വെർട്ടിക്കൽ കാവിറ്റി സർഫേസ് എമിറ്റിംഗ് സെമികണ്ടക്ടർ ലേസർ (VCSEL) എന്നതിന്റെ ആമുഖം

ലംബമായ അറയുടെ ഉപരിതല ഉദ്‌വമനത്തിലേക്കുള്ള ആമുഖംഅർദ്ധചാലക ലേസർ(വിസിഇഎൽ)
പരമ്പരാഗത സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളുടെ വികസനത്തെ ബാധിച്ച ഒരു പ്രധാന പ്രശ്നം മറികടക്കുന്നതിനായി 1990-കളുടെ മധ്യത്തിൽ ലംബമായ ബാഹ്യ അറയിലെ ഉപരിതല-എമിറ്റിംഗ് ലേസറുകൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു: അടിസ്ഥാന ട്രാൻസ്‌വേഴ്‌സ് മോഡിൽ ഉയർന്ന ബീം ഗുണനിലവാരമുള്ള ഉയർന്ന പവർ ലേസർ ഔട്ട്‌പുട്ടുകൾ എങ്ങനെ നിർമ്മിക്കാം.
ലംബമായ ബാഹ്യ അറയിലെ ഉപരിതല-ഉൽസർജക ലേസറുകൾ (വെക്‌സലുകൾ), എന്നും അറിയപ്പെടുന്നുസെമികണ്ടക്ടർ ഡിസ്ക് ലേസറുകൾ(SDL), ലേസർ കുടുംബത്തിലെ താരതമ്യേന പുതിയ അംഗമാണ്. സെമികണ്ടക്ടർ ഗെയിൻ മീഡിയത്തിലെ ക്വാണ്ടം കിണറിന്റെ മെറ്റീരിയൽ ഘടനയും കനവും മാറ്റിക്കൊണ്ട് ഇതിന് എമിഷൻ തരംഗദൈർഘ്യം രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ഇൻട്രാകാവിറ്റി ഫ്രീക്വൻസി ഡബിളിംഗുമായി സംയോജിപ്പിച്ച് അൾട്രാവയലറ്റ് മുതൽ ഫാർ ഇൻഫ്രാറെഡ് വരെയുള്ള വിശാലമായ തരംഗദൈർഘ്യ ശ്രേണി ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയും, കുറഞ്ഞ ഡൈവേർജൻസ് നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് ഉയർന്ന പവർ ഔട്ട്പുട്ട് കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. ആംഗിൾ സർക്കുലർ സിമെട്രിക് ലേസർ ബീം. ഗെയിൻ ചിപ്പിന്റെ താഴത്തെ DBR ഘടനയും ബാഹ്യ ഔട്ട്പുട്ട് കപ്ലിംഗ് മിററും ചേർന്നതാണ് ലേസർ റെസൊണേറ്റർ. ഫ്രീക്വൻസി ഡബിളിംഗ്, ഫ്രീക്വൻസി വ്യത്യാസം, മോഡ്-ലോക്കിംഗ് തുടങ്ങിയ പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കായി ഒപ്റ്റിക്കൽ ഘടകങ്ങൾ അറയിലേക്ക് തിരുകാൻ ഈ സവിശേഷ ബാഹ്യ റെസൊണേറ്റർ ഘടന അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് VECSEL-നെ ഒരു അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.ലേസർ ഉറവിടംബയോഫോട്ടോണിക്സ്, സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി തുടങ്ങിയ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി,ലേസർ മരുന്ന്, ലേസർ പ്രൊജക്ഷൻ.
VC-സർഫേസ് എമിറ്റിംഗ് സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറിന്റെ റെസൊണേറ്റർ സജീവ മേഖല സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന തലത്തിന് ലംബമാണ്, കൂടാതെ അതിന്റെ ഔട്ട്‌പുട്ട് പ്രകാശം ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ സജീവ മേഖലയുടെ തലത്തിന് ലംബവുമാണ്. ചെറിയ വലിപ്പം, ഉയർന്ന ആവൃത്തി, നല്ല ബീം ഗുണനിലവാരം, വലിയ അറയുടെ ഉപരിതല നാശനഷ്ട പരിധി, താരതമ്യേന ലളിതമായ ഉൽ‌പാദന പ്രക്രിയ എന്നിങ്ങനെ VCSEL ന് സവിശേഷമായ ഗുണങ്ങളുണ്ട്. ലേസർ ഡിസ്പ്ലേ, ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ക്ലോക്ക് എന്നിവയുടെ പ്രയോഗങ്ങളിൽ ഇത് മികച്ച പ്രകടനം കാണിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, വാട്ട് ലെവലിനു മുകളിലുള്ള ഉയർന്ന പവർ ലേസറുകൾ VCsels ന് ലഭിക്കില്ല, അതിനാൽ ഉയർന്ന പവർ ആവശ്യകതകളുള്ള ഫീൽഡുകളിൽ അവ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല.

