Лазер с вертикальной резонаторной полостью и излучающей

поверхностью (VCSEL)

Для функционирования лазеров типа MLM (Фабри—Перо), SLM и DFB требуется ток порядка нескольких десятков миллиампер. Кроме того, его выходной (расходящийся) луч, подаваемый на стык с круглым оптоволокном, имеет в поперечном сечении эллипс с коэффициентом сжатия 3: 1. Такой луч плохо стыкуется с цилиндрической формой луча, который сердцевина оптоволокна способна принять. Нецилиндрический луч часто требует дополнительной оптики, чтобы состыковать его с круглым поперечным сечением сердечника оптоволокна. Лазер типа VCSEL излучает столь желательный круговой луч. Сравнение геометрий пучков этих двух типов излучения можно провести на основе рис.6.

Рис.6. Сравнение эллиптического выходного луча СИД и лазеров типа

MLM, SLM и DFB с круговым выходным лучом, характерным для лазера

типа VCSEL.

Лазер типа VCSEL представляет собой вертикальную структуру из

ряда слоев p- типа, активной области, и ряда слоев n -типа. Число слоев зависит от желаемой длины волны излучения. Указанные наборы слоев охватывают отражатели Брэгга, которые изготавливаются из комбинации In+Ga+As+(Al или Р). Например, комбинация In+Ga+As+Р используется для

лазеров в окне длин волн 1310-1550 нм. Требуемые слои изготавливаются

методом эпитаксиального выращивания на основе планарной технологии.

Лазеры типа VCSEL работают в одномодовом (продольная мода) режиме,

используя резонатор исключительно малой длины (порядка 1 мкм), для которого разнесение мод превышает полосу частот усиления. Они излучают свет в направлении перпендикулярном плоскости активного слоя, аналогично тому, как это делается в СИД с излучающей поверхностью. Работа такого лазера в одномодовом (поперечная мода) режиме может быть реализована путем уменьшения диаметра VCSEL до 2-3 мкм. Выходная мощность и ширина полосы лазеров типа VCSEL, как правило, ниже, чем аналогичные показатели DFB-лазеров, и VCSEL находит применение как в ВОСП, так и в локальных сетях. Их стоимость относительно низка по сравнению с DFB-лазерами, например.

Другим применением VCSEL является лазерные массивы, где каждый лазер работает на своей длине волны, что идеально подходит для WDM-систем.

Схема структуры VCSEL-лазера приведена на рис.7.

Рис.7. Схема структуры VCSEL-лазера