i familjes së lazerëve. Mund të projektojë gjatësinë e valës së emetimit duke ndryshuar përbërjen e materialit dhe trashësinë e pusit kuantik në mjedisin e fitimit gjysmëpërçues, dhe i kombinuar me dyfishimin e frekuencës brenda zgavrës mund të mbulojë një gamë të gjerë gjatësie vale nga ultravjollcë në infra të kuqe të largët, duke arritur fuqi të lartë prodhimi duke ruajtur një rreze lazeri simetrike rrethore me kënd të divergjencës së ulët. Rezonatori i lazerit përbëhet nga struktura e poshtme DBR e çipit të fitimit dhe pasqyra e çiftëzimit të daljes së jashtme. Kjo strukturë unike e rezonatorit të jashtëm lejon që elementët optikë të futen në zgavër për operacione të tilla si dyfishimi i frekuencës, ndryshimi i frekuencës dhe bllokimi i modalitetit, duke e bërë VECSEL një ideal.burim lazeripër aplikime që variojnë nga biofotonika, spektroskopia,mjekësi lazeridhe projeksion me lazer.
Rezonatori i lazerit gjysmëpërçues që lëshon sipërfaqe VC është pingul me planin ku ndodhet rajoni aktiv, dhe drita e tij dalëse është pingule me planin e rajonit aktiv, siç tregohet në figurë. VCSEL ka avantazhe unike, të tilla si madhësia e vogël, frekuenca e lartë, cilësia e mirë e rrezes, pragu i madh i dëmtimit të sipërfaqes së zgavrës dhe procesi relativisht i thjeshtë i prodhimit. Ai tregon performancë të shkëlqyer në aplikimet e ekranit me lazer, komunikimit optik dhe orës optike. Megjithatë, VCsel-ët nuk mund të marrin lazerë me fuqi të lartë mbi nivelin e vatëve, kështu që ato nuk mund të përdoren në fusha me kërkesa të larta për energji.

Rezonatori lazer i VCSEL është i përbërë nga një reflektor i shpërndarë Bragg (DBR) i përbërë nga një strukturë shumështresore epitaksiale e materialit gjysmëpërçues në të dy anët e sipërme dhe të poshtme të rajonit aktiv, i cili është shumë i ndryshëm ngalazerrezonator i përbërë nga plani i copëtimit në EEL. Drejtimi i rezonatorit optik VCSEL është pingul me sipërfaqen e çipit, dalja e lazerit është gjithashtu pingul me sipërfaqen e çipit, dhe reflektiviteti i të dy anëve të DBR është shumë më i lartë se ai i planit të zgjidhjes EEL.
Gjatësia e rezonatorit lazer të VCSEL është përgjithësisht disa mikronë, që është shumë më e vogël se ajo e rezonatorit milimetër të EEL, dhe fitimi njëkahësh i përftuar nga lëkundja e fushës optike në zgavër është i ulët. Megjithëse dalja në modalitetin themelor tërthor mund të arrihet, fuqia e daljes mund të arrijë vetëm disa milivat. Profili i prerjes tërthore të rrezes së lazerit të daljes VCSEL është rrethor, dhe këndi i divergjencës është shumë më i vogël se ai i rrezes lazer që lëshon skajin. Për të arritur fuqi të lartë të daljes së VCSEL, është e nevojshme të rritet rajoni ndriçues për të siguruar më shumë fitim, dhe rritja e rajonit ndriçues do të bëjë që lazeri i daljes të bëhet një dalje shumëmodale. Në të njëjtën kohë, është e vështirë të arrihet injektim uniform i rrymës në një rajon të madh ndriçues, dhe injektimi i pabarabartë i rrymës do të përkeqësojë akumulimin e nxehtësisë së humbur. Shkurt, VCSEL mund të prodhojë pikën simetrike rrethore të modalitetit bazë përmes një dizajni të arsyeshëm strukturor, por fuqia e daljes është e ulët kur dalja është në modalitet të vetëm. Prandaj, VCsel të shumëfishta shpesh integrohen në modalitetin e daljes.