లంబ కుహరం ఉపరితలం విడుదల చేసే లేజర్

వర్టికల్ కేవిటీ సర్ఫేస్ ఎమిటింగ్ లేజర్ అనేది కొత్త తరం సెమీకండక్టర్ లేజర్, ఇది ఇటీవలి సంవత్సరాలలో వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతోంది. "నిలువు కుహరం ఉపరితల ఉద్గారం" అని పిలవబడేది అంటే లేజర్ ఉద్గార దిశ క్లీవేజ్ ప్లేన్ లేదా సబ్‌స్ట్రేట్ ఉపరితలంపై లంబంగా ఉంటుంది. దానికి సంబంధించిన మరొక ఉద్గార పద్ధతిని "అంచు ఉద్గారం" అంటారు. సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు ఎడ్జ్-ఎమిటింగ్ మోడ్‌ను అవలంబిస్తాయి, అంటే, లేజర్ ఉద్గార దిశ ఉపరితల ఉపరితలంతో సమాంతరంగా ఉంటుంది. ఈ రకమైన లేజర్‌ను ఎడ్జ్-ఎమిటింగ్ లేజర్ (EEL) అంటారు. EELతో పోలిస్తే, VCSEL మంచి బీమ్ నాణ్యత, సింగిల్-మోడ్ అవుట్‌పుట్, అధిక మాడ్యులేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్, లాంగ్ లైఫ్, సులభమైన ఇంటిగ్రేషన్ మరియు టెస్టింగ్ మొదలైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది, కాబట్టి ఇది ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్‌లు, ఆప్టికల్ డిస్‌ప్లే, ఆప్టికల్ సెన్సింగ్ మరియు ఇతర వాటిలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది. పొలాలు.

"నిలువు ఉద్గారం" అంటే ఏమిటో మరింత స్పష్టంగా మరియు ప్రత్యేకంగా అర్థం చేసుకోవడానికి, మనం మొదట VCSEL యొక్క కూర్పు మరియు నిర్మాణాన్ని అర్థం చేసుకోవాలి. ఇక్కడ మేము ఆక్సీకరణ-పరిమిత VCSELని పరిచయం చేస్తున్నాము:

VCSEL యొక్క ప్రాథమిక నిర్మాణం పై నుండి క్రిందికి కలిగి ఉంటుంది: P-టైప్ ఓహ్మిక్ కాంటాక్ట్ ఎలక్ట్రోడ్, P-టైప్ డోప్డ్ DBR, ఆక్సైడ్ కన్ఫిన్‌మెంట్ లేయర్, మల్టీ-క్వాంటం వెల్ యాక్టివ్ రీజియన్, N-టైప్ డోప్డ్ DBR, సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు N-టైప్ ఓహ్మిక్ కాంటాక్ట్ ఎలక్ట్రోడ్. ఇక్కడ VCSEL నిర్మాణం [1] యొక్క క్రాస్ సెక్షనల్ వీక్షణ ఉంది. VCSEL యొక్క క్రియాశీల ప్రాంతం రెండు వైపులా DBR మిర్రర్‌ల మధ్య శాండ్‌విచ్ చేయబడింది, ఇవి కలిసి ఫాబ్రి-పెరోట్ రెసొనెంట్ కేవిటీని ఏర్పరుస్తాయి. రెండు వైపులా ఉన్న DBRల ద్వారా ఆప్టికల్ ఫీడ్‌బ్యాక్ అందించబడుతుంది. సాధారణంగా, DBR యొక్క ప్రతిబింబం 100%కి దగ్గరగా ఉంటుంది, అయితే ఎగువ DBR యొక్క ప్రతిబింబం సాపేక్షంగా తక్కువగా ఉంటుంది. ఆపరేషన్ సమయంలో, కరెంట్ రెండు వైపులా ఎలక్ట్రోడ్‌ల ద్వారా క్రియాశీల ప్రాంతం పైన ఉన్న ఆక్సైడ్ పొర ద్వారా ఇంజెక్ట్ చేయబడుతుంది, ఇది లేజర్ అవుట్‌పుట్ సాధించడానికి క్రియాశీల ప్రాంతంలో ఉత్తేజిత రేడియేషన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. లేజర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ దిశ క్రియాశీల ప్రాంతం యొక్క ఉపరితలానికి లంబంగా ఉంటుంది, నిర్బంధ పొర యొక్క ఉపరితలం గుండా వెళుతుంది మరియు తక్కువ-ప్రతిబింబం DBR అద్దం నుండి విడుదల అవుతుంది.

