垂直共振器面発光半導体レーザー（VCSEL）の概要

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、すなわち基本横モードで高出力かつ高ビーム品質の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た。
垂直外部共振器面発光レーザー（Vecsels）としても知られる半導体ディスクレーザー（SDL）は、レーザーファミリーの比較的新しいメンバーです。半導体利得媒体の量子井戸の材料組成と厚さを変更することで発光波長を設計でき、共振器内周波数倍増と組み合わせることで、紫外線から遠赤外線までの広い波長範囲をカバーし、低発散角の円対称レーザービームを維持しながら高出力を実現します。レーザー共振器は、利得チップの下部DBR構造と外部出力結合ミラーで構成されています。この独自の外部共振器構造により、周波数倍増、周波数差、モード同期などの動作のために光学素子を共振器内に挿入することができ、VECSELは理想的なレーザー光源バイオフォトニクス、分光法、レーザー治療そしてレーザー投影。
VC面発光半導体レーザーの共振器は、図に示すように、活性領域が配置されている平面に垂直であり、その出力光は活性領域の平面に垂直です。VCSELは、小型、高周波、良好なビーム品質、大きな共振器表面損傷閾値、比較的簡単な製造プロセスなど、独自の利点を持っています。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。しかし、VCセルはワットレベルを超える高出力レーザーを得ることができないため、高出力が要求される分野では使用できません。

VCSELのレーザー共振器は、活性領域の上部と下部の両方に半導体材料の多層エピタキシャル構造で構成された分布ブラッグ反射器（DBR）で構成されており、これはレーザ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垂直であり、レーザー出力もチップ表面に垂直である。また、DBRの両面の反射率はEEL溶液面の反射率よりもはるかに高い。
VCSELのレーザー共振器の長さは一般的に数ミクロンであり、EELのミリメートル共振器の長さよりもはるかに小さいため、キャビティ内の光場振動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実現できるものの、出力電力は数ミリワットにしか達しない。VCSEL出力レーザービームの断面形状は円形であり、発散角はエッジ発光レーザービームの発散角よりもはるかに小さい。VCSELの高出力を実現するには、より多くの利得を得るために発光領域を拡大する必要があり、発光領域を拡大すると出力レーザーはマルチモード出力となる。同時に、広い発光領域で均一な電流注入を実現することは難しく、電流注入の不均一性は廃熱の蓄積を悪化させます。要するに、VCSELは適切な構造設計により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を統合して出力モードにすることがよくあります。