垂直共振器面発光半導体レーザー (VCSEL) の紹介

垂直共振器面発光の概要半導体レーザー(VCSEL)
垂直外部共振器面発光レーザーは、従来の半導体レーザーの開発を悩ませてきた重要な問題、つまり基本横モードで高ビーム品質の高出力レーザー出力を生成する方法を克服するために、1990 年代半ばに開発されました。
垂直外部共振器面発光レーザー (Vecsel) とも呼ばれます。半導体ディスクレーザー(SDL) は、レーザー ファミリの比較的新しいメンバーです。半導体利得媒体の材料組成と量子井戸の厚さを変更することで発光波長を設計でき、共振器内周波数2倍化と組み合わせることで紫外から遠赤外までの広い波長範囲をカバーし、低発散を維持しながら高出力を実現します。角度円対称レーザービーム。レーザー共振器はゲインチップの底部DBR構造と外部出力結合ミラーで構成されます。この独自の外部共振器構造により、光学素子を共振器内に挿入して周波数の倍増、周波数差、モードロックなどの操作を行うことができるため、VECSEL は理想的なものになります。レーザー光源バイオフォトニクス、分光法、レーザー治療、およびレーザー投影。
VC面発光半導体レーザは、図に示すように共振器が活性領域の面に対して垂直であり、出力光も活性領域の面に対して垂直です。VCSELには、小型であるなどのユニークな利点があります。サイズ、高周波、良好なビーム品質、大きなキャビティ表面損傷閾値、および比較的単純な製造プロセス。レーザーディスプレイ、光通信、光時計などの用途で優れた性能を発揮します。ただし、VCsel はワットレベルを超える高出力レーザーを取得できないため、高出力が必要な分野では使用できません。

VCSELのレーザ共振器は、活性領域の上下両側に半導体材料の多層エピタキシャル構造からなる分布ブラッグ反射器（DBR）で構成されており、従来のレーザ共振器とは大きく異なります。レーザEELの劈開面で構成される共振器。 VCSEL光共振器の方向はチップ表面に対して垂直であり、レーザー出力もチップ表面に対して垂直であり、DBRの両側の反射率はEEL溶液面の反射率よりもはるかに高くなります。
VCSELのレーザ共振器の長さは一般に数ミクロンであり、EELのミリメートル共振器の長さに比べて非常に小さく、共振器内の光場発振によって得られる一方向利得は低い。基本横モード出力は達成できますが、出力電力は数ミリワットにしか達しません。 VCSEL 出力レーザー ビームの断面プロファイルは円形で、発散角は端面発光レーザー ビームの発散角よりもはるかに小さくなります。 VCSELの高出力化を実現するには、発光領域を拡大して利得を高める必要があり、発光領域の拡大により出力レーザがマルチモード出力化します。同時に、大きな発光領域で均一な電流注入を達成することは困難であり、不均一な電流注入は廃熱の蓄積を悪化させます。つまり、VCSELは合理的な構造設計を通じて基本モードの円対称スポットを出力できますが、出力がシングル モードの場合、出力電力は低くなります。そのため、複数の VCsel が出力モードに統合されることがよくあります。