ಲಂಬ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊರಸೂಸುವ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಲೇಸರ್ (VCSEL) ಗೆ ಪರಿಚಯ

ಲಂಬ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಗೆ ಪರಿಚಯಅರೆವಾಹಕ ಲೇಸರ್(VCSEL)
ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಲೇಸರ್‌ಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ಬಾಧಿಸುತ್ತಿರುವ ಪ್ರಮುಖ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ನಿವಾರಿಸಲು ಲಂಬ ಬಾಹ್ಯ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ-ಹೊರಸೂಸುವ ಲೇಸರ್‌ಗಳನ್ನು 1990 ರ ದಶಕದ ಮಧ್ಯಭಾಗದಲ್ಲಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಯಿತು: ಮೂಲಭೂತ ಅಡ್ಡ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಿರಣದ ಗುಣಮಟ್ಟದೊಂದಿಗೆ ಉನ್ನತ-ಶಕ್ತಿಯ ಲೇಸರ್ ಔಟ್‌ಪುಟ್‌ಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ಉತ್ಪಾದಿಸುವುದು.
ಲಂಬ ಬಾಹ್ಯ ಕುಹರದ ಮೇಲ್ಮೈ-ಹೊರಸೂಸುವ ಲೇಸರ್ಗಳು (ವೆಕ್ಸೆಲ್ಸ್), ಎಂದೂ ಕರೆಯುತ್ತಾರೆಅರೆವಾಹಕ ಡಿಸ್ಕ್ ಲೇಸರ್ಗಳು(SDL), ಲೇಸರ್ ಕುಟುಂಬದ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಹೊಸ ಸದಸ್ಯರಾಗಿದ್ದಾರೆ. ಇದು ಅರೆವಾಹಕ ಗಳಿಕೆ ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ ವಸ್ತು ಸಂಯೋಜನೆ ಮತ್ತು ಕ್ವಾಂಟಮ್‌ನ ದಪ್ಪವನ್ನು ಚೆನ್ನಾಗಿ ಬದಲಾಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ಹೊರಸೂಸುವಿಕೆಯ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಇಂಟ್ರಾಕ್ಯಾವಿಟಿ ಆವರ್ತನ ದ್ವಿಗುಣಗೊಳಿಸುವಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿತವಾಗಿ ನೇರಳಾತೀತದಿಂದ ದೂರದ ಅತಿಗೆಂಪುವರೆಗಿನ ವ್ಯಾಪಕ ತರಂಗಾಂತರದ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ಒಳಗೊಳ್ಳಬಹುದು, ಕಡಿಮೆ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಉಳಿಸಿಕೊಂಡು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದು. ಕೋನ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಸಮ್ಮಿತೀಯ ಲೇಸರ್ ಕಿರಣ. ಲೇಸರ್ ರೆಸೋನೇಟರ್ ಗೇನ್ ಚಿಪ್‌ನ ಕೆಳಭಾಗದ DBR ರಚನೆ ಮತ್ತು ಬಾಹ್ಯ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಕಪ್ಲಿಂಗ್ ಮಿರರ್‌ನಿಂದ ಕೂಡಿದೆ. ಈ ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ಬಾಹ್ಯ ಅನುರಣಕ ರಚನೆಯು ಆವರ್ತನ ದ್ವಿಗುಣಗೊಳಿಸುವಿಕೆ, ಆವರ್ತನ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಮತ್ತು ಮೋಡ್-ಲಾಕಿಂಗ್‌ನಂತಹ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಗಳಿಗಾಗಿ ಕುಹರದೊಳಗೆ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಅಂಶಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸಲು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು VECSEL ಅನ್ನು ಆದರ್ಶವಾಗಿಸುತ್ತದೆ.ಲೇಸರ್ ಮೂಲಬಯೋಫೋಟೋನಿಕ್ಸ್, ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿಯಿಂದ ಹಿಡಿದು ಅನ್ವಯಗಳಿಗೆಲೇಸರ್ ಔಷಧ, ಮತ್ತು ಲೇಸರ್ ಪ್ರೊಜೆಕ್ಷನ್.
