నిలువు కుహరం ఉపరితల ఉద్గార సెమీకండక్టర్ లేజర్ (VCSEL) పరిచయం

నిలువు కుహరం ఉపరితల ఉద్గారాలకు పరిచయంసెమీకండక్టర్ లేజర్(విసిఎస్ఇఎల్)
సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల అభివృద్ధిని పీడిస్తున్న ఒక కీలక సమస్యను అధిగమించడానికి 1990ల మధ్యలో నిలువు బాహ్య కుహరం ఉపరితల-ఉద్గార లేజర్‌లను అభివృద్ధి చేశారు: ఫండమెంటల్ ట్రాన్స్‌వర్స్ మోడ్‌లో అధిక బీమ్ నాణ్యతతో అధిక-శక్తి లేజర్ అవుట్‌పుట్‌లను ఎలా ఉత్పత్తి చేయాలి.
నిలువు బాహ్య కుహరం ఉపరితల-ఉద్గార లేజర్‌లు (వెక్సెల్స్), వీటిని కూడా పిలుస్తారుసెమీకండక్టర్ డిస్క్ లేజర్లు(SDL), లేజర్ కుటుంబంలో సాపేక్షంగా కొత్త సభ్యులు. ఇది సెమీకండక్టర్ గెయిన్ మీడియంలో క్వాంటం బావి యొక్క పదార్థ కూర్పు మరియు మందాన్ని మార్చడం ద్వారా ఉద్గార తరంగదైర్ఘ్యాన్ని రూపొందించగలదు మరియు ఇంట్రాకావిటీ ఫ్రీక్వెన్సీ డబ్లింగ్‌తో కలిపి అతినీలలోహిత నుండి దూర పరారుణ వరకు విస్తృత తరంగదైర్ఘ్య పరిధిని కవర్ చేయగలదు, తక్కువ డైవర్జెన్స్‌ను కొనసాగిస్తూ అధిక శక్తి ఉత్పత్తిని సాధిస్తుంది. కోణ వృత్తాకార సిమెట్రిక్ లేజర్ పుంజం. 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 కుహరంలోకి చొప్పించడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది VECSEL ను ఆదర్శంగా చేస్తుంది.లేజర్ మూలంబయోఫోటోనిక్స్, స్పెక్ట్రోస్కోపీ, వంటి అనువర్తనాల కోసంలేజర్ ఔషధం, మరియు లేజర్ ప్రొజెక్షన్.
VC-సర్ఫేస్ ఎమిటింగ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్ యొక్క రెసొనేటర్ క్రియాశీల ప్రాంతం ఉన్న తలానికి లంబంగా ఉంటుంది మరియు దాని అవుట్‌పుట్ కాంతి చిత్రంలో చూపిన విధంగా క్రియాశీల ప్రాంతం యొక్క తలానికి లంబంగా ఉంటుంది. VCSEL చిన్న పరిమాణం, అధిక పౌనఃపున్యం, మంచి బీమ్ నాణ్యత, పెద్ద కుహరం ఉపరితల నష్టం థ్రెషోల్డ్ మరియు సాపేక్షంగా సరళమైన ఉత్పత్తి ప్రక్రియ వంటి ప్రత్యేక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. ఇది లేజర్ డిస్ప్లే, ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ మరియు ఆప్టికల్ క్లాక్ యొక్క అనువర్తనాలలో అద్భుతమైన పనితీరును చూపుతుంది. అయితే, VCsels వాట్ స్థాయి కంటే ఎక్కువ అధిక-శక్తి లేజర్‌లను పొందలేవు, కాబట్టి వాటిని అధిక శక్తి అవసరాలు ఉన్న క్షేత్రాలలో ఉపయోగించలేము.

VCSEL యొక్క లేజర్ రెసొనేటర్, క్రియాశీల ప్రాంతం యొక్క ఎగువ మరియు దిగువ వైపులా సెమీకండక్టర్ పదార్థం యొక్క బహుళ-పొర ఎపిటాక్సియల్ నిర్మాణంతో కూడిన డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ (DBR)తో కూడి ఉంటుంది, ఇదిలేజర్EEL లో క్లీవేజ్ ప్లేన్‌తో కూడిన రెసొనేటర్. VCSEL ఆప్టికల్ రెసొనేటర్ యొక్క దిశ చిప్ ఉపరితలానికి లంబంగా ఉంటుంది, లేజర్ అవుట్‌పుట్ కూడా చిప్ ఉపరితలానికి లంబంగా ఉంటుంది మరియు DBR యొక్క రెండు వైపుల ప్రతిబింబం EEL సొల్యూషన్ ప్లేన్ కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది.
VCSEL యొక్క లేజర్ రెసొనేటర్ పొడవు సాధారణంగా కొన్ని మైక్రాన్లు, ఇది EEL యొక్క మిల్లీమీటర్ రెసొనేటర్ కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది మరియు కుహరంలో ఆప్టికల్ ఫీల్డ్ డోలనం ద్వారా పొందిన వన్-వే లాభం తక్కువగా ఉంటుంది. ప్రాథమిక విలోమ మోడ్ అవుట్‌పుట్‌ను సాధించగలిగినప్పటికీ, అవుట్‌పుట్ శక్తి అనేక మిల్లీవాట్‌లను మాత్రమే చేరుకోగలదు. VCSEL అవుట్‌పుట్ లేజర్ పుంజం యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ ప్రొఫైల్ వృత్తాకారంగా ఉంటుంది మరియు డైవర్జెన్స్ కోణం అంచు-ఉద్గార లేజర్ పుంజం కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. VCSEL యొక్క అధిక శక్తి ఉత్పత్తిని సాధించడానికి, ఎక్కువ లాభం అందించడానికి ప్రకాశించే ప్రాంతాన్ని పెంచడం అవసరం మరియు ప్రకాశించే ప్రాంతం యొక్క పెరుగుదల అవుట్‌పుట్ లేజర్ బహుళ-మోడ్ అవుట్‌పుట్‌గా మారుతుంది. అదే సమయంలో, పెద్ద ప్రకాశించే ప్రాంతంలో ఏకరీతి కరెంట్ ఇంజెక్షన్‌ను సాధించడం కష్టం, మరియు అసమాన కరెంట్ ఇంజెక్షన్ వ్యర్థ ఉష్ణ సంచితాన్ని తీవ్రతరం చేస్తుంది.సంక్షిప్తంగా, VCSEL సహేతుకమైన నిర్మాణ రూపకల్పన ద్వారా ప్రాథమిక మోడ్ వృత్తాకార సిమెట్రిక్ స్పాట్‌ను అవుట్‌పుట్ చేయగలదు, కానీ అవుట్‌పుట్ సింగిల్ మోడ్ అయినప్పుడు అవుట్‌పుట్ శక్తి తక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల, బహుళ VCsels తరచుగా అవుట్‌పుట్ మోడ్‌లో విలీనం చేయబడతాయి.