Vertikalios ertmės paviršiaus spinduliuojantis lazeris – tai naujos kartos puslaidininkinis lazeris, kuris pastaraisiais metais sparčiai tobulėja. Vadinamoji „vertikalios ertmės paviršiaus emisija“ reiškia, kad lazerio spinduliavimo kryptis yra statmena skilimo plokštumai arba pagrindo paviršiui. Kitas jį atitinkantis emisijos metodas vadinamas „kraštų emisija“. Tradiciniai puslaidininkiniai lazeriai naudoja kraštų spinduliavimo režimą, ty lazerio spinduliavimo kryptis yra lygiagreti pagrindo paviršiui. Šio tipo lazeris vadinamas kraštą spinduliuojančiu lazeriu (EEL). Palyginti su EEL, VCSEL turi geros pluošto kokybės, vieno režimo išvesties, didelio moduliavimo dažnių juostos pločio, ilgaamžiškumo, lengvo integravimo ir testavimo pranašumų ir tt, todėl jis buvo plačiai naudojamas optiniuose ryšiuose, optiniame ekrane, optiniame jutime ir kt. laukai.
Norėdami intuityviau ir konkrečiau suprasti, kas yra „vertikali emisija“, pirmiausia turime suprasti VCSEL sudėtį ir struktūrą. Čia pristatome ribotą oksidaciją turintį VCSEL:
Pagrindinę VCSEL struktūrą sudaro iš viršaus į apačią: P tipo ominis kontaktinis elektrodas, P tipo legiruotas DBR, oksido izoliacijos sluoksnis, daugiakvantinė šulinio aktyvi sritis, N tipo legiruotas DBR, substratas ir N tipo ominis kontaktinis elektrodas. Čia yra VCSEL struktūros skerspjūvio vaizdas [1]. Aktyvioji VCSEL sritis yra tarp abiejų pusių DBR veidrodžių, kurie kartu sudaro Fabry-Perot rezonansinę ertmę. Optinį grįžtamąjį ryšį teikia abiejų pusių DBR. Paprastai DBR atspindys yra beveik 100%, o viršutinio DBR atspindys yra santykinai mažesnis. Veikimo metu srovė įpurškiama per oksido sluoksnį virš aktyviosios zonos per elektrodus iš abiejų pusių, o tai aktyvioje zonoje suformuos stimuliuojamą spinduliuotę, kad būtų pasiekta lazerio išvestis. Lazerio išėjimo kryptis yra statmena aktyviosios srities paviršiui, eina per izoliacinio sluoksnio paviršių ir yra skleidžiama iš mažo atspindžio DBR veidrodžio.
Suvokus pagrindinę struktūrą, nesunku suprasti, ką reiškia atitinkamai vadinamoji „vertikali emisija“ ir „lygiagreti emisija“. Toliau pateiktame paveikslėlyje pavaizduoti atitinkamai VCSEL ir EEL šviesos emisijos metodai [4]. Paveiksle parodytas VCSEL yra apatinio spinduliavimo režimas, taip pat yra viršutinio spinduliavimo režimai.
Puslaidininkiniams lazeriams, norint suleisti elektronus į aktyviąją sritį, aktyvioji sritis dažniausiai dedama į PN sandūrą, per N sluoksnį į aktyviąją zoną įleidžiami elektronai, o per P sluoksnį į aktyviąją – skylės. Norint pasiekti aukštą lazeravimo efektyvumą, aktyvioji sritis paprastai nėra legiruojama. Tačiau augimo proceso metu puslaidininkiniame luste yra foninių priemaišų, o aktyvioji sritis nėra idealus vidinis puslaidininkis. Kai įšvirkšti nešikliai susimaišo su priemaišomis, jų eksploatavimo laikas sutrumpėja, dėl to sumažės lazerio lazerio efektyvumas, tačiau tuo pačiu padidės lazerio moduliacijos greitis, todėl kartais aktyvioji sritis yra tyčia dopingas. Padidinkite moduliacijos greitį užtikrindami našumą.
Be to, iš ankstesnio DBR įvedimo matome, kad efektyvus VCSEL ertmės ilgis yra aktyvios srities storis ir DBR įsiskverbimo gylis iš abiejų pusių. Aktyvioji VCSEL sritis yra plona, o bendras rezonansinės ertmės ilgis paprastai yra keli mikronai. EEL naudoja kraštų emisiją, o ertmės ilgis paprastai yra keli šimtai mikronų. Todėl VCSEL turi trumpesnį ertmės ilgį, didesnį atstumą tarp išilginių režimų ir geresnes vieno išilginio režimo charakteristikas. Be to, VCSEL aktyviosios srities tūris taip pat yra mažesnis (0,07 kubinių mikronų, o EEL paprastai yra 60 kubinių mikronų), todėl VCSEL slenkstinė srovė taip pat yra mažesnė. Tačiau sumažinus aktyviosios srities tūrį, rezonansinė ertmė susitraukia, o tai padidins nuostolius ir padidins virpesiams reikalingą elektronų tankį. Būtina padidinti rezonansinės ertmės atspindį, todėl VCSEL reikia paruošti DBR su dideliu atspindžiu. . Tačiau yra optimalus atspindžio koeficientas maksimaliam šviesos srautui, o tai nereiškia, kad kuo didesnis atspindys, tuo geriau. Kaip sumažinti šviesos praradimą ir paruošti didelio atspindžio veidrodžius visada buvo techninis sunkumas.
Autoriaus teisės @ 2020 „Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd.“ – Kinijos šviesolaidiniai moduliai, šviesolaidinių lazerių gamintojai, lazerių komponentų tiekėjai. Visos teisės saugomos.
