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垂直腔表面發(fā)射激光器
閱讀�10779�(shí)間:2011-06-24 10:49:38

  垂直腔表面發(fā)�激光器(VCSEL)是很有�(fā)展前景的新型光電器件,是一種出光方向垂直與諧振腔表面的F-P激光器。垂直腔表面�(fā)射激光器的優(yōu)越性已�(jīng)引起廣泛�(guān)�,十幾年來,在結(jié)�(gòu)、材�、波�(zhǎng)和應(yīng)用領(lǐng)域都得到了飛速的�(fā)展,并�(jìn)入市�(chǎng)�

�(jié)�(gòu)

  VCSEL 主要由三部分組成 (見圖1),即激光工作物�(zhì)、崩浦源和光�(xué)諧振腔。工作物�(zhì)是發(fā)出激光的物質(zhì),但不是任何�(shí)刻都能發(fā)出激�,必須通過崩浦源對(duì)其�(jìn)行激�(lì),形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn),發(fā)出激�,但這樣得到的激光壽命很�,強(qiáng)度也不會(huì)太高,并且光波模式多,方向性很�。所�,還必須�(jīng)過頂部反射鏡(Top Mirror)和底部反射鏡 ( Bottom  Mirror)組成的諧振腔,在激光腔(Laser Cavity)�(nèi)放大與振�,并由頂部反射鏡(Top Mirror)輸出,而且� 出的光線只集中在中間不帶有氧化層(Ox ide LayerS)的部分輸 �。這樣就形成了垂直腔面的激光發(fā)�,從而得到穩(wěn)定.持續(xù)、有一定功率的高質(zhì)量激光�

垂直腔表面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)

特�

  垂直腔面�(fā)射激光器(Vertical—CavitySurface—EmittingLaser,簡(jiǎn)稱VCSEL)及其陣列是一種新型半�(dǎo)體激光器,它是光子學(xué)器件在集成化方面的重大突�。VCSEL與常�(guī)的側(cè)向出光的端面�(fā)射激光器在結(jié)�(gòu)上有著很大的不同。端面發(fā)射激光器的出射光垂直于芯片的解理平面;與此相�,VCSEL的發(fā)光束垂直于芯片表�(見圖2)。這種光腔取向的不同導(dǎo)致VCSEL的性能大大�(yōu)于常�(guī)的端面發(fā)射激光器�

垂直腔表面發(fā)射激光器的特性

  這種性能�(dú)特的 V C S E L易于�(shí)�(xiàn)二維平面列陣� 而端面發(fā)射激光器由于是側(cè)面出光而難以實(shí)�(xiàn)二維列陣。小�(fā)散角和園形對(duì)稱的�(yuǎn)、近�(chǎng)分布,使其與光纖的耦合效率大大提高,現(xiàn)已證�(shí)與多模光纖的耦合效率大于9 0 � � 而端面發(fā)射激光器由于�(fā)散角大且光束的空間分布是非對(duì)稱的,因�,很難提高其耦合效率。由� V C S E L的光腔長(zhǎng)度極�,導(dǎo)致縱模間距拉大,可在較寬的溫度范圍內(nèi)得到單縱模工�。動(dòng)�(tài)�(diào)制頻率高,腔體積減小使得其自�(fā)輻射因子較普通端面發(fā)射激光器高幾�(gè)�(shù)量級(jí),這導(dǎo)致許多物理特性大為改�。如能實(shí)�(xiàn)極低閾值甚至無(wú)閾值激�,可大大降低器件功耗和熱能�。由于從表面出光�(wú)須像常規(guī)端面�(fā)射激光器那樣必須在外延片解理封裝后才能測(cè)試,它可以實(shí)�(xiàn)“在片”測(cè)�,這導(dǎo)致工藝簡(jiǎn)�,大大降低制作成本。此�,其工藝與平面硅工藝兼容,便于與電子器件�(shí)�(xiàn)光電子集��

特點(diǎn)

  (1)低發(fā)敞之圓形雷射光束,易與光纖耦合�

  (2)具有快速調(diào)變功能,利于高速光纖網(wǎng)路傳��

  (3)元件制技�(shù)-jSiIC制類似,適于:產(chǎn)�

  (4)在元件尚未切割及封裝�,整�(gè)晶片可用water—leveltesting做每�(gè)晶粒特性檢�(cè),減低大量生�(chǎn)成本�

  (5)可做成lD�2Dlaserarrays,利于串接或并列式光纖傳��

�(yīng)�

  VCSEL不僅廣泛�(yīng)用于條形碼掃描器,而且可廣泛應(yīng)用于電信開關(guān)、數(shù)�(jù)通訊�(wǎng)�(luò)、自由空間數(shù)�(jù)傳輸、光存儲(chǔ)、激光打印機(jī)、DVD播放�、安保光屏障、測(cè)量設(shè)�、光電控�、流體及氣體�(jiān)�(cè)、熒光治�、光�(fù)印和熒光檢測(cè)、眼科學(xué)等等�

特殊形態(tài)

  多重反應(yīng)區(qū)域設(shè)�(jì)(aka bipolar cascade VCSELs)。允許回饋時(shí)不同效能量值之間的差異超過100%�

  通道相接VCSEL:利用通道相接(n+p+�,一�(gè)�(duì)電子有利的n-n+p+-p-i-n�(jié)�(gòu)就可以被建立,且可以影響其他�(jié)�(gòu)的分子。(e.g. in the form of a Buried Tunnel Junction (BTJ)�.

  可利用機(jī)械式(MEMS)調(diào)整鏡面來廣泛的調(diào)整VCSEL�

  "芯片接合"�"芯片融合"VCSEL:利用兩種不同的半導(dǎo)體材料可以制造出不同性質(zhì)的底��

  Monolithically光學(xué)幫浦VCSEL:兩�(gè)相疊合的VCSEL,其中一�(gè)利用光學(xué)來對(duì)另一�(gè)作幫��

  縱向的VCSEL整合�(jiān)�(cè)二極管:一�(gè)光二極管與VCSEL的背面鏡子做整合�

  橫向的VCSEL整合�(jiān)�(cè)二極管:利用適當(dāng)?shù)腣CSEL芯片石刻�,一�(gè)�(fā)光二極管就可以被制造用來測(cè)量鄰近VCSEL的發(fā)光強(qiáng)度�

  具有外部共振腔的VCSEL,參照VECSEL或是盤雷射半�(dǎo)體disk laser。VECSEL是傳�(tǒng)雷射二極管的光學(xué)幫浦。這樣的設(shè)置使裝置有更廣泛的區(qū)域可被幫浦,也因此有更多的能量可被吸�,大�30W左右。外部共振腔也允許了intracavity技�(shù),如頻率倍增、單頻操作和femtosecond pulse modelocking�

  垂直共振腔半�(dǎo)體光�(xué)�(kuò)大器VCSOA。與震蕩器不�,這�(gè)裝置使擴(kuò)大器更優(yōu)化。因?yàn)閂OSOA必須在限制下工作,故�(huì)要求減少鏡子的反射以�(dá)到減少回饋的作用。為了使訊號(hào)增至,這些裝置�(huì)包含大量的量子井(光�(xué)幫浦裝置已被證實(shí)�21-28�(gè)量子井),導(dǎo)致訊�(hào)的增加量值比典型的VCSEL來的大(�5%左右�。這裝置的�(yùn)作于窄線寬的�(kuò)大器(約十幾�(gè)GHz�,且可能可以有增�(qiáng)濾光器的效果�

維庫(kù)電子通,電子知識(shí),一查百��

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