ဒေါင်လိုက် အပေါက် မျက်နှာပြင်ကို ထုတ်လွှတ်သော လေဆာ

Vertical cavity surface emitting laser သည် မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း လျင်မြန်စွာ ဖွံ့ဖြိုးလာခဲ့သည့် semiconductor လေဆာ မျိုးဆက်သစ်ဖြစ်သည်။ ဒေါင်လိုက်မျက်နှာပြင် ထုတ်လွှတ်မှုဟု ခေါ်သည့် လေဆာထုတ်လွှတ်မှု ဦးတည်ချက်သည် ကွဲထွက်သွားသော လေယာဉ် သို့မဟုတ် အလွှာမျက်နှာပြင်နှင့် ထောင့်မှန်ကျသည်ဟု ဆိုလိုသည်။ ၎င်းနှင့်သက်ဆိုင်သော အခြားထုတ်လွှတ်မှုနည်းလမ်းကို "edge emission" ဟုခေါ်သည်။ ရိုးရာ semiconductor လေဆာများသည် edge-emitting mode ကို လက်ခံကျင့်သုံးသည် ၊ ဆိုလိုသည်မှာ လေဆာထုတ်လွှတ်မှု ဦးတည်ချက်သည် အောက်စထရိတ်မျက်နှာပြင်နှင့် အပြိုင်ဖြစ်သည်။ ဤလေဆာအမျိုးအစားကို edge-emitting laser (EEL) ဟုခေါ်သည်။ EEL နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက VCSEL သည် ကောင်းမွန်သော beam အရည်အသွေး၊ single-mode output၊ high modulation bandwidth၊ long life, easy integration and testing စသည်တို့တွင် အားသာချက်များ ရှိသည်၊ ထို့ကြောင့် ၎င်းကို optical communications၊ optical display၊ optical sensing and other လယ်ကွင်းများ။

"ဒေါင်လိုက်ထုတ်လွှတ်မှု" ဆိုသည်မှာ အလိုလိုသိမြင်နားလည်စေရန်အတွက်၊ VCSEL ၏ဖွဲ့စည်းပုံနှင့်ဖွဲ့စည်းပုံကို ဦးစွာနားလည်ရန် လိုအပ်ပါသည်။ ဤတွင် ကျွန်ုပ်တို့သည် ဓာတ်တိုးကန့်သတ်ထားသော VCSEL ကို မိတ်ဆက်ပေးသည်-

VCSEL ၏ အခြေခံဖွဲ့စည်းပုံတွင် အပေါ်မှအောက်ခြေအထိ ပါဝင်သည်- P-type ohmic contact electrode၊ P-type doped DBR၊ oxide confinement layer၊ multi-quantum well active region၊ N-type doped DBR၊ substrate နှင့် N-type ohmic contact electrode။ ဤသည်မှာ VCSEL ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံ [1] ၏ အပိုင်းဖြတ်ပိုင်းအမြင်ဖြစ်သည်။ VCSEL ၏တက်ကြွသောဧရိယာသည် Fabry-Perot ပဲ့တင်ထပ်သောအပေါက်တစ်ခုအဖြစ်နှစ်ဖက်စလုံးတွင် DBR မှန်များကြားတွင်ညှပ်ထားသည်။ နှစ်ဖက်စလုံးရှိ DBRs မှ အလင်းပြန်ချက်ပေးပါသည်။ အများအားဖြင့်၊ DBR ၏ ရောင်ပြန်ဟပ်မှုသည် 100% နီးပါးရှိပြီး အထက် DBR ၏ ရောင်ပြန်ဟပ်မှုမှာ အတော်လေးနိမ့်ပါသည်။ လည်ပတ်နေစဉ်အတွင်း လျှပ်စီးကြောင်းအား နှစ်ဖက်စလုံးရှိ လျှပ်ကူးပစ္စည်းများမှတဆင့် တက်ကြွသောဧရိယာအထက် အောက်ဆိုဒ်အလွှာမှတဆင့် ထိုးသွင်းပြီး လေဆာအထွက်ကိုရရှိရန် တက်ကြွသောဧရိယာအတွင်း နှိုးဆွသောရောင်ခြည်များကို ဖန်တီးပေးပါသည်။ လေဆာ၏ အထွက်လမ်းကြောင်းသည် တက်ကြွသောဧရိယာ၏ မျက်နှာပြင်နှင့် ထောင့်ညီညီဖြစ်ပြီး အချုပ်အနှောင်အလွှာ၏ မျက်နှာပြင်ကို ဖြတ်သန်းကာ၊ အလင်းပြန်မှုနည်းသော DBR မှန်မှ ထုတ်လွှတ်ပါသည်။

အခြေခံဖွဲ့စည်းပုံကို နားလည်ပြီးနောက်၊ "ဒေါင်လိုက်ထုတ်လွှတ်မှု" နှင့် "မျဉ်းပြိုင်ထုတ်လွှတ်မှု" ဟူသော အဓိပ္ပါယ်ကို အသီးသီးနားလည်ရန် လွယ်ကူသည်။ အောက်ဖော်ပြပါပုံသည် VCSEL နှင့် EEL ၏အလင်းထုတ်လွှတ်မှုနည်းလမ်းများကိုပြသသည် [4]။ ပုံတွင်ပြထားသည့် VCSEL သည် အောက်ခြေမှထုတ်လွှတ်သည့်မုဒ်ဖြစ်ပြီး ထိပ်တန်းထုတ်လွှတ်သည့်မုဒ်များလည်းရှိသည်။

ဆီမီးကွန်ဒတ်တာလေဆာများအတွက်၊ တက်ကြွသောဧရိယာထဲသို့ အီလက်ထရွန်များထိုးသွင်းရန်အတွက်၊ တက်ကြွသောဧရိယာကို PN လမ်းဆုံတစ်ခုတွင် ထားရှိလေ့ရှိပြီး၊ အီလက်ထရွန်များကို N အလွှာမှတဆင့် တက်ကြွသောဧရိယာအတွင်းသို့ ထိုးသွင်းကာ P အလွှာမှတဆင့် တက်ကြွသောဧရိယာထဲသို့ အပေါက်များကို ထိုးသွင်းပါသည်။ မြင့်မားသောကြာရှည်ခံထိရောက်မှုရရှိရန်၊ တက်ကြွသောဒေသကို ယေဘူယျအားဖြင့် မဆေးကြောပါ။ သို့ရာတွင်၊ ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ဆီမီးကွန်ဒတ်တာ ချစ်ပ်ပြားတွင် နောက်ခံအညစ်အကြေးများရှိနေသည်၊ တက်ကြွသောဒေသသည် စံပြပင်ကိုယ်တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းမဟုတ်ပေ။ ထိုးသွင်းထားသော carriers များသည် အညစ်အကြေးများနှင့် ပေါင်းစပ်လိုက်သောအခါ၊ carriers များ၏ သက်တမ်းသည် လျော့ကျသွားပြီး လေဆာ၏ ကြာရှည်ခံနိုင်ရည်ကို လျော့ပါးစေကာ တစ်ချိန်တည်းမှာပင် ၎င်းသည် လေဆာ၏ ထိန်းညှိနှုန်းကို တိုးမြင့်စေသည်၊ ထို့ကြောင့် တစ်ခါတစ်ရံတွင် တက်ကြွသောနေရာသည် ရည်ရွယ်ချက်ရှိရှိ ဆေးသောက်တယ်။ စွမ်းဆောင်ရည်ကိုသေချာစေပြီး မော်ဂျူလာနှုန်းကို မြှင့်တင်ပါ။

ထို့အပြင်၊ VCSEL ၏ထိရောက်သောအပေါက်အလျားသည် တက်ကြွသောဧရိယာ၏အထူနှင့် နှစ်ဖက်စလုံးရှိ DBR ၏ထိုးဖောက်ဝင်ရောက်မှုအတိမ်အနက်ကို DBR ၏ယခင်နိဒါန်းမှတွေ့ရှိနိုင်ပါသည်။ VCSEL ၏ တက်ကြွသော ဧရိယာသည် ပါးလွှာပြီး ပဲ့တင်ထပ်နေသော အပေါက်၏ အလုံးစုံ အရှည်သည် အများအားဖြင့် မိုက်ခရိုွန်များစွာ ဖြစ်သည်။ EEL သည် edge emission ကိုအသုံးပြုပြီး အပေါက်၏ အရှည်သည် ယေဘူယျအားဖြင့် ရာပေါင်းများစွာသော microns ဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် VCSEL တွင် ပိုတိုသော အပေါက်အလျား၊ အလျားလိုက်မုဒ်များကြား ပိုကြီးသောအကွာအဝေးနှင့် ပိုမိုကောင်းမွန်သော single longitudinal mode လက္ခဏာများရှိသည်။ ထို့အပြင်၊ VCSEL ၏ တက်ကြွသောဧရိယာ၏ ထုထည်သည် သေးငယ်သည် (0.07 ကုဗမိုက်ခရို၊ EEL သည် ယေဘုယျအားဖြင့် 60 ကုဗမိုက်ခရို) ဖြစ်သောကြောင့် VCSEL ၏ သတ်မှတ်ချက်ဘောင်မှာလည်း နိမ့်ပါသည်။ သို့သော်၊ လှုပ်ရှားနေသောဧရိယာ၏ထုထည်ပမာဏကိုလျှော့ချခြင်းသည် ပဲ့တင်ထပ်သောအပေါက်ကို ကျုံ့သွားစေပြီး ဆုံးရှုံးမှုကိုတိုးပွားစေပြီး တုန်ခါမှုအတွက်လိုအပ်သော အီလက်ထရွန်သိပ်သည်းဆကို တိုးစေသည်။ ပဲ့တင်ထပ်နေသော အပေါက်၏ ရောင်ပြန်ဟပ်မှုကို တိုးမြှင့်ရန် လိုအပ်သောကြောင့် VCSEL သည် မြင့်မားသော ရောင်ပြန်ဟပ်မှုရှိသော DBR ကို ပြင်ဆင်ရန် လိုအပ်ပါသည်။ . သို့ရာတွင်၊ အလင်းပြန်မှုအများဆုံးအတွက် အကောင်းဆုံးသော အလင်းပြန်မှုတစ်ခု ရှိနေသည်၊ ၎င်းသည် အလင်းပြန်မှု မြင့်မားလေ၊ ပိုကောင်းသည်ဟု မဆိုလိုပါ။ အလင်းဆုံးရှုံးမှုကို လျှော့ချနည်းနှင့် အလင်းပြန်မြင့်မားသောမှန်များကို ပြင်ဆင်နည်းသည် နည်းပညာဆိုင်ရာ အခက်အခဲတစ်ခုဖြစ်သည်။