अनुलंब पोकळी पृष्ठभाग उत्सर्जक लेसर

अनुलंब पोकळी पृष्ठभाग उत्सर्जक लेसर सेमीकंडक्टर लेसरची एक नवीन पिढी आहे जी अलिकडच्या वर्षांत वेगाने विकसित होत आहे. तथाकथित "उभ्या पोकळी पृष्ठभाग उत्सर्जन" म्हणजे लेसर उत्सर्जन दिशा क्लीव्हेज प्लेन किंवा सब्सट्रेट पृष्ठभागावर लंब आहे. त्याच्याशी संबंधित आणखी एक उत्सर्जन पद्धतीला "एज एमिशन" म्हणतात. पारंपारिक सेमीकंडक्टर लेसर एज-एमिटिंग मोडचा अवलंब करतात, म्हणजेच लेसर उत्सर्जन दिशा सब्सट्रेट पृष्ठभागाच्या समांतर असते. या प्रकारच्या लेसरला एज-एमिटिंग लेसर (ईईएल) म्हणतात. EEL च्या तुलनेत, व्हीसीएसईएलमध्ये चांगली बीम गुणवत्ता, सिंगल-मोड आउटपुट, उच्च मॉड्यूलेशन बँडविड्थ, दीर्घ आयुष्य, सोपे एकत्रीकरण आणि चाचणी इत्यादी फायदे आहेत, त्यामुळे ते ऑप्टिकल कम्युनिकेशन्स, ऑप्टिकल डिस्प्ले, ऑप्टिकल सेन्सिंग आणि इतरांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहे. फील्ड

अधिक अंतर्ज्ञानी आणि विशेषतः "उभ्या उत्सर्जन" म्हणजे काय हे समजून घेण्यासाठी, आपल्याला प्रथम VCSEL ची रचना आणि रचना समजून घेणे आवश्यक आहे. येथे आम्ही ऑक्सिडेशन-मर्यादित VCSEL सादर करतो:

व्हीसीएसईएलच्या मूलभूत संरचनेत वरपासून खालपर्यंत हे समाविष्ट आहे: पी-टाइप ओमिक कॉन्टॅक्ट इलेक्ट्रोड, पी-टाइप डोपड डीबीआर, ऑक्साइड कॉन्फिनेमेंट लेयर, मल्टी-क्वांटम वेल ऍक्टिव्ह रिजन, एन-टाइप डोपड डीबीआर, सब्सट्रेट आणि एन-टाइप ओमिक कॉन्टॅक्ट इलेक्ट्रोड. येथे VCSEL संरचनेचे क्रॉस-सेक्शनल दृश्य आहे [1]. VCSEL चे सक्रिय क्षेत्र दोन्ही बाजूंच्या DBR मिररमध्ये सँडविच केलेले आहे, जे एकत्रितपणे फॅब्री-पेरोट रेझोनंट पोकळी बनवतात. ऑप्टिकल फीडबॅक दोन्ही बाजूंच्या DBR द्वारे प्रदान केला जातो. सहसा, DBR ची परावर्तकता 100% च्या जवळ असते, तर वरच्या DBR ची परावर्तकता तुलनेने कमी असते. ऑपरेशन दरम्यान, दोन्ही बाजूंच्या इलेक्ट्रोड्सद्वारे सक्रिय क्षेत्राच्या वरील ऑक्साईड स्तराद्वारे प्रवाह इंजेक्ट केला जातो, जो लेसर आउटपुट प्राप्त करण्यासाठी सक्रिय क्षेत्रामध्ये उत्तेजित रेडिएशन तयार करेल. लेसरची आउटपुट दिशा सक्रिय क्षेत्राच्या पृष्ठभागावर लंब असते, बंदिस्त थराच्या पृष्ठभागावरून जाते आणि कमी-रिफ्लेक्टीव्हिटी डीबीआर मिररमधून उत्सर्जित होते.

