വെർട്ടിക്കൽ കാവിറ്റി സർഫേസ് എമിറ്റിംഗ് അർദ്ധചാലക ലേസർ (VCSEL) ആമുഖം

ലംബമായ അറയുടെ ഉപരിതല ഉദ്വമനത്തിലേക്കുള്ള ആമുഖംഅർദ്ധചാലക ലേസർ(VCSEL)
പരമ്പരാഗത അർദ്ധചാലക ലേസറുകളുടെ വികസനത്തെ ബാധിച്ച ഒരു പ്രധാന പ്രശ്നം മറികടക്കാൻ 1990-കളുടെ മധ്യത്തിൽ ലംബമായ ബാഹ്യ അറയുടെ ഉപരിതല-എമിറ്റിംഗ് ലേസറുകൾ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു: അടിസ്ഥാന തിരശ്ചീന മോഡിൽ ഉയർന്ന ബീം ഗുണനിലവാരമുള്ള ഉയർന്ന-പവർ ലേസർ ഔട്ട്പുട്ടുകൾ എങ്ങനെ നിർമ്മിക്കാം.
ലംബമായ ബാഹ്യ അറയുടെ ഉപരിതല-എമിറ്റിംഗ് ലേസർ (Vecsels), എന്നും അറിയപ്പെടുന്നുഅർദ്ധചാലക ഡിസ്ക് ലേസറുകൾ(SDL), ലേസർ കുടുംബത്തിലെ താരതമ്യേന പുതിയ അംഗമാണ്. അർദ്ധചാലക ഗെയിൻ മീഡിയത്തിൽ ക്വാണ്ടത്തിൻ്റെ മെറ്റീരിയൽ ഘടനയും കനവും മാറ്റിക്കൊണ്ട് ഇതിന് എമിഷൻ തരംഗദൈർഘ്യം രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ഇൻട്രാകാവിറ്റി ഫ്രീക്വൻസി ഇരട്ടിപ്പിക്കലുമായി സംയോജിപ്പിച്ച് അൾട്രാവയലറ്റ് മുതൽ ഫാർ ഇൻഫ്രാറെഡ് വരെ വിശാലമായ തരംഗദൈർഘ്യം ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയും, കുറഞ്ഞ വ്യതിചലനം നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് ഉയർന്ന പവർ ഔട്ട്പുട്ട് നേടാനാകും. ആംഗിൾ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള സമമിതി ലേസർ ബീം. ഗെയിൻ ചിപ്പിൻ്റെ താഴെയുള്ള ഡിബിആർ ഘടനയും ബാഹ്യ ഔട്ട്പുട്ട് കപ്ലിംഗ് മിററും ചേർന്നതാണ് ലേസർ റെസൊണേറ്റർ. ഫ്രീക്വൻസി ഇരട്ടിപ്പിക്കൽ, ഫ്രീക്വൻസി വ്യത്യാസം, മോഡ് ലോക്കിംഗ് തുടങ്ങിയ പ്രവർത്തനങ്ങൾക്കായി ഒപ്റ്റിക്കൽ മൂലകങ്ങളെ അറയിൽ ചേർക്കാൻ ഈ സവിശേഷമായ ബാഹ്യ അനുരണന ഘടന അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് VECSEL-നെ മികച്ചതാക്കുന്നു.ലേസർ ഉറവിടംബയോഫോട്ടോണിക്‌സ്, സ്പെക്‌ട്രോസ്കോപ്പി തുടങ്ങിയ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായിലേസർ മരുന്ന്, ലേസർ പ്രൊജക്ഷൻ.
VC-ഉപരിതല എമിറ്റിംഗ് അർദ്ധചാലക ലേസറിൻ്റെ റെസൊണേറ്റർ, സജീവമായ പ്രദേശം സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന തലത്തിന് ലംബമാണ്, കൂടാതെ അതിൻ്റെ ഔട്ട്പുട്ട് ലൈറ്റ് ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ സജീവ മേഖലയുടെ തലത്തിലേക്ക് ലംബമാണ്. വലിപ്പം, ഉയർന്ന ആവൃത്തി, നല്ല ബീം ഗുണമേന്മ, വലിയ അറയുടെ ഉപരിതല കേടുപാടുകൾ പരിധി, താരതമ്യേന ലളിതമായ ഉത്പാദന പ്രക്രിയ. ലേസർ ഡിസ്പ്ലേ, ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ക്ലോക്ക് എന്നിവയുടെ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഇത് മികച്ച പ്രകടനം കാണിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, VCsels-ന് വാട്ട് ലെവലിന് മുകളിലുള്ള ഉയർന്ന പവർ ലേസറുകൾ ലഭിക്കില്ല, അതിനാൽ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ആവശ്യകതകളുള്ള ഫീൽഡുകളിൽ അവ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല.

