Şaquli boşluq səthi yayan lazer

Şaquli boşluq səthi emissiya lazeri son illərdə sürətlə inkişaf edən yeni nəsil yarımkeçirici lazerdir. Sözdə "şaquli boşluq səthi emissiyası" lazer emissiya istiqamətinin parçalanma müstəvisinə və ya substrat səthinə perpendikulyar olması deməkdir. Ona uyğun gələn digər emissiya üsulu “kənar emissiya” adlanır. Ənənəvi yarımkeçirici lazerlər kənar emissiya rejimini qəbul edir, yəni lazer emissiya istiqaməti substrat səthinə paraleldir. Bu tip lazerə kənar emitent lazer (EEL) deyilir. EEL ilə müqayisədə VCSEL yaxşı şüa keyfiyyəti, tək rejimli çıxış, yüksək modulyasiya bant genişliyi, uzun ömür, asan inteqrasiya və sınaq və s. üstünlüklərə malikdir, buna görə də optik rabitə, optik displey, optik zondlama və digər sahələrdə geniş istifadə edilmişdir. sahələri.

Daha intuitiv və konkret olaraq "şaquli emissiya"nın nə olduğunu başa düşmək üçün əvvəlcə VCSEL-in tərkibini və strukturunu başa düşməliyik. Burada oksidləşmə ilə məhdudlaşan VCSEL-i təqdim edirik:

VCSEL-in əsas strukturuna yuxarıdan aşağıya doğru aşağıdakılar daxildir: P tipli ohmik kontakt elektrod, P tipli qatqılı DBR, oksidin məhdudlaşdırıcı təbəqəsi, çox kvantlı quyu aktiv bölgəsi, N-tipli qatqılı DBR, substrat və N-tipli ohmik kontakt elektrodu. Budur VCSEL strukturunun en kəsiyi görünüşü [1]. VCSEL-in aktiv sahəsi hər iki tərəfdəki DBR güzgüləri arasında sıxışdırılıb və onlar birlikdə Fabry-Perot rezonans boşluğunu əmələ gətirir. Optik rəy hər iki tərəfdən DBR-lər tərəfindən təmin edilir. Adətən, DBR-nin əks etdirmə qabiliyyəti 100%-ə yaxındır, yuxarı DBR-nin əks etdirmə qabiliyyəti isə nisbətən aşağıdır. Əməliyyat zamanı hər iki tərəfdən elektrodlar vasitəsilə aktiv sahənin üstündəki oksid təbəqəsi vasitəsilə cərəyan yeridilir ki, bu da lazer çıxışına nail olmaq üçün aktiv sahədə stimullaşdırılmış şüalanma əmələ gətirəcək. Lazerin çıxış istiqaməti aktiv sahənin səthinə perpendikulyardır, məhdudlaşdırıcı təbəqənin səthindən keçir və aşağı əks etdirən DBR güzgüsündən yayılır.

Əsas strukturu başa düşdükdən sonra, müvafiq olaraq "şaquli emissiya" və "paralel emissiya" adlanan şeylərin nə demək olduğunu başa düşmək asandır. Aşağıdakı şəkildə VCSEL və EEL-in müvafiq olaraq işıq emissiya üsulları göstərilir [4]. Şəkildə göstərilən VCSEL aşağıdan emissiya rejimidir və yuxarıdan emissiya rejimləri də var.

Yarımkeçirici lazerlər üçün aktiv sahəyə elektron yeritmək üçün adətən aktiv sahə PN qovşağına yerləşdirilir, elektronlar N təbəqəsi vasitəsilə aktiv sahəyə, P təbəqəsi vasitəsilə isə aktiv sahəyə dəliklər vurulur. Yüksək lasing effektivliyi əldə etmək üçün aktiv bölgə ümumiyyətlə aşqarlanmır. Bununla belə, böyümə prosesi zamanı yarımkeçirici çipdə fon çirkləri var və aktiv bölgə ideal daxili yarımkeçirici deyil. Enjekte edilmiş daşıyıcılar çirklərlə birləşdikdə, daşıyıcıların ömrü azalacaq, nəticədə lazerin laser effektivliyi azalacaq, lakin eyni zamanda lazerin modulyasiya sürətini artıracaq, buna görə də bəzən aktiv bölgə qəsdən doping. Performansı təmin edərkən modulyasiya sürətini artırın.

Bundan əlavə, DBR-nin əvvəlki tətbiqindən görə bilərik ki, VCSEL-in effektiv boşluq uzunluğu aktiv sahənin qalınlığı və hər iki tərəfdən DBR-nin nüfuz dərinliyidir. VCSEL-in aktiv sahəsi nazikdir və rezonans boşluğunun ümumi uzunluğu adətən bir neçə mikron təşkil edir. EEL kənar emissiyadan istifadə edir və boşluğun uzunluğu ümumiyyətlə bir neçə yüz mikrondur. Buna görə də, VCSEL daha qısa boşluq uzunluğuna, uzununa rejimlər arasında daha böyük məsafəyə və daha yaxşı tək uzununa rejim xüsusiyyətlərinə malikdir. Bundan əlavə, VCSEL-in aktiv sahəsinin həcmi də kiçikdir (0,07 kub mikron, EEL isə ümumiyyətlə 60 kub mikrondur), ona görə də VCSEL-in eşik cərəyanı da aşağıdır. Bununla belə, aktiv sahənin həcminin azalması rezonans boşluğunu daraldır ki, bu da itkini artıracaq və salınım üçün lazım olan elektron sıxlığını artıracaq. Rezonans boşluğunun əksetmə qabiliyyətini artırmaq lazımdır, buna görə də VCSEL yüksək əks etdiriciliyə malik DBR hazırlamalıdır. . Bununla belə, maksimum işıq çıxışı üçün optimal əksetmə qabiliyyəti var, bu, əks etdirmə nə qədər yüksək olsa, bir o qədər yaxşı demək deyil. İşıq itkisini azaltmaq və yüksək əks etdirən güzgüləri necə hazırlamaq həmişə texniki çətinlik olub.