ليزر