ಲಂಬ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊರಸೂಸುವ ಅರೆವಾಹಕ ಲೇಸರ್ (VCSEL) ಪರಿಚಯ

ಲಂಬ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ ಪರಿಚಯಅರೆವಾಹಕ ಲೇಸರ್(ವಿಸಿಎಸ್ಇಎಲ್)
ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಅರೆವಾಹಕ ಲೇಸರ್‌ಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ಕಾಡುತ್ತಿರುವ ಪ್ರಮುಖ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ನಿವಾರಿಸಲು 1990 ರ ದಶಕದ ಮಧ್ಯಭಾಗದಲ್ಲಿ ಲಂಬ ಬಾಹ್ಯ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ-ಹೊರಸೂಸುವ ಲೇಸರ್‌ಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಯಿತು: ಮೂಲಭೂತ ಅಡ್ಡ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಿರಣದ ಗುಣಮಟ್ಟದೊಂದಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಲೇಸರ್ ಔಟ್‌ಪುಟ್‌ಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ಉತ್ಪಾದಿಸುವುದು.
ಲಂಬ ಬಾಹ್ಯ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ-ಹೊರಸೂಸುವ ಲೇಸರ್‌ಗಳು (ವೆಕ್ಸೆಲ್‌ಗಳು), ಇದನ್ನುಅರೆವಾಹಕ ಡಿಸ್ಕ್ ಲೇಸರ್‌ಗಳು(SDL), ಲೇಸರ್ ಕುಟುಂಬದ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಹೊಸ ಸದಸ್ಯ. ಇದು ಅರೆವಾಹಕ ಗಳಿಕೆ ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಾವಿಯ ವಸ್ತು ಸಂಯೋಜನೆ ಮತ್ತು ದಪ್ಪವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಇಂಟ್ರಾಕಾವಿಟಿ ಆವರ್ತನ ದ್ವಿಗುಣಗೊಳಿಸುವಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟರೆ ನೇರಳಾತೀತದಿಂದ ದೂರದ ಅತಿಗೆಂಪುವರೆಗಿನ ವಿಶಾಲ ತರಂಗಾಂತರದ ಶ್ರೇಣಿಯನ್ನು ಒಳಗೊಳ್ಳಬಹುದು, ಕಡಿಮೆ ಡೈವರ್ಜೆನ್ಸ್ ಆಂಗಲ್ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಸಮ್ಮಿತೀಯ ಲೇಸರ್ ಕಿರಣವನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುವಾಗ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದು. ಲೇಸರ್ ರೆಸೋನೇಟರ್ ಗೇನ್ ಚಿಪ್‌ನ ಕೆಳಭಾಗದ DBR ರಚನೆ ಮತ್ತು ಬಾಹ್ಯ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಕಪ್ಲಿಂಗ್ ಮಿರರ್‌ನಿಂದ ಕೂಡಿದೆ. ಈ ವಿಶಿಷ್ಟ ಬಾಹ್ಯ ರೆಸೋನೇಟರ್ ರಚನೆಯು ಆವರ್ತನ ದ್ವಿಗುಣಗೊಳಿಸುವಿಕೆ, ಆವರ್ತನ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ಮೋಡ್-ಲಾಕಿಂಗ್‌ನಂತಹ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಗಳಿಗಾಗಿ ಕುಹರದೊಳಗೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಅಂಶಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಇದು VECSEL ಅನ್ನು ಆದರ್ಶವಾಗಿಸುತ್ತದೆ.ಲೇಸರ್ ಮೂಲಬಯೋಫೋಟೋನಿಕ್ಸ್, ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ ಮುಂತಾದ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಿಗೆ,ಲೇಸರ್ ಔಷಧ, ಮತ್ತು ಲೇಸರ್ ಪ್ರೊಜೆಕ್ಷನ್.
VC-ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊರಸೂಸುವ ಅರೆವಾಹಕ ಲೇಸರ್‌ನ ಅನುರಣಕವು ಸಕ್ರಿಯ ಪ್ರದೇಶ ಇರುವ ಸಮತಲಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಬೆಳಕು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ಸಕ್ರಿಯ ಪ್ರದೇಶದ ಸಮತಲಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ. VCSEL ವಿಶಿಷ್ಟ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಸಣ್ಣ ಗಾತ್ರ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನ, ಉತ್ತಮ ಕಿರಣದ ಗುಣಮಟ್ಟ, ದೊಡ್ಡ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ ಹಾನಿ ಮಿತಿ ಮತ್ತು ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಸರಳ ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ. ಇದು ಲೇಸರ್ ಪ್ರದರ್ಶನ, ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂವಹನ ಮತ್ತು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗಡಿಯಾರದ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, VCsels ವ್ಯಾಟ್ ಮಟ್ಟಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಲೇಸರ್‌ಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ, ಆದ್ದರಿಂದ ಅವುಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ.

