వర్టికల్ క్యావిటీ సర్ఫేస్ ఎమిటింగ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్ (VCSEL) పరిచయం

వర్టికల్ క్యావిటీ సర్ఫేస్ ఎమిటింగ్ కు పరిచయంసెమీకండక్టర్ లేజర్(VCSEL)
సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల అభివృద్ధిని పీడిస్తున్న ఒక కీలక సమస్యను అధిగమించడానికి 1990ల మధ్యలో వర్టికల్ ఎక్స్‌టర్నల్ క్యావిటీ సర్ఫేస్-ఎమిటింగ్ లేజర్‌లు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి: ప్రాథమిక ట్రాన్స్‌వర్స్ మోడ్‌లో అధిక బీమ్ నాణ్యతతో అధిక-శక్తి లేజర్ అవుట్‌పుట్‌లను ఎలా ఉత్పత్తి చేయాలి.
వర్టికల్ ఎక్స్టర్నల్ క్యావిటీ సర్ఫేస్-ఎమిటింగ్ లేజర్స్ (వెక్సెల్స్), వీటిని ఇలా కూడా పిలుస్తారుసెమీకండక్టర్ డిస్క్ లేజర్లు(SDL), లేజర్ కుటుంబంలో సాపేక్షంగా కొత్త సభ్యుడు. ఇది సెమీకండక్టర్ గెయిన్ మీడియంలోని క్వాంటం వెల్ యొక్క పదార్థ కూర్పు మరియు మందాన్ని మార్చడం ద్వారా ఉద్గార తరంగదైర్ఘ్యాన్ని రూపొందించగలదు, మరియు ఇంట్రాకావిటీ ఫ్రీక్వెన్సీ డబ్లింగ్‌తో కలిపి అతినీలలోహిత నుండి ఫార్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ వరకు విస్తృత తరంగదైర్ఘ్య పరిధిని కవర్ చేయగలదు, తక్కువ విచలన కోణం గల వృత్తాకార సౌష్టవ లేజర్ పుంజాన్ని నిర్వహిస్తూనే అధిక పవర్ అవుట్‌పుట్‌ను సాధిస్తుంది. లేజర్ రెసొనేటర్, గెయిన్ చిప్ యొక్క దిగువ DBR నిర్మాణం మరియు బాహ్య అవుట్‌పుట్ కప్లింగ్ మిర్రర్‌తో కూడి ఉంటుంది. ఈ ప్రత్యేకమైన బాహ్య రెసొనేటర్ నిర్మాణం, ఫ్రీక్వెన్సీ డబ్లింగ్, ఫ్రీక్వెన్సీ వ్యత్యాసం మరియు మోడ్-లాకింగ్ వంటి కార్యకలాపాల కోసం ఆప్టికల్ మూలకాలను కావిటీలోకి చొప్పించడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది VECSELను ఒక ఆదర్శవంతమైనదిగా చేస్తుంది.లేజర్ మూలంబయోఫోటోనిక్స్, స్పెక్ట్రోస్కోపీ వంటి అనువర్తనాల కోసం,లేజర్ వైద్యంమరియు లేజర్ ప్రొజెక్షన్.
పటంలో చూపిన విధంగా, VC-సర్ఫేస్ ఎమిటింగ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్ యొక్క రెసొనేటర్, యాక్టివ్ రీజియన్ ఉన్న తలానికి లంబంగా ఉంటుంది మరియు దాని అవుట్‌పుట్ కాంతి కూడా యాక్టివ్ రీజియన్ తలానికి లంబంగా ఉంటుంది. VCSELకు చిన్న పరిమాణం, అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ, మంచి బీమ్ నాణ్యత, పెద్ద కావిటీ సర్ఫేస్ డ్యామేజ్ థ్రెషోల్డ్ మరియు సాపేక్షంగా సులభమైన ఉత్పత్తి ప్రక్రియ వంటి ప్రత్యేక ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. ఇది లేజర్ డిస్‌ప్లే, ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ మరియు ఆప్టికల్ క్లాక్ వంటి అనువర్తనాలలో అద్భుతమైన పనితీరును కనబరుస్తుంది. అయితే, VCSELలు వాట్ స్థాయికి మించిన అధిక-శక్తి లేజర్‌లను పొందలేవు, కాబట్టి వాటిని అధిక శక్తి అవసరాలున్న రంగాలలో ఉపయోగించలేరు.