VCSEL-ന്റെ ലേസർ റെസൊണേറ്ററിൽ, സജീവ മേഖലയുടെ മുകളിലും താഴെയുമുള്ള സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലിന്റെ മൾട്ടി-ലെയർ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഘടന ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഒരു ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് ബ്രാഗ് റിഫ്ലക്ടർ (DBR) അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ഇത്ലേസർEEL-ൽ ക്ലീവേജ് പ്ലെയിൻ അടങ്ങിയ റെസൊണേറ്റർ. VCSEL ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററിന്റെ ദിശ ചിപ്പ് പ്രതലത്തിന് ലംബമാണ്, ലേസർ ഔട്ട്‌പുട്ടും ചിപ്പ് പ്രതലത്തിന് ലംബമാണ്, കൂടാതെ DBR-ന്റെ ഇരുവശങ്ങളുടെയും പ്രതിഫലനക്ഷമത EEL സൊല്യൂഷൻ പ്ലെയിനിനേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ്.
VCSEL ന്റെ ലേസർ റെസൊണേറ്ററിന്റെ നീളം സാധാരണയായി കുറച്ച് മൈക്രോണുകളാണ്, ഇത് EEL ന്റെ മില്ലിമീറ്റർ റെസൊണേറ്ററിനേക്കാൾ വളരെ ചെറുതാണ്, കൂടാതെ അറയിലെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫീൽഡ് ആന്ദോളനം വഴി ലഭിക്കുന്ന വൺ-വേ ഗെയിൻ കുറവാണ്. അടിസ്ഥാനപരമായ തിരശ്ചീന മോഡ് ഔട്ട്‌പുട്ട് കൈവരിക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിലും, ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ നിരവധി മില്ലിവാട്ടുകളിൽ മാത്രമേ എത്താൻ കഴിയൂ. VCSEL ഔട്ട്‌പുട്ട് ലേസർ ബീമിന്റെ ക്രോസ്-സെക്ഷൻ പ്രൊഫൈൽ വൃത്താകൃതിയിലാണ്, കൂടാതെ ഡൈവേർജൻസ് ആംഗിൾ എഡ്ജ്-എമിറ്റിംഗ് ലേസർ ബീമിനേക്കാൾ വളരെ ചെറുതാണ്. VCSEL ന്റെ ഉയർന്ന പവർ ഔട്ട്‌പുട്ട് നേടുന്നതിന്, കൂടുതൽ നേട്ടം നൽകുന്നതിന് പ്രകാശ മേഖല വർദ്ധിപ്പിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ പ്രകാശ മേഖലയുടെ വർദ്ധനവ് ഔട്ട്‌പുട്ട് ലേസർ ഒരു മൾട്ടി-മോഡ് ഔട്ട്‌പുട്ടായി മാറാൻ കാരണമാകും. അതേസമയം, ഒരു വലിയ പ്രകാശ മേഖലയിൽ ഏകീകൃത കറന്റ് ഇഞ്ചക്ഷൻ നേടുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, കൂടാതെ അസമമായ കറന്റ് ഇഞ്ചക്ഷൻ മാലിന്യ താപ ശേഖരണം വർദ്ധിപ്പിക്കും. ചുരുക്കത്തിൽ, ന്യായമായ ഘടനാപരമായ രൂപകൽപ്പനയിലൂടെ VCSEL ന് അടിസ്ഥാന മോഡ് വൃത്താകൃതിയിലുള്ള സമമിതി സ്പോട്ട് ഔട്ട്‌പുട്ട് ചെയ്യാൻ കഴിയും, എന്നാൽ ഔട്ട്‌പുട്ട് സിംഗിൾ മോഡിൽ ആയിരിക്കുമ്പോൾ ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ കുറവായിരിക്കും. അതിനാൽ, ഒന്നിലധികം VCsels പലപ്പോഴും ഔട്ട്‌പുട്ട് മോഡിലേക്ക് സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.