لیزر دیودی گسیل سطحی با حفره عمودی با تزریق الکتریکی (Electrically Injected VCSEL)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر دیودی گسیل سطحی با حفره عمودی با تزریق الکتریکی (Electrically Injected VCSEL) :
Electrically Injected VCSEL رایج ترین نوع VCSEL است که در آن وارونی جمعیت با تزریق مستقیم جریان الکتریکی از طریق تماس های فلزی به ناحیه فعال ایجاد می شود. این همان ساختاری است که در کاربردهای تجاری (موس های نوری، مخابرات، حسگرها) استفاده می شود. طراحی آن پیچیده تر از نوع پمپ نوری است، زیرا باید هم هدایت الکتریکی و هم محصورسازی نوری به طور همزمان بهینه شوند.
ساختار: یک VCSEL تزریق الکتریکی شامل لایه های زیر است (از پایین به بالا): تماس فلزی n-type، آینه DBR پایینی با آلایش n-type، ناحیه فعال (چاه های کوانتومی)، آینه DBR بالایی با آلایش p-type، یک لایه محدودکننده جریان (معمولا اکسید آلومینیوم که یک روزنه (aperture) با قطر چند میکرون ایجاد می کند)، و تماس فلزی p-type. جریان از طریق تماس p-type وارد شده، از روزنه اکسید عبور کرده، به ناحیه فعال می رسد و پس از بازترکیب، نور تولید می کند. نور بین دو آینه DBR نوسان کرده و از سطح بالایی (یا پایینی) خارج می شود.
مزایای تزریق الکتریکی: فشردگی، قابلیت مدولاسیون مستقیم با جریان (تا ده ها گیگاهرتز)، مصرف انرژی پایین، و قابلیت تولید انبوه در ویفر. چالش ها شامل: مقاومت الکتریکی بالای آینه های DBR (به ویژه سمت p-type که حفره ها جرم مؤثر بالایی دارند)، گرمایش موضعی در ناحیه فعال، و نیاز به محصورسازی دقیق جریان و نور.
کاربردهای VCSEL تزریق الکتریکی بسیار گسترده است: مخابرات نوری کوتاه برد (فیبر نوری در مراکز داده)، موس های نوری (بیش از یک میلیارد عدد در سال)، چاپگرهای لیزری، حسگرهای مجاورت و تشخیص حرکت در تلفن های هوشمند (مانند Face ID)، حسگرهای گاز، و پمپاژ لیزرهای فیبری (با آرایه های دوبعدی). VCSELها به دلیل مزایای منحصربه فردشان، یکی از موفق ترین محصولات صنعت اپتوالکترونیک هستند.
