Hyrje në lazerin gjysmëpërçues që lëshon sipërfaqe vertikale të zgavrës (VCSEL)

Hyrje në emetimin e sipërfaqes së zgavrës vertikalelazer gjysmëpërçues(VCSEL)
Lazerët vertikalë të jashtëm që lëshojnë sipërfaqe të zgavrës 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 rrezeve të larta në modalitetin tërthor themelor.
Lazerë vertikale të jashtme që lëshojnë sipërfaqe (Vecsels), të njohur edhe silazer me disqe gjysmëpërçues(SDL), janë një anëtar relativisht i ri i familjes së lazerëve. Ai mund të projektojë gjatësinë e valës së emetimit duke ndryshuar përbërjen e materialit dhe trashësinë e pusit kuantik në mediumin e fitimit të gjysmëpërçuesit dhe i kombinuar me dyfishimin e frekuencës brenda zgavrës mund të mbulojë një gamë të gjerë të gjatësisë së valës nga ultravjollcë në infra të kuqe të largët, duke arritur një fuqi të lartë të prodhimit duke ruajtur një divergjencë të ulët. Rreze lazer simetrike rrethore këndore. Rezonatori lazer përbëhet nga struktura e poshtme DBR e çipit të fitimit dhe pasqyra e jashtme e bashkimit të daljes. 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 mbyllja e modalitetit, duke e bërë VECSEL një ideal.burim lazerpër aplikime që variojnë nga biofotonika, spektroskopia,mjekësi me lazer, dhe projeksion lazer.
Rezonatori i lazerit gjysmëpërçues që lëshon sipërfaqe VC është pingul me rrafshin ku ndodhet rajoni aktiv dhe drita e tij dalëse është pingul me rrafshin e rajonit aktiv, siç tregohet në figurë. VCSEL ka avantazhe unike, si p.sh. madhësia, 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 lazer me fuqi të lartë mbi nivelin e vat, kështu që ato nuk mund të përdoren në fusha me kërkesa të larta fuqie.

Rezonatori lazer i VCSEL përbëhet nga një reflektor i shpërndarë Bragg (DBR) i përbërë nga struktura epitaksiale me shumë shtresa të 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 ndarjes në EEL. Drejtimi i rezonatorit optik VCSEL është pingul me sipërfaqen e çipit, dalja e lazerit është gjithashtu pingul me sipërfaqen e çipit dhe reflektimi 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, e cila është shumë më e vogël se ajo e rezonatorit milimetrik të EEL, dhe fitimi i njëanshëm i marrë nga lëkundjet e fushës optike në zgavër është i ulët. Megjithëse prodhimi themelor i modalitetit tërthor mund të arrihet, fuqia dalëse mund të arrijë vetëm disa milivat. Profili i prerjes tërthore të rrezes lazer dalëse VCSEL është rrethore dhe këndi i divergjencës është shumë më i vogël se ai i rrezes lazer që lëshon buzë. Për të arritur fuqi të lartë të prodhimit të VCSEL, është e nevojshme të rritet rajoni ndriçues për të siguruar më shumë fitim, dhe rritja e rajonit ndriçues do të bëjë që lazeri dalës të bëhet një dalje me shumë mënyra. Në të njëjtën kohë, është e vështirë të arrihet një injeksion i njëtrajtshëm i rrymës në një rajon të madh ndriçues dhe injektimi i pabarabartë i rrymës do të përkeqësojë akumulimin e nxehtësisë së mbeturinave. Me pak fjalë, VCSEL mund të nxjerrë pikën rrethore simetrike të modalitetit bazë përmes një dizajni të arsyeshëm strukturor, por Fuqia e daljes është e ulët kur dalja është një modalitet. Prandaj, shumë VCsel shpesh integrohen në modalitetin e daljes.