मूलभूत रचना समजून घेतल्यावर, तथाकथित "उभ्या उत्सर्जन" आणि "समांतर उत्सर्जन" चा अनुक्रमे काय अर्थ होतो हे समजणे सोपे आहे. खालील आकृती अनुक्रमे VCSEL आणि EEL च्या प्रकाश उत्सर्जन पद्धती दर्शविते [4]. आकृतीत दाखवलेला VCSEL हा तळ-उत्सर्जक मोड आहे, आणि वर-उत्सर्जक मोड देखील आहेत.

सेमीकंडक्टर लेसरसाठी, सक्रिय क्षेत्रामध्ये इलेक्ट्रॉन इंजेक्ट करण्यासाठी, सक्रिय क्षेत्र सामान्यतः पीएन जंक्शनमध्ये ठेवले जाते, एन लेयरद्वारे सक्रिय क्षेत्रामध्ये इलेक्ट्रॉन इंजेक्ट केले जातात आणि पी लेयरद्वारे सक्रिय क्षेत्रामध्ये छिद्र केले जातात. उच्च लेसिंग कार्यक्षमता प्राप्त करण्यासाठी, सक्रिय प्रदेश सामान्यतः डोप केलेला नाही. तथापि, वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान सेमीकंडक्टर चिपमध्ये पार्श्वभूमीतील अशुद्धता आहेत आणि सक्रिय प्रदेश हा एक आदर्श आंतरिक अर्धसंवाहक नाही. जेव्हा इंजेक्टेड वाहक अशुद्धतेसह एकत्र होतात, तेव्हा वाहकांचे आयुष्य कमी होते, परिणामी लेसरच्या लेझिंग कार्यक्षमतेत घट होते, परंतु त्याच वेळी ते लेसरचे मॉड्युलेशन रेट वाढवते, म्हणून काहीवेळा सक्रिय प्रदेश हेतुपुरस्सर डोप केलेले. कामगिरी सुनिश्चित करताना मॉड्यूलेशन दर वाढवा.

याव्यतिरिक्त, आम्ही डीबीआरच्या मागील परिचयातून पाहू शकतो की व्हीसीएसईएलची प्रभावी पोकळी लांबी सक्रिय क्षेत्राची जाडी आणि दोन्ही बाजूंनी डीबीआरची प्रवेश खोली आहे. VCSEL चे सक्रिय क्षेत्र पातळ आहे, आणि रेझोनंट पोकळीची एकूण लांबी सहसा अनेक मायक्रॉन असते. EEL धार उत्सर्जन वापरते, आणि पोकळीची लांबी साधारणपणे अनेक शंभर मायक्रॉन असते. म्हणून, व्हीसीएसईएलमध्ये पोकळीची लांबी कमी आहे, अनुदैर्ध्य मोडांमधील मोठे अंतर आणि एकल रेखांशाच्या मोडची चांगली वैशिष्ट्ये आहेत. याव्यतिरिक्त, VCSEL च्या सक्रिय क्षेत्राचे प्रमाण देखील लहान आहे (0.07 घन मायक्रॉन, तर EEL सामान्यतः 60 क्यूबिक मायक्रॉन आहे), त्यामुळे VCSEL चा थ्रेशोल्ड प्रवाह देखील कमी आहे. तथापि, सक्रिय क्षेत्राचे प्रमाण कमी केल्याने रेझोनंट पोकळी संकुचित होते, ज्यामुळे नुकसान वाढेल आणि दोलनासाठी आवश्यक इलेक्ट्रॉन घनता वाढेल. रेझोनंट पोकळीची परावर्तकता वाढवणे आवश्यक आहे, म्हणून VCSEL ला उच्च परावर्तकतेसह DBR तयार करणे आवश्यक आहे. . तथापि, जास्तीत जास्त प्रकाश आउटपुटसाठी इष्टतम परावर्तकता आहे, याचा अर्थ असा नाही की परावर्तकता जितकी जास्त तितकी चांगली. प्रकाशाचा तोटा कसा कमी करायचा आणि उच्च-रिफ्लेक्टीव्हिटी मिरर कसे तयार करायचे ही नेहमीच तांत्रिक अडचण राहिली आहे.