लंबवत गुहा सतह उत्सर्जक लेज़र

वर्टिकल कैविटी सरफेस एमिटिंग लेजर सेमीकंडक्टर लेजर की एक नई पीढ़ी है जो हाल के वर्षों में तेजी से विकसित हो रही है। तथाकथित "ऊर्ध्वाधर गुहा सतह उत्सर्जन" का अर्थ है कि लेजर उत्सर्जन की दिशा दरार तल या सब्सट्रेट सतह के लंबवत है। इसके अनुरूप एक अन्य उत्सर्जन विधि को "एज उत्सर्जन" कहा जाता है। पारंपरिक सेमीकंडक्टर लेजर एज-एमिटिंग मोड को अपनाते हैं, यानी लेजर उत्सर्जन की दिशा सब्सट्रेट सतह के समानांतर होती है। इस प्रकार के लेजर को एज-एमिटिंग लेजर (ईईएल) कहा जाता है। ईईएल की तुलना में, वीसीएसईएल में अच्छी बीम गुणवत्ता, सिंगल-मोड आउटपुट, उच्च मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ, लंबे जीवन, आसान एकीकरण और परीक्षण आदि के फायदे हैं, इसलिए इसका व्यापक रूप से ऑप्टिकल संचार, ऑप्टिकल डिस्प्ले, ऑप्टिकल सेंसिंग और अन्य में उपयोग किया गया है। खेत।

अधिक सहजता से और विशेष रूप से समझने के लिए कि "ऊर्ध्वाधर उत्सर्जन" क्या है, हमें पहले वीसीएसईएल की संरचना और संरचना को समझने की आवश्यकता है। यहां हम ऑक्सीकरण-सीमित वीसीएसईएल का परिचय देते हैं:

वीसीएसईएल की मूल संरचना में ऊपर से नीचे तक शामिल हैं: पी-प्रकार ओमिक संपर्क इलेक्ट्रोड, पी-प्रकार डोप्ड डीबीआर, ऑक्साइड कारावास परत, बहु-क्वांटम अच्छी तरह से सक्रिय क्षेत्र, एन-प्रकार डोप्ड डीबीआर, सब्सट्रेट और एन-प्रकार ओमिक संपर्क इलेक्ट्रोड। यहां वीसीएसईएल संरचना का एक क्रॉस-अनुभागीय दृश्य है [1]। वीसीएसईएल का सक्रिय क्षेत्र दोनों तरफ डीबीआर दर्पणों के बीच सैंडविच होता है, जो मिलकर एक फैब्री-पेरोट गुंजयमान गुहा बनाते हैं। ऑप्टिकल फीडबैक दोनों तरफ डीबीआर द्वारा प्रदान किया जाता है। आमतौर पर, डीबीआर की परावर्तनशीलता 100% के करीब होती है, जबकि ऊपरी डीबीआर की परावर्तनशीलता अपेक्षाकृत कम होती है। ऑपरेशन के दौरान, दोनों तरफ इलेक्ट्रोड के माध्यम से सक्रिय क्षेत्र के ऊपर ऑक्साइड परत के माध्यम से करंट इंजेक्ट किया जाता है, जो लेजर आउटपुट प्राप्त करने के लिए सक्रिय क्षेत्र में उत्तेजित विकिरण बनाएगा। लेज़र की आउटपुट दिशा सक्रिय क्षेत्र की सतह के लंबवत होती है, कारावास परत की सतह से गुजरती है, और कम-परावर्तन डीबीआर दर्पण से उत्सर्जित होती है।

मूल संरचना को समझने के बाद, यह समझना आसान है कि क्रमशः तथाकथित "ऊर्ध्वाधर उत्सर्जन" और "समानांतर उत्सर्जन" का क्या अर्थ है। निम्नलिखित चित्र क्रमशः वीसीएसईएल और ईईएल की प्रकाश उत्सर्जन विधियों को दर्शाता है [4]। चित्र में दिखाया गया वीसीएसईएल एक निचला-उत्सर्जक मोड है, और शीर्ष-उत्सर्जक मोड भी हैं।

सेमीकंडक्टर लेजर के लिए, सक्रिय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों को इंजेक्ट करने के लिए, सक्रिय क्षेत्र को आमतौर पर पीएन जंक्शन में रखा जाता है, इलेक्ट्रॉनों को एन परत के माध्यम से सक्रिय क्षेत्र में इंजेक्ट किया जाता है, और छेद को पी परत के माध्यम से सक्रिय क्षेत्र में इंजेक्ट किया जाता है। उच्च लेज़िंग दक्षता प्राप्त करने के लिए, सक्रिय क्षेत्र को आम तौर पर डोप नहीं किया जाता है। हालाँकि, विकास प्रक्रिया के दौरान सेमीकंडक्टर चिप में पृष्ठभूमि की अशुद्धियाँ होती हैं, और सक्रिय क्षेत्र एक आदर्श आंतरिक सेमीकंडक्टर नहीं है। जब इंजेक्ट किए गए वाहक अशुद्धियों के साथ संयोजित होते हैं, तो वाहकों का जीवनकाल कम हो जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप लेजर की लेज़िंग दक्षता में कमी आएगी, लेकिन साथ ही यह लेजर की मॉड्यूलेशन दर में वृद्धि करेगा, इसलिए कभी-कभी सक्रिय क्षेत्र होता है जानबूझकर डोप किया गया। प्रदर्शन सुनिश्चित करते हुए मॉड्यूलेशन दर बढ़ाएँ।

इसके अलावा, हम डीबीआर के पिछले परिचय से देख सकते हैं कि वीसीएसईएल की प्रभावी गुहा लंबाई सक्रिय क्षेत्र की मोटाई और दोनों तरफ डीबीआर की प्रवेश गहराई है। वीसीएसईएल का सक्रिय क्षेत्र पतला है, और गुंजयमान गुहा की कुल लंबाई आमतौर पर कई माइक्रोन होती है। ईईएल एज उत्सर्जन का उपयोग करता है, और गुहा की लंबाई आम तौर पर कई सौ माइक्रोन होती है। इसलिए, वीसीएसईएल में गुहा की लंबाई कम होती है, अनुदैर्ध्य मोड के बीच बड़ी दूरी होती है, और बेहतर एकल अनुदैर्ध्य मोड विशेषताएं होती हैं। इसके अलावा, वीसीएसईएल के सक्रिय क्षेत्र की मात्रा भी छोटी है (0.07 क्यूबिक माइक्रोन, जबकि ईईएल आम तौर पर 60 क्यूबिक माइक्रोन है), इसलिए वीसीएसईएल की थ्रेसहोल्ड धारा भी कम है। हालाँकि, सक्रिय क्षेत्र का आयतन कम करने से गुंजयमान गुहा सिकुड़ जाती है, जिससे हानि बढ़ जाएगी और दोलन के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ जाएगा। गुंजयमान गुहा की परावर्तनशीलता को बढ़ाना आवश्यक है, इसलिए वीसीएसईएल को उच्च परावर्तनशीलता वाला डीबीआर तैयार करने की आवश्यकता है। . हालाँकि, अधिकतम प्रकाश उत्पादन के लिए एक इष्टतम परावर्तन होता है, जिसका मतलब यह नहीं है कि परावर्तन जितना अधिक होगा, उतना बेहतर होगा। प्रकाश हानि को कैसे कम किया जाए और उच्च-परावर्तन क्षमता वाले दर्पण कैसे तैयार किए जाएं, यह हमेशा से एक तकनीकी कठिनाई रही है।