Láseres de emisión vertical
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 10 de julio de 2016; las comprobaciones requieren 2 ediciones .Láseres de emisión vertical (VCSEL) - "Láser emisor de superficie de cavidad vertical" - un tipo de láser semiconductor de diodo que emite luz en una dirección perpendicular a la superficie del cristal, en contraste con los diodos láser convencionales que emiten en un plano paralelo a la superficie.
Antecedentes históricos
El primer láser VCSEL de emisión vertical fue introducido en 1979 por Soda, Iga, Kitahara y Yasuharu Suematsu, pero los dispositivos para operación continua a temperatura ambiente no aparecieron hasta 1988. En 1989, Jack Jewell de Bell Labs/Bellcore (incluidos Axel Scherer, Sam McCall, Yun Hee Lee y James Harbison) demostró más de 1 millón de VCSEL en un pequeño chip. Estos primeros VCSEL de semiconductores introdujeron características de diseño que aún se utilizan en todos los VCSEL comerciales. Andrew Yang de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) inició una financiación significativa para VCSEL R&D y más tarde otros esfuerzos de financiación industrial y gubernamental. Los VCSEL han reemplazado la emisión de láseres en aplicaciones de comunicaciones de fibra de corto alcance, como Gigabit Ethernet y Fibre Channel, y ahora se utilizan para anchos de banda de enlace de 1 Gbps a 400 Gbps.
El estudio de heteroestructuras de semiconductores para optoelectrónica de alta velocidad se llevó a cabo en el St. AF Ioffe desde la década de 1960. bajo la dirección de Zhores Alferov . Para el desarrollo de esta dirección, el académico Zh.I. Alferov, junto con G. Kremer (EE. UU.), recibió el Premio Nobel de Física en 2000 . La tecnología para crear láseres de emisión vertical de ultra alta velocidad (VCSEL) basados en tales nanoheteroestructuras fue patentada en Alemania .
Diseño y producción
Para la fabricación de heteroestructuras epitaxiales se utiliza la tecnología industrial de epitaxia de haces moleculares sobre sustratos de arseniuro de galio y fosfuro de indio . El cultivo tiene lugar en condiciones de alto vacío. El flujo de la sustancia fuente se dirige en forma de haz molecular hacia el sustrato objetivo, donde se deposita la sustancia. Así, dosificando estrictamente el flujo de materia de cada fuente, es posible obtener un material semiconductor de varias composiciones.
Las versiones modernas del diseño de láseres de emisión vertical (VCSEL) se basan en el uso de microcavidades ópticas verticales con espejos basados en capas alternas de materiales semiconductores de varias composiciones (por ejemplo, soluciones sólidas de AlGaAs con diferente contenido de Al). En este caso, como región activa (emisora de luz), por regla general, se utilizan uno o varios pozos cuánticos .
Beneficios
Las principales ventajas de VCSEL en comparación con los láseres tradicionales incluyen baja divergencia angular y patrón de radiación simétrico de la radiación óptica de salida, temperatura y estabilidad de radiación, tecnología de fabricación en grupo y la capacidad de probar dispositivos directamente en la oblea. La tecnología planar VCSEL hace posible formar arreglos lineales integrados y matrices bidimensionales con una gran cantidad de emisores direccionables individualmente [1] .
En la práctica, para lograr una alta velocidad, es necesario no solo optimizar cuidadosamente los parámetros de la región activa, la heteroestructura epitaxial en su conjunto, así como la topología del cristal VCSEL.
Aplicación
VCSEL se utiliza principalmente para la transmisión de datos de alta velocidad Hasta la fecha, solo unas pocas empresas líderes producen VCSEL que proporcionan velocidades de transferencia de datos de 10 Gb/s, principalmente para la implementación de sus propios transmisores. Al mismo tiempo, según los planes aprobados para el desarrollo del estándar Infiniband, la tasa de transferencia de datos en los cables de próxima generación deberá ser de 26 Gb/s. Además, la nueva interfaz USB 3.0 operará a 5 Gb/s con conectividad de fibra óptica, con protocolo de transferencia de datos capaz de alcanzar los 25 Gb/s en un futuro próximo. Por lo tanto, existe una necesidad en el mercado de VCSEL que proporcionen velocidades de datos en el rango de 25 Gbps y superiores.
Notas
- ↑ Kuzmenkov, Alexander; et al. Semiconductores que emiten láseres verticales basados en heteroestructuras de pozos cuánticos autoorganizados en el sistema material InGaAs-AlGaAs : revista. — 2008.
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