ప్రాథమిక నిర్మాణాన్ని అర్థం చేసుకున్న తర్వాత, "నిలువు ఉద్గారాలు" మరియు "సమాంతర ఉద్గారాలు" అని పిలవబడేవి వరుసగా అర్థం ఏమిటో అర్థం చేసుకోవడం సులభం. క్రింది బొమ్మ వరుసగా VCSEL మరియు EEL యొక్క కాంతి ఉద్గార పద్ధతులను చూపుతుంది [4]. చిత్రంలో చూపిన VCSEL దిగువ-ఉద్గార మోడ్, మరియు టాప్-ఎమిటింగ్ మోడ్‌లు కూడా ఉన్నాయి.

సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల కోసం, క్రియాశీల ప్రదేశంలోకి ఎలక్ట్రాన్‌లను ఇంజెక్ట్ చేయడానికి, క్రియాశీల ప్రాంతం సాధారణంగా PN జంక్షన్‌లో ఉంచబడుతుంది, ఎలక్ట్రాన్‌లు N పొర ద్వారా క్రియాశీల ప్రదేశంలోకి ఇంజెక్ట్ చేయబడతాయి మరియు P పొర ద్వారా క్రియాశీల ప్రదేశంలోకి రంధ్రాలు ఇంజెక్ట్ చేయబడతాయి. అధిక లేసింగ్ సామర్థ్యాన్ని పొందేందుకు, క్రియాశీల ప్రాంతం సాధారణంగా డోప్ చేయబడదు. అయినప్పటికీ, వృద్ధి ప్రక్రియలో సెమీకండక్టర్ చిప్‌లో నేపథ్య మలినాలు ఉన్నాయి మరియు క్రియాశీల ప్రాంతం ఆదర్శవంతమైన అంతర్గత సెమీకండక్టర్ కాదు. ఇంజెక్ట్ చేయబడిన క్యారియర్లు మలినాలతో కలిపినప్పుడు, క్యారియర్‌ల జీవితకాలం తగ్గిపోతుంది, ఫలితంగా లేజర్ యొక్క లేసింగ్ సామర్థ్యం తగ్గుతుంది, కానీ అదే సమయంలో ఇది లేజర్ యొక్క మాడ్యులేషన్ రేటును పెంచుతుంది, కాబట్టి కొన్నిసార్లు క్రియాశీల ప్రాంతం ఉద్దేశపూర్వకంగా డోప్ చేశారు. పనితీరును నిర్ధారించేటప్పుడు మాడ్యులేషన్ రేటును పెంచండి.

అదనంగా, DBR యొక్క మునుపటి పరిచయం నుండి VCSEL యొక్క ప్రభావవంతమైన కుహరం పొడవు క్రియాశీల ప్రాంతం యొక్క మందం మరియు రెండు వైపులా DBR యొక్క చొచ్చుకుపోయే లోతు అని మనం చూడవచ్చు. VCSEL యొక్క క్రియాశీల ప్రాంతం సన్నగా ఉంటుంది మరియు ప్రతిధ్వని కుహరం యొక్క మొత్తం పొడవు సాధారణంగా అనేక మైక్రాన్‌లుగా ఉంటుంది. EEL అంచు ఉద్గారాలను ఉపయోగిస్తుంది మరియు కుహరం పొడవు సాధారణంగా అనేక వందల మైక్రాన్‌లు. అందువల్ల, VCSEL తక్కువ కుహరం పొడవు, రేఖాంశ మోడ్‌ల మధ్య పెద్ద దూరం మరియు మెరుగైన సింగిల్ లాంగిట్యూడినల్ మోడ్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. అదనంగా, VCSEL యొక్క క్రియాశీల ప్రాంతం యొక్క వాల్యూమ్ కూడా తక్కువగా ఉంటుంది (0.07 క్యూబిక్ మైక్రాన్లు, అయితే EEL సాధారణంగా 60 క్యూబిక్ మైక్రాన్లు), కాబట్టి VCSEL యొక్క థ్రెషోల్డ్ కరెంట్ కూడా తక్కువగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, క్రియాశీల ప్రాంతం యొక్క వాల్యూమ్‌ను తగ్గించడం వలన ప్రతిధ్వని కుహరం తగ్గిపోతుంది, ఇది నష్టాన్ని పెంచుతుంది మరియు డోలనం కోసం అవసరమైన ఎలక్ట్రాన్ సాంద్రతను పెంచుతుంది. ప్రతిధ్వనించే కుహరం యొక్క ప్రతిబింబతను పెంచడం అవసరం, కాబట్టి VCSEL అధిక పరావర్తనతో DBRని సిద్ధం చేయాలి. . అయినప్పటికీ, గరిష్ట కాంతి అవుట్‌పుట్‌కు సరైన పరావర్తన ఉంది, దీని అర్థం ఎక్కువ పరావర్తనం, మంచిదని కాదు. కాంతి నష్టాన్ని తగ్గించడం మరియు అధిక-ప్రతిబింబం అద్దాలను ఎలా సిద్ధం చేయడం అనేది ఎల్లప్పుడూ సాంకేతిక సమస్యగా ఉంది.