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贡献者：angelazhang 浏览：8214次 创建时间：2015-01-05
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边发射激光器
边发射的发光激光器简称VCSEL，又译垂直共振腔面射型雷射）是一种半导体，其雷射垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制成，雷射由边缘射出的边射型雷射有所不同。在制作的过程中，VCSEL比边射型雷射多了许多优点。边射型雷射无法在制作完成后进行测试。若一个边射型雷射无法运作，不论是因为接触不良或者是物质成长的品质不好，都会浪费制作过程与物质加工的处理时间。然而VCSEL可以在制造的任何过程中，测试其品质并且作问题处理。举例来说，如果各介电质端间路径并不完整干净地连接，在封装前测试时，顶层金属层就因不跟测试金属层有接触，而使测试结果出现错误。
目
录
1简介
2结构
3工作原理
4应用
5主要用途
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简称VCSEL，又译垂直共振腔面射型雷射）是一种半导体，其雷射垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制成，雷射由边缘射出的边射型雷射有所不同。在制作的过程中，VCSEL比边射型雷射多了许多优点。边射型雷射无法在制作完成后进行测试。若一个边射型雷射无法运作，不论是因为接触不良或者是物质成长的品质不好，都会浪费制作过程与物质加工的处理时间。然而VCSEL可以在制造的任何过程中，测试其品质并且作问题处理。举例来说，如果各介电质端间路径并不完整干净地连接，在封装前测试时，顶层金属层就因不跟测试金属层有接触，而使测试结果出现错误。此外，因为VCSEL的雷射是垂直于反应区射出，与边射型雷射平行于反应区射出相反，所以可以同时有数万VCSEL在 一个三英吋大的砷镓芯片上被处理。此外，既使VCSEL在制造的过程需要较多的劳动与较精细的材料，更多可预期的生产结果是可被控制的。
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一个雷射谐振器是由两面散式布拉格反射镜 (DBR)平行于一个芯片反应区的表面，此反应区是由一到数个量子井所构成，使雷射光带存在于其中。一个平面的DBR是由几层不同高低折射率的透镜所组成。每层透镜的厚度为四分之一的雷射波长，并给予超过99%的反射强度。为了平衡在VCSEL中增益区域的短轴长，高反射率的透镜是必要的。
在一般的VCSEL中，较高和较低的两个透镜分别镀上了p型材料和n型材料，形成一个接面二极管。在较为复杂的结构中，p型和n型区域可能会埋在透镜中，使较复杂的半导体在反应区上加工做电路的连接，并除去在DBR结构中电子能量的耗损。
VCSEL的实验室使用新的材料系统做研究，反应区可能会因短波长的外光源（通常是其他雷射）而被帮浦。这使得VCSEL可以在不考虑达到 良好的电路品质的额外问题下被论证；然而这样的装置对大多数的应用不是实际的。
波长从650nm到1300nm的典型VCSEL是以砷化镓 ] ( GaAs )和[ [铝镓砷化物] ]（AlxGa(1-x)As）构成的DBR所组成的镓砷芯片为基底。
GaAs/AlGaAs系统由于材料的晶格常数在组成有变动时，不会有非常强烈的改变，且允许多个晶格配对复生层成长于砷化镓的底层，所以非常适合用来制造VCSEL。然而，当Al分子增加时，铝镓砷化物的折射率就会变强，与其他系统比较起来，要组成一个有效的布拉格镜，所用的层数就会达到最少。
此外，在铝较集中的部份，一种氧化物会形成AlGaAs，而这种氧化物可以被用来限制VCSEL中的电流，达到低闸值电流的目的。
近来有两种主要的方法来限制VCSEL中的电流，依照其特性分成两种：离子内嵌VCSEL和氧化型VCSEL。
在90年代前期，电子通讯公司较倾向于使用离子内嵌VCSEL。通常使用氢离子H+植入VCSEL结构中，除了共振腔以外的任何地方，用以破坏共振腔周围的晶格结构，使电流被限制。90年代中期，这些公司们纷纷进而使用氧化型VCSEL的技术。氧化型VCSEL是利用VCSEL共振腔周围材料的氧化反应来限制电流，而在VCSEL结构内部含铝较多的金属层会被氧化。氧化型雷射也常使用离子内嵌的技术。因此在氧化型VCSEL中，电流的路径就会被离子内嵌共振腔与氧化共振腔所限制。
由于氧化层的张力与其他的缺陷，始得共振腔出现“popping off”，因此最初使用氧化型VCSEL时遭遇到了许多困难。然而，经过了多次的测试，证明了VCSEL的realibilty是很完整的。在Hewlett Packard的氧化型VCSEL研究中指出，“压力会造成氧化型VCSEL的活化能与wearout生命周期相似于内嵌式VCSEL所发出的输出能量大小。”
当工业界要从研究和开发转至氧化型VCSEL的生产模式时，也产生了生产上的困难。氧化层的氧化率与铝的含量有非常大的关系。只要铝的含量有些微的变化，就会改变其氧化率而导致共振腔的规格会过大或过小于标准规格。
波长从1300nm至2000nm的长波长装置，至少已经证实其活化区是由磷化铟所构成。有更长波长的VCSEL是有实验根据的且通常为光学帮浦。1310nm的VCSEL在硅基光纤的最小波长限度中是较为理想的。
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在室温下测量了GaInP/AlGaInP垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光致发光谱和反射谱.通过反射谱测量可以很容易得到激光器的腔模波长.但是用通常的背散射配置不能测得与有源区中量子阱有关的光致发光信号.用边激发配置可以测到量子阱的光致发光谱,但这样测得的光谱已经受到激光器中的分布布拉格反射镜(DBR)的调制.采用腐蚀去上DBR层的方法可以在背散射配置下测得量子阱的光致发光谱,但仍无法避免下DBR层对发光谱的调制作用.从而只有采用边激发-边发射模式才能测得VCSEL中量子阱的真实的光致发光谱.
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光纤的资料传输
类比宽带讯号传输
吸收光谱学（TDLAS）
雷射打印机
电脑鼠标
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由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。
1、激光用作热源。激光光束细小 ，且带着巨大的功率，如用透镜聚焦，可将能量集中到微小的面积上，产生巨大的热量。比如，人们利用激光集中而极高的能量，可以对各种材料进行加工，能够做到在一个针头上钻200个孔；激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段，已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果。
2、激光测距。激光作为测距光源，由于方向性好、功率大，可测很远的距离，且精度很高。
3、激光通信。在通信领域，一条用激光柱传送信号的光导电缆，可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量。
4、受控核聚空中的应用。将激光射到氘与氚混合体中，激光所带给它们巨大能量，产生高压与高温，促使两种原子核聚合为氦和中子，并同时放出巨大辐射能量。由于激光能量可控制，所以该过程称为受控核聚变。
今后，随着人类对激光技术的进一步研究和发展，激光器的性能将进一步提升，成本将进一步降低，但是它的应用范围却还将继续扩大，并将发挥出越来越巨大的作用。
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