উল্লম্ব গহ্বর পৃষ্ঠ নির্গত লেজার

উল্লম্ব গহ্বর পৃষ্ঠ নির্গত লেজার একটি নতুন প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর লেজার যা সাম্প্রতিক বছরগুলিতে দ্রুত বিকাশ করছে। তথাকথিত "উল্লম্ব গহ্বর পৃষ্ঠ নির্গমন" এর মানে হল যে লেজার নির্গমনের দিকটি ক্লিভেজ সমতল বা সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠের লম্ব। এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ আরেকটি নির্গমন পদ্ধতিকে "এজ এমিশন" বলা হয়। প্রথাগত সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি একটি প্রান্ত-নির্গত মোড গ্রহণ করে, অর্থাৎ লেজারের নির্গমন দিকটি সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠের সমান্তরাল। এই ধরনের লেজারকে এজ-এমিটিং লেজার (EEL) বলা হয়। EEL-এর সাথে তুলনা করে, VCSEL-এর ভাল রশ্মির গুণমান, একক-মোড আউটপুট, উচ্চ মডুলেশন ব্যান্ডউইথ, দীর্ঘ জীবন, সহজ ইন্টিগ্রেশন এবং টেস্টিং ইত্যাদি সুবিধা রয়েছে, তাই এটি অপটিক্যাল যোগাযোগ, অপটিক্যাল ডিসপ্লে, অপটিক্যাল সেন্সিং এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। ক্ষেত্র

আরও স্বজ্ঞাতভাবে এবং বিশেষভাবে "উল্লম্ব নির্গমন" কী তা বোঝার জন্য, আমাদের প্রথমে VCSEL এর গঠন এবং গঠন বুঝতে হবে। এখানে আমরা অক্সিডেশন-সীমিত VCSEL প্রবর্তন করি:

ভিসিএসইএল-এর মৌলিক কাঠামোর মধ্যে রয়েছে উপরে থেকে নীচে: পি-টাইপ ওহমিক কন্টাক্ট ইলেক্ট্রোড, পি-টাইপ ডপড ডিবিআর, অক্সাইড কনফাইনমেন্ট লেয়ার, মাল্টি-কোয়ান্টাম ওয়েল অ্যাক্টিভ রিজিয়ন, এন-টাইপ ডপড ডিবিআর, সাবস্ট্রেট এবং এন-টাইপ ওমিক কনট্যাক্ট ইলেক্ট্রোড। এখানে VCSEL কাঠামোর একটি ক্রস-বিভাগীয় দৃশ্য রয়েছে [1]। ভিসিএসইএল-এর সক্রিয় এলাকাটি উভয় পাশের ডিবিআর আয়নার মধ্যে স্যান্ডউইচ করা হয়েছে, যা একসঙ্গে একটি ফ্যাব্রি-পেরট অনুরণিত গহ্বর তৈরি করে। অপটিক্যাল ফিডব্যাক উভয় পক্ষের ডিবিআর দ্বারা প্রদান করা হয়। সাধারণত, DBR এর প্রতিফলন 100% এর কাছাকাছি, যখন উপরের DBR এর প্রতিফলন তুলনামূলকভাবে কম। অপারেশন চলাকালীন, উভয় পাশের ইলেক্ট্রোডের মাধ্যমে সক্রিয় এলাকার উপরে অক্সাইড স্তরের মাধ্যমে কারেন্ট ইনজেকশন করা হয়, যা লেজার আউটপুট অর্জনের জন্য সক্রিয় এলাকায় উদ্দীপিত বিকিরণ তৈরি করবে। লেজারের আউটপুট দিকটি সক্রিয় এলাকার পৃষ্ঠের উপর লম্ব, সীমাবদ্ধ স্তরের পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে যায় এবং নিম্ন-প্রতিফলিত DBR আয়না থেকে নির্গত হয়।

মৌলিক কাঠামো বোঝার পরে, তথাকথিত "উল্লম্ব নির্গমন" এবং "সমান্তরাল নির্গমন" বলতে যথাক্রমে কী বোঝায় তা বোঝা সহজ। নিম্নলিখিত চিত্রটি যথাক্রমে VCSEL এবং EEL এর হালকা নির্গমন পদ্ধতি দেখায় [4]। চিত্রে দেখানো VCSEL হল একটি নিম্ন-নিঃসরণকারী মোড, এবং এছাড়াও রয়েছে টপ-এমিটিং মোড।