VCSEL ನ ಲೇಸರ್ ರೆಸೋನೇಟರ್, ಸಕ್ರಿಯ ಪ್ರದೇಶದ ಮೇಲಿನ ಮತ್ತು ಕೆಳಗಿನ ಎರಡೂ ಬದಿಗಳಲ್ಲಿ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುವಿನ ಬಹು-ಪದರದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ರಚನೆಯಿಂದ ಕೂಡಿದ ವಿತರಣಾ ಬ್ರಾಗ್ ಪ್ರತಿಫಲಕ (DBR) ನಿಂದ ಕೂಡಿದೆ, ಇದುಲೇಸರ್EEL ನಲ್ಲಿ ಕ್ಲೀವೇಜ್ ಪ್ಲೇನ್‌ನಿಂದ ಕೂಡಿದ ರೆಸೋನೇಟರ್. VCSEL ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ರೆಸೋನೇಟರ್‌ನ ದಿಕ್ಕು ಚಿಪ್ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಲೇಸರ್ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಸಹ ಚಿಪ್ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು DBR ನ ಎರಡೂ ಬದಿಗಳ ಪ್ರತಿಫಲನವು EEL ದ್ರಾವಣ ಸಮತಲಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನದಾಗಿದೆ.
VCSEL ನ ಲೇಸರ್ ರೆಸೋನೇಟರ್‌ನ ಉದ್ದವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕೆಲವು ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳಷ್ಟಿರುತ್ತದೆ, ಇದು EEL ನ ಮಿಲಿಮೀಟರ್ ರೆಸೋನೇಟರ್‌ಗಿಂತ ತುಂಬಾ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಕುಳಿಯಲ್ಲಿ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೀಲ್ಡ್ ಆಂದೋಲನದಿಂದ ಪಡೆದ ಏಕಮುಖ ಲಾಭವು ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಮೂಲಭೂತ ಟ್ರಾನ್ಸ್‌ವರ್ಸ್ ಮೋಡ್ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದಾದರೂ, ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಪವರ್ ಹಲವಾರು ಮಿಲಿವ್ಯಾಟ್‌ಗಳನ್ನು ಮಾತ್ರ ತಲುಪಬಹುದು. VCSEL ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಲೇಸರ್ ಕಿರಣದ ಅಡ್ಡ-ವಿಭಾಗದ ಪ್ರೊಫೈಲ್ ವೃತ್ತಾಕಾರವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಡೈವರ್ಜೆನ್ಸ್ ಕೋನವು ಅಂಚು-ಹೊರಸೂಸುವ ಲೇಸರ್ ಕಿರಣಕ್ಕಿಂತ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ. VCSEL ನ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು, ಹೆಚ್ಚಿನ ಲಾಭವನ್ನು ಒದಗಿಸಲು ಪ್ರಕಾಶಮಾನ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು ಅವಶ್ಯಕ, ಮತ್ತು ಪ್ರಕಾಶಮಾನ ಪ್ರದೇಶದ ಹೆಚ್ಚಳವು ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಲೇಸರ್ ಬಹು-ಮೋಡ್ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಆಗಲು ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಕಾಶಮಾನ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಏಕರೂಪದ ಕರೆಂಟ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸುವುದು ಕಷ್ಟ, ಮತ್ತು ಅಸಮಾನ ಕರೆಂಟ್ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ತ್ಯಾಜ್ಯ ಶಾಖ ಸಂಗ್ರಹಣೆಯನ್ನು ಉಲ್ಬಣಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, VCSEL ಸಮಂಜಸವಾದ ರಚನಾತ್ಮಕ ವಿನ್ಯಾಸದ ಮೂಲಕ ಮೂಲ ಮೋಡ್ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಸಮ್ಮಿತೀಯ ಸ್ಪಾಟ್ ಅನ್ನು ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಮಾಡಬಹುದು, ಆದರೆ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಏಕ ಮೋಡ್ ಆಗಿರುವಾಗ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಪವರ್ ಕಡಿಮೆ ಇರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಬಹು VCsels ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಮೋಡ್‌ಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.