수직공진 표면 방출형 반도체 레이저(VCSEL) 소개

수직 공동 표면 방출형 마이크로컨트롤러(VCSEM) 소개반도체 레이저(VCSEL)
수직 외부 공진 표면 방출 레이저는 1990년대 중반에 기존 반도체 레이저 개발을 괴롭혀 온 핵심 문제, 즉 기본 횡모드에서 높은 빔 품질로 고출력 레이저 출력을 생성하는 방법을 극복하기 위해 개발되었습니다.
수직 외부 공진 표면 방출 레이저(VECSEL), 또는 다른 이름으로는반도체 디스크 레이저(SDL) 레이저는 비교적 새로운 레이저 계열입니다. 반도체 이득 매질의 양자 우물의 재료 구성과 두께를 변경하여 방출 파장을 설계할 수 있으며, 공진기 내 주파수 배가와 결합하여 자외선에서 원적외선에 이르는 넓은 파장 범위를 커버할 수 있습니다. 이를 통해 높은 출력과 낮은 발산각을 유지하면서 원형 대칭 레이저 빔을 구현할 수 있습니다. 레이저 공진기는 이득 칩의 하단 DBR 구조와 외부 출력 결합 미러로 구성됩니다. 이 독특한 외부 공진기 구조 덕분에 주파수 배가, 주파수 차이, 모드 잠금 등의 동작을 위해 광학 소자를 공진기 내부에 삽입할 수 있어 VECSEL은 이상적인 레이저 구현체입니다.레이저 소스생체광학, 분광학 등 다양한 응용 분야에 사용됩니다.레이저 의학그리고 레이저 프로젝션.
그림에서 보는 바와 같이, VC 표면 방출형 반도체 레이저(VCSEL)의 공진기는 활성 영역이 위치한 평면에 수직이며, 출력광 또한 활성 영역 평면에 수직입니다. VCSEL은 소형화, 고주파수 출력, 우수한 빔 품질, 높은 공진기 표면 손상 임계값, 비교적 간단한 제조 공정 등의 장점을 가지고 있으며, 레이저 디스플레이, 광통신, 광시계 등의 분야에서 뛰어난 성능을 보여줍니다. 그러나 VCSEL은 와트(W) 이상의 고출력 레이저를 구현할 수 없으므로 고출력이 요구되는 분야에는 적합하지 않습니다.

VCSEL의 레이저 공진기는 활성 영역의 위쪽과 아래쪽에 반도체 물질의 다층 에피택셜 구조로 이루어진 분산 브래그 반사기(DBR)로 구성되어 있으며, 이는 기존의 레이저 공진기와는 매우 다릅니다.원자 램프EEL의 절단면으로 구성된 공진기. VCSEL 광 공진기의 방향은 칩 표면에 수직이며, 레이저 출력 또한 칩 표면에 수직이고, DBR 양쪽 면의 반사율은 EEL 용액면의 반사율보다 훨씬 높습니다.
VCSEL의 레이저 공진기 길이는 일반적으로 수 마이크론으로, EEL의 밀리미터 공진기보다 훨씬 짧습니다. 따라서 공진기 내 광장 발진에 의해 얻어지는 단방향 이득이 낮습니다. 기본 횡모드 출력은 얻을 수 있지만 출력은 수 밀리와트 수준에 불과합니다. VCSEL 출력 레이저 빔의 단면 형상은 원형이며, 발산각은 에지 방출 레이저 빔보다 훨씬 작습니다. VCSEL의 고출력을 얻기 위해서는 발광 영역을 넓혀 이득을 높여야 하는데, 발광 영역이 넓어지면 출력 레이저는 다중 모드 출력을 나타내게 됩니다. 동시에, 넓은 발광 영역에 균일한 전류 주입을 달성하기 어렵고, 불균일한 전류 주입은 폐열 축적을 악화시킵니다. 요컨대, VCSEL은 적절한 구조 설계를 통해 기본 모드의 원형 대칭 스폿을 출력할 수 있지만, 단일 모드 출력 시 출력 전력이 낮습니다. 따라서, 출력 모드에는 여러 개의 VCSEL을 통합하는 경우가 많습니다.