VC-ಮೇಲ್ಮೈ ಹೊರಸೂಸುವ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಲೇಸರ್‌ನ ಅನುರಣಕವು ಸಕ್ರಿಯ ಪ್ರದೇಶವು ಇರುವ ಸಮತಲಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ಅದರ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಬೆಳಕು ಸಕ್ರಿಯ ಪ್ರದೇಶದ ಸಮತಲಕ್ಕೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ.VCSEL ಸಣ್ಣದಂತಹ ವಿಶಿಷ್ಟ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. 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 ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಅಗತ್ಯತೆಗಳಿರುವ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಅವುಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ.

VCSEL ನ ಲೇಸರ್ ರೆಸೋನೇಟರ್ ವಿತರಣಾ ಬ್ರಾಗ್ ರಿಫ್ಲೆಕ್ಟರ್ (DBR) ನಿಂದ ಸಂಯೋಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ, ಇದು ಸಕ್ರಿಯ ಪ್ರದೇಶದ ಮೇಲಿನ ಮತ್ತು ಕೆಳಗಿನ ಎರಡೂ ಬದಿಗಳಲ್ಲಿ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳ ಬಹು-ಪದರದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ರಚನೆಯಿಂದ ಸಂಯೋಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚು ವಿಭಿನ್ನವಾಗಿದೆ.ಲೇಸರ್EEL ನಲ್ಲಿ ಸೀಳು ಸಮತಲದಿಂದ ಸಂಯೋಜಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಅನುರಣಕ. VCSEL ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ರೆಸೋನೇಟರ್‌ನ ದಿಕ್ಕು ಚಿಪ್ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಲೇಸರ್ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಚಿಪ್ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಲಂಬವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು DBR ನ ಎರಡೂ ಬದಿಗಳ ಪ್ರತಿಫಲನವು EEL ಪರಿಹಾರದ ಸಮತಲಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನದಾಗಿದೆ.
VCSEL ನ ಲೇಸರ್ ರೆಸೋನೇಟರ್‌ನ ಉದ್ದವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕೆಲವು ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳು, ಇದು EEL ನ ಮಿಲಿಮೀಟರ್ ರೆಸೋನೇಟರ್‌ಗಿಂತ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಕುಳಿಯಲ್ಲಿನ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಫೀಲ್ಡ್ ಆಂದೋಲನದಿಂದ ಪಡೆದ ಏಕಮುಖ ಲಾಭವು ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಮೂಲಭೂತ ಅಡ್ಡ ಮೋಡ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದಾದರೂ, ಔಟ್ಪುಟ್ ಶಕ್ತಿಯು 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 ಪ್ರಕಾಶಕ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು ಅವಶ್ಯಕವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಕಾಶಕ ಪ್ರದೇಶದ ಹೆಚ್ಚಳವು ಔಟ್ಪುಟ್ ಲೇಸರ್ ಅನ್ನು ಬಹು-ಮಾರ್ಗದ ಔಟ್ಪುಟ್ ಆಗಲು ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಒಂದು ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಕಾಶಕ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಏಕರೂಪದ ಪ್ರಸ್ತುತ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸುವುದು ಕಷ್ಟ, ಮತ್ತು ಅಸಮ ಪ್ರಸ್ತುತ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ತ್ಯಾಜ್ಯ ಶಾಖದ ಶೇಖರಣೆಯನ್ನು ಉಲ್ಬಣಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತವಾಗಿ, VCSEL ಸಮಂಜಸವಾದ ರಚನಾತ್ಮಕ ವಿನ್ಯಾಸದ ಮೂಲಕ ಮೂಲ ಮೋಡ್ ವೃತ್ತಾಕಾರದ ಸಮ್ಮಿತೀಯ ಸ್ಥಳವನ್ನು ಔಟ್ಪುಟ್ ಮಾಡಬಹುದು, ಆದರೆ ಔಟ್ಪುಟ್ ಏಕ ಮೋಡ್ ಆಗಿರುವಾಗ ಔಟ್ಪುಟ್ ಶಕ್ತಿಯು ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ.ಆದ್ದರಿಂದ, ಅನೇಕ VCs ಗಳನ್ನು ಔಟ್ಪುಟ್ ಮೋಡ್ಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.