VCSEL-ൻ്റെ ലേസർ റെസൊണേറ്റർ ഒരു ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് ബ്രാഗ് റിഫ്ലെക്റ്റർ (DBR) ഉൾക്കൊള്ളുന്നു, ഇത് സജീവ മേഖലയുടെ മുകൾ ഭാഗത്തും താഴെയുമുള്ള അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളുടെ മൾട്ടി-ലെയർ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ഘടനയാണ്, ഇത് ഇതിൽ നിന്ന് വളരെ വ്യത്യസ്തമാണ്.ലേസർEEL-ലെ ക്ലീവേജ് പ്ലെയിൻ അടങ്ങിയ റെസൊണേറ്റർ. VCSEL ഒപ്റ്റിക്കൽ റെസൊണേറ്ററിൻ്റെ ദിശ ചിപ്പ് ഉപരിതലത്തിന് ലംബമാണ്, ലേസർ ഔട്ട്പുട്ടും ചിപ്പ് ഉപരിതലത്തിന് ലംബമാണ്, DBR-ൻ്റെ ഇരുവശങ്ങളുടേയും പ്രതിഫലനം EEL സൊല്യൂഷൻ പ്ലെയിനേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണ്.
VCSEL-ൻ്റെ ലേസർ റെസൊണേറ്ററിൻ്റെ നീളം സാധാരണയായി കുറച്ച് മൈക്രോണുകളാണ്, ഇത് EEL-ൻ്റെ മില്ലിമീറ്റർ റെസൊണേറ്ററിനേക്കാൾ വളരെ ചെറുതാണ്, കൂടാതെ അറയിലെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫീൽഡ് ആന്ദോളനം വഴി ലഭിക്കുന്ന വൺ-വേ നേട്ടം കുറവാണ്. അടിസ്ഥാന തിരശ്ചീന മോഡ് ഔട്ട്പുട്ട് നേടാനാകുമെങ്കിലും, ഔട്ട്പുട്ട് പവർ നിരവധി മില്ലിവാട്ടുകളിൽ മാത്രമേ എത്താൻ കഴിയൂ. VCSEL ഔട്ട്‌പുട്ട് ലേസർ ബീമിൻ്റെ ക്രോസ്-സെക്ഷൻ പ്രൊഫൈൽ വൃത്താകൃതിയിലാണ്, കൂടാതെ ഡൈവർജൻസ് ആംഗിൾ എഡ്ജ്-എമിറ്റിംഗ് ലേസർ ബീമിനെക്കാൾ വളരെ ചെറുതാണ്. VCSEL-ൻ്റെ ഉയർന്ന പവർ ഔട്ട്പുട്ട് നേടുന്നതിന്, കൂടുതൽ ലാഭം നൽകുന്നതിന് തിളക്കമുള്ള പ്രദേശം വർദ്ധിപ്പിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ പ്രകാശമേഖലയുടെ വർദ്ധനവ് ഔട്ട്പുട്ട് ലേസർ ഒരു മൾട്ടി-മോഡ് ഔട്ട്പുട്ടായി മാറുന്നതിന് കാരണമാകും. അതേ സമയം, ഒരു വലിയ പ്രകാശമുള്ള പ്രദേശത്ത് ഏകീകൃത കറൻ്റ് ഇഞ്ചക്ഷൻ നേടുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, കൂടാതെ അസമമായ കറൻ്റ് കുത്തിവയ്പ്പ് മാലിന്യ താപ ശേഖരണം വർദ്ധിപ്പിക്കും. ചുരുക്കത്തിൽ, ന്യായമായ ഘടനാപരമായ രൂപകൽപ്പനയിലൂടെ അടിസ്ഥാന മോഡ് വൃത്താകൃതിയിലുള്ള സമമിതി സ്പോട്ട് ഔട്ട്പുട്ട് ചെയ്യാൻ VCSEL-ന് കഴിയും. ഔട്ട്പുട്ട് സിംഗിൾ മോഡ് ആയിരിക്കുമ്പോൾ ഔട്ട്പുട്ട് പവർ കുറവാണ്. അതിനാൽ, ഒന്നിലധികം വിസിസെലുകൾ പലപ്പോഴും ഔട്ട്പുട്ട് മോഡിലേക്ക് സംയോജിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു.