Тік сыртқы қуысты беттік эмиссиялық лазерлер (VECSEL) туралы
Vertical-external-cavity surface-emitting-laser
Жаңа буын лазерлер: VECSEL – VCSEL-ге ұқсас, бірақ сыртқы күзгүсі бар жартылай өткізгіш лазер. Лазерлік салқындату, спектроскопия, телекоммуникацияда қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Сыртқы қуысты бетінен сәуле шығаратын лазер (VECSEL) – вертикальды қуысты бетінен сәуле шығаратын лазерге (VCSEL) ұқсас кішкентай жартылай өткізгіш лазер. VECSEL лазерлік салқындату және спектроскопиядағы жақын инфрақызыл құрылғы ретінде негізгі қолданысқа ие, бірақ телекоммуникация сияқты салаларда да қолдану мүмкіндіктері зерттелген.
A vertical external cavity surface emitting laser (VECSEL) is a small semiconductor laser similar to a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). VECSELs are used primarily as near infrared devices in laser cooling and spectroscopy, but have also been explored for applications such as telecommunications.
VCSEL-мен салыстыру
VCSEL-ден айырмашылығы, онда лазерлік құрылымға оптикалық қуысты құру үшін екі жоғары шағылыстыратын айна енгізіледі, VECSEL-де екі айнаның біреуі диодтық құрылымның сыртында орналасқан. Осының нәтижесінде қуыста бос кеңістік аймағы пайда болады. Диодтан сыртқы айнаға дейінгі әдеттегі қашықтық 1 см құрайды. Бірнеше зерттеушілер оптикалық түрде сорғыланатын VECSEL-дерді көрсетті және олар өнеркәсіптік өңдеуде (кесу, тесу және т.б.) қолдануға арналған өте жоғары қуатты диодты лазерлік көздерді жасау үшін, сондай-ақ олардың ерекше жоғары қуаты (төменде қараңыз) және көп режимді диодты лазерлік тізімдермен сорғыланғандағы тиімділігіне байланысты одан әрі дамытылуда. Бұл лазерлер қазіргі кезде қатты денелік (мысалы, Nd:YAG) және көмірқышқыл газы лазерлері сияқты машиналық өңдеу операцияларында қолданылатын дәстүрлі жоғары қуатты лазерлерге бәсекелес болып отыр. Дегенмен, электрмен сорғыланатын VECSEL-дер (мүлдем басқа мәселе) – Массачусетс штатының Лексингтон қаласындағы MIT Линкольн зертханасында көп жылдар бойы жұмыс істеген, диодты лазерлік сызықтың еніне қатысты маңызды зерттеулер жасаған инженер Арам Мурадианның туындысы. Мурадиан Novalux, Inc. компаниясын құрды, ол алғаш рет VECSEL-дерді (олар оларды "NECSEL" деп атады) көрсетті. Электрмен сорғыланатын VECSEL-дердің қолданылу аясына проекциялық дисплейлер үшін компактты, қуатты, бір режимді көк және жасыл жарық көздерін алу үшін жақын инфрақызыл VECSEL шығарушыларының жиілігін екі еселеу кіреді.
Unlike a VCSEL, in which two high reflecting mirrors are incorporated into the laser structure to form the optical cavity, in a VECSEL one of the two mirrors is external to the diode structure. As a result, the cavity includes a free space region. A typical distance from the diode to the external mirror would be 1 cm. Several workers demonstrated optically pumped VECSELs, and they continue to be developed for many applications including very high power diode laser sources for use in industrial machining (cutting, punching, etc.) because of their unusually high power (see below) and efficiency when pumped by multi mode diode laser bars. These lasers are in the process of challenging conventional high power lasers such as solid state (e. g., Nd:YAG) and carbon dioxide lasers for machining operations. However, electrically pumped VECSELs (another matter entirely), were the brainchild of Aram Mooradian, an engineer known for fundamental contributions to diode laser linewidth studies, who worked for many years at MIT Lincoln Laboratory in Lexington, Massachusetts. Mooradian formed a company, Novalux, Inc., which was the first to demonstrate VECSELs (which they called "NECSELs"). Applications for electrically pumped VECSELs include frequency doubling of near IR VECSEL emitters to attain compact powerful sources of single mode blue and green light for projection display purposes.
Жартылай өткізгіштің пайдасы
Кез келген VECSEL-дің ең қызықты ерекшеліктерінің бірі – таралу бағытындағы жартылай өткізгіштің күшейту аймағының жұқалығы, 100 нм-ден кем. Ал, дәстүрлі жазықтықтағы жартылай өткізгіш лазерлер жарықты 250 мкм-ден 2 мм-ге дейін, тіпті одан да ұзақ арақашықтықта таратады. Ұзындығы аз таралудың маңыздылығы – ол диодты лазердің күшейту аймағындағы "антигид" емес сызықтықтардың (осы құбылыс Морадианның жоғарыда аталған бұрынғы жұмысына сәйкес келетін сызық енін кеңейту коэффициентімен өлшенетін) әсерін азайтады. Нәтижесінде, жазықтықтағы ("шеттен шығаратын") диодты лазерлерден қол жеткізе алмайтын үлкен көлденең қимасы бар бір режимді оптикалық сәуле пайда болады. VECSEL-де сыртқы айна диодтың әлдеқайда үлкен бөлігінің бір режимде жарық шығаруына мүмкіндік береді, бұл басқа жағдайларда мүмкін емес жоғары қуатқа әкеледі. Монолиттік VCSEL төмен милливатт диапазонында қуат шығарады. Алайда, 2004 жылы Сан-Францискода (Калифорния) өткен Америка Оптикалық Қоғамының "Лазерлер және Электрооптика жөніндегі конференциясында" Coherent, Inc. компаниясы 45 ватттық үздіріссіз толқынды бір режимді шығаруды жариялады. Әлемдегі көптеген компаниялар мен ұйымдар оптикалық сорғы архитектурасын оның қарапайымдылығы үшін қабылдады.
One of the most interesting features of any VECSEL is the thinness of the semiconductor gain region in the direction of propagation, less than 100 nm. In contrast, a conventional in plane semiconductor laser entails light propagation over distances of from 250 μm upward to 2 mm or longer. The significance of the short propagation distance is that it minimizes the effect of "antiguiding" nonlinearities (the same phenomenon is coincidentally quantified by the linewidth enhancement factor relating to Mooradian's above mentioned earlier work) in the diode laser gain region. The result is a large cross section single mode optical beam which is not attainable from in plane (a. k. a. "edge emitting") diode lasers. In a VECSEL, the external mirror permits a significantly greater area of the diode to participate in generating light in a single mode, resulting in much higher power than otherwise attainable. Monolithic VCSELs emit powers in the low milliwatt range. By contrast, at the 2004 Optical Society of America "Conference on Lasers and Electro Optics," held in San Francisco, California, one company (Coherent, Inc.) announced 45 watt continuous wave single mode emission from an optically pumped VECSEL. Numerous other companies and organizations worldwide have adopted the optically pumped architecture for its simplicity.