VCSEL యొక్క లేజర్ రెసొనేటర్, యాక్టివ్ రీజియన్ యొక్క పై మరియు దిగువ వైపులా సెమీకండక్టర్ పదార్థం యొక్క బహుళ-పొర ఎపిటాక్సియల్ నిర్మాణంతో కూడిన డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ (DBR) ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది.లేజర్EEL లోని చీలిక తలంతో కూడిన రెసొనేటర్. VCSEL ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ యొక్క దిశ చిప్ ఉపరితలానికి లంబంగా ఉంటుంది, లేజర్ అవుట్‌పుట్ కూడా చిప్ ఉపరితలానికి లంబంగా ఉంటుంది, మరియు DBR యొక్క రెండు వైపులా పరావర్తనశీలత EEL ద్రావణ తలం కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది.
VCSEL యొక్క లేజర్ రెసొనేటర్ పొడవు సాధారణంగా కొన్ని మైక్రాన్లు ఉంటుంది, ఇది EEL యొక్క మిల్లీమీటర్ రెసొనేటర్ కంటే చాలా చిన్నది, మరియు కావిటీలోని ఆప్టికల్ ఫీల్డ్ డోలనం ద్వారా పొందిన వన్-వే గెయిన్ తక్కువగా ఉంటుంది. ప్రాథమిక ట్రాన్స్‌వర్స్ మోడ్ అవుట్‌పుట్‌ను సాధించగలిగినప్పటికీ, అవుట్‌పుట్ పవర్ కేవలం కొన్ని మిల్లీవాట్లకు మాత్రమే చేరుకోగలదు. VCSEL అవుట్‌పుట్ లేజర్ పుంజం యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ ప్రొఫైల్ వృత్తాకారంగా ఉంటుంది, మరియు దాని విచలన కోణం ఎడ్జ్-ఎమిటింగ్ లేజర్ పుంజం కంటే చాలా చిన్నదిగా ఉంటుంది. VCSEL యొక్క అధిక పవర్ అవుట్‌పుట్‌ను సాధించడానికి, ఎక్కువ గెయిన్‌ను అందించడానికి ప్రకాశవంతమైన ప్రాంతాన్ని పెంచడం అవసరం, మరియు ప్రకాశవంతమైన ప్రాంతం పెరగడం వల్ల అవుట్‌పుట్ లేజర్ మల్టీ-మోడ్ అవుట్‌పుట్‌గా మారుతుంది. అదే సమయంలో, ఒక పెద్ద కాంతివంతమైన ప్రాంతంలో ఏకరీతి కరెంట్ ఇంజెక్షన్‌ను సాధించడం కష్టం, మరియు అసమాన కరెంట్ ఇంజెక్షన్ వ్యర్థ ఉష్ణ సంచయాన్ని తీవ్రతరం చేస్తుంది. సంక్షిప్తంగా, VCSEL సరైన నిర్మాణ రూపకల్పన ద్వారా ప్రాథమిక మోడ్ వృత్తాకార సౌష్టవ స్పాట్‌ను అవుట్‌పుట్ చేయగలదు, కానీ అవుట్‌పుట్ సింగిల్ మోడ్‌లో ఉన్నప్పుడు అవుట్‌పుట్ పవర్ తక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, అవుట్‌పుట్ మోడ్‌లో తరచుగా బహుళ VCSELలను ఏకీకృతం చేస్తారు.