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（面発光レーザー）
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（Vecsels）とも呼ば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えることで発光波長を設計でき、共振器内周波数逓倍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、利得チップの底部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、周波数逓倍、周波数差、モード同期などの操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は理想的なデバイスとなっています。レーザー光源バイオフォトニクス、分光法、レーザー医療、レーザー投影など。
図に示すように、VC面発光半導体レーザーの共振器は活性領域が位置する平面に対して垂直に配置されており、出力光も活性領域平面に対して垂直です。VCSELは、小型、高周波数、優れたビーム品質、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、独自の利点を備えています。レーザーディスプレイ、光通信、光クロックなどの用途において優れた性能を発揮します。しかし、VCEL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、高出力が求められる分野には適していません。

VCSELのレーザー共振器は、活性領域の上部と下部の両側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、これは従来のVCSEL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垂直であり、レーザー出力もチップ表面に垂直であり、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い。
VCSELのレーザー共振器長は通常数ミクロンで、EELのミリ波共振器長よりもはるかに短く、共振器内の光場振動によって得られる片方向利得は低い。基本横モード出力は達成できるものの、出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よりもはるかに小さい。VCSELの高出力を達成するには、発光領域を拡大して利得を高める必要があり、発光領域を拡大することで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困難であり、不均一な電流注入によって廃熱蓄積が悪化します。つまり、VCSEL は合理的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 が出力モードに統合されることがよくあります。