Поверхностно-излучающие лазеры с вертикальным резонатором (VCSEL)
Полупроводниковые лазеры с торцевым выводом излучения представляют ряд неудобств. Начать с того, что в них проявляется тенденция к многомодовому характеру генерации (что, в принципе, связано с пространственным выжиганием провала — смотрите рис. 4.11). Это, в свою очередь, приводит к генерации шума, в основном из-за переключения мод вследствие малых тепловых флуктуаций. В дополнение к этому лазерное излучение является расходящимся, что вызывает серьезные технологические проблемы, например, при их эффективном согласовании с оптическими волокнами (смотрите рис. 13.31). Некоторые из этих неудобств могут быть обойдены при использовании поверхностно-излучающих лазеров с вертикальным резонатором (VCSEL, что произносится как «виксел»).
Лежащая в основе прибора концепция достаточно проста. Лазерный резонатор формируется вдоль направления роста структуры, что обеспечивает контролируемое осаждение чрезвычайно тонких слоев (толщиной менее микрометра) и практически идеально (с точностью до монослоя) параллельных резонаторным зеркалам. Зеркала представляют собой брэгговские отражатели, сформированные эпитаксиальным наращиванием чередующихся полупроводниковых слоев соответствующей толщины и состава. Металлические зеркала не используются по ряду причин: невозможным является эпитаксиальное нанесение достаточно совершенных металлических слоев на полупроводники III—V, металлы поглощают ИК-излучение, что отрицательно сказалось бы на пороговых токах в этих приборах[30]. Рисунок 13.В. 1 показывает типичный VCSEL, состоящий: из резонатора Фабри—Перо (смотрите дополнение 9.Г), задаваемого нижним брэгговским зеркалом с Nx парами четвертьволновых слоев GaAs/AlAs л-типа, обладающим очень большим (>99,9%) коэффициентом отражения, из полуволнового (1/2) резонатора, а также из верхнего брэгговского зеркала из N2 пар четвертьволновых слоев GaAs/AlAs />-типа, обладающего большим (-99%) коэффициентом отражения.