সেমিকন্ডাক্টর লেজারের জন্য, সক্রিয় এলাকায় ইলেক্ট্রনগুলিকে ইনজেকশন করার জন্য, সক্রিয় এলাকাটি সাধারণত একটি PN জংশনে স্থাপন করা হয়, ইলেকট্রনগুলিকে N স্তরের মাধ্যমে সক্রিয় এলাকায় ইনজেকশন করা হয় এবং P স্তরের মাধ্যমে ছিদ্রগুলি সক্রিয় এলাকায় প্রবেশ করানো হয়। উচ্চ লেজিং দক্ষতা প্রাপ্ত করার জন্য, সক্রিয় অঞ্চলটি সাধারণত ডোপ করা হয় না। যাইহোক, বৃদ্ধির প্রক্রিয়া চলাকালীন সেমিকন্ডাক্টর চিপে পটভূমির অমেধ্য রয়েছে এবং সক্রিয় অঞ্চলটি একটি আদর্শ অন্তর্নিহিত অর্ধপরিবাহী নয়। যখন ইনজেকশন করা বাহকগুলি অমেধ্যগুলির সাথে একত্রিত হয়, তখন বাহকের জীবনকাল হ্রাস পায়, যার ফলে লেজারের লেজিং দক্ষতা হ্রাস পায়, তবে একই সাথে এটি লেজারের মড্যুলেশন হার বাড়িয়ে দেয়, তাই কখনও কখনও সক্রিয় অঞ্চল ইচ্ছাকৃতভাবে ডোপড কর্মক্ষমতা নিশ্চিত করার সময় মড্যুলেশন হার বাড়ান।

উপরন্তু, আমরা DBR এর পূর্ববর্তী ভূমিকা থেকে দেখতে পাচ্ছি যে VCSEL এর কার্যকরী গহ্বরের দৈর্ঘ্য হল সক্রিয় এলাকার পুরুত্ব এবং উভয় পাশে DBR এর অনুপ্রবেশ গভীরতা। VCSEL এর সক্রিয় এলাকা পাতলা, এবং অনুরণিত গহ্বরের সামগ্রিক দৈর্ঘ্য সাধারণত বেশ কয়েকটি মাইক্রন। EEL প্রান্ত নির্গমন ব্যবহার করে, এবং গহ্বরের দৈর্ঘ্য সাধারণত কয়েকশ মাইক্রন হয়। অতএব, VCSEL এর একটি ছোট গহ্বরের দৈর্ঘ্য, অনুদৈর্ঘ্য মোডগুলির মধ্যে একটি বড় দূরত্ব এবং আরও ভাল একক অনুদৈর্ঘ্য মোড বৈশিষ্ট্য রয়েছে। উপরন্তু, VCSEL এর সক্রিয় এলাকার আয়তনও ছোট (0.07 কিউবিক মাইক্রন, যখন EEL সাধারণত 60 কিউবিক মাইক্রন), তাই VCSEL-এর থ্রেশহোল্ড কারেন্টও কম। যাইহোক, সক্রিয় এলাকার আয়তন হ্রাস অনুরণিত গহ্বরকে সঙ্কুচিত করে, যা ক্ষতি বাড়াবে এবং দোলনের জন্য প্রয়োজনীয় ইলেক্ট্রন ঘনত্ব বৃদ্ধি করবে। অনুরণিত গহ্বরের প্রতিফলন বাড়ানোর জন্য এটি প্রয়োজনীয়, তাই VCSEL-কে উচ্চ প্রতিফলনশীলতা সহ একটি DBR প্রস্তুত করতে হবে। . যাইহোক, সর্বাধিক আলোর আউটপুটের জন্য একটি সর্বোত্তম প্রতিফলন রয়েছে, যার অর্থ এই নয় যে প্রতিফলন যত বেশি হবে তত ভাল। কীভাবে আলোর ক্ষতি কমানো যায় এবং উচ্চ-প্রতিফলিত আয়না প্রস্তুত করা যায় তা সর্বদা একটি প্রযুক্তিগত অসুবিধা ছিল।