лазер с вертикальным резонатором иначе поверхностно-излучающий лазер (англ. vertical cavity surface emitting laser сокр., VCSEL) — инжекционный полупроводниковый лазер, зеркала резонатора которого, выполненные в виде одномерного фотонного кристалла, расположены над и под активной областью из квантоворазмерных гетероструктур.

Описание

Большие значения показателя усиления (см. лазер, полупроводниковый), достижимые в квантоворазмерных гетероструктурах, позволяют создавать лазеры с очень малой длиной активной среды, в которых излучение происходит не с торца гетероперехода, а с его поверхности. Такие лазеры получили название лазеров с вертикальным резонатором из-за расположения основных элементов в них (см. рис.). В отличие от геометрии традиционных лазеров, в лазерах с вертикальным резонатором ось резонатора перпендикулярна плоскости расположения гетероструктуры, а длина активной области, равная толщине гетероструктуры, очень мала (обычно единицы микрометра). Зеркала резонатора наносятся на излучающие поверхности, через которые пропускается электрический ток. Они выполнены в виде чередующихся четвертьволновых слоев с разными показателями преломления.

В лазерах с вертикальным резонатором максимальное усиление должно быть обеспечено в направлении, перпендикулярном гетеропереходу, а в плоскости перехода оно должно быть подавлено. Поскольку эффективный показатель усиления активной среды должен превышать 1000 см–1, то в активной области используются двойные гетероструктуры, содержащие набор квантовых ям, квантовых нитей или квантовых точек. Применение квантовых нитей потенциально очень перспективно, так как может обеспечить большой коэффициент усиления в направлении их осей. Однако технология получения активных сред на основе квантовых нитей требуемого качества пока не отработана. Поэтому активная область лазеров с вертикальным резонатором, как правило, содержит или набор квантовых ям, или квантовые точки, которые часто группируют в вертикальносвязанные квантовые точки.

За счет уменьшения апертуры рабочей области в лазерах с вертикальным резонатором удается выделить одну поперечную моду с коэффициентом подавления боковых мод более 20 дБ. Однако уменьшение рабочей области ограничивает достижимую выходную мощность, типичные значения которой лежат в диапазоне десятых долей милливатта.

Длина резонатора лазеров с вертикальными резонаторами составляет всего несколько длин волн. Расстояние между продольными типами колебаний велико, что облегчает работу лазера в одночастотном режиме.

Важнейшее достоинство таких лазеров заключается в возможности массового производства и тестирования, так как на одном полупроводниковом кристалле может быть изготовлено несколько сот лазеров одновременно.

Иллюстрации

Полупроводниковый лазер с вертикальным резонатором и поверхностным излучением [1].
Полупроводниковый лазер с вертикальным резонатором и поверхностным излучением [1].

Авторы

  • Наний Олег Евгеньевич
  • Павлова Елена Григорьевна

Источники

  1. Наний О. Е. Оптические передатчики // Lightwave Russian Edition. 2003. №2. С. 48–51.
  2. Пихтин А.Н. Оптическая квантовая электроника. — М.: Высшая школа, 2001. — 573 с.

Напишите нам