لیزر دیودی گسیل سطحی با حفره عمودی (VCSEL - Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر دیودی گسیل سطحی با حفره عمودی (VCSEL - Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) :
Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) یک نوع بسیار مهم و پرکاربرد لیزر نیمه هادی است که در آن نور عمود بر سطح ویفر (به صورت عمودی) گسیل می شود، نه از لبه (مانند لیزرهای لبه گسیل معمولی). در VCSEL، حفره لیزر در جهت عمودی (موازی با رشد لایه ها) تشکیل می شود و ناحیه فعال بسیار کوتاه (چند میکرون) است. آینه ها به صورت توزیع یافته و از لایه های متناوب با ضریب شکست بالا و پایین (آینه های براگ توزیع یافته - DBR) ساخته می شوند. این آینه ها باید بازتابندگی بسیار بالایی (بیش از ۹۹٫۵٪) داشته باشند تا بتوانند بهره ناچیز ناحیه فعال کوتاه را جبران کنند.
ساختار VCSEL از پایین به بالا شامل: آینه DBR پایینی (معمولا n-type)، ناحیه فعال (چاه های کوانتومی)، آینه DBR بالایی (معمولا p-type)، و تماس های فلزی است. جریان از طریق یک روزنه (aperture) اکسیدی محدود می شود تا به ناحیه فعال تزریق شود. نور تولید شده در ناحیه فعال، بین دو آینه DBR بالا و پایین نوسان کرده و پس از تقویت، از سطح بالایی (یا پایینی) خارج می شود. خروجی نور به صورت دایره ای متقارن است که برای جفت سازی با فیبر نوری بسیار مناسب است.
مزایای VCSEL نسبت به لیزرهای لبه گسیل: قابلیت تست روی ویفر (پیش از جداسازی)، تولید انبوه کم هزینه، آرایه های دوبعدی، جریان آستانه پایین، کیفیت پرتو خوب (مد پایه دایره ای)، و پایداری طول موج. معایب آن شامل توان خروجی پایین تر (معمولا چند میلی وات تا چند ده میلی وات)، و بازده تبدیل کمتر است.
کاربردهای VCSEL بسیار گسترده است: مخابرات نوری (فیبر نوری کوتاه برد)، موس های کامپیوتری (حسگر حرکت)، چاپگرهای لیزری، حسگرها (سرعت سنج، تشخیص گاز)، پمپاژ لیزرهای فیبری (در توان های بالا با آرایه ها)، و در تلفن های هوشمند (برای تشخیص چهره - Face ID). VCSELها به دلیل مزایای تولید انبوه و عملکرد عالی، به یکی از پرتیراژترین لیزرهای جهان تبدیل شده اند. نرخ داده در مخابرات با VCSEL می تواند به ده ها گیگابیت بر ثانیه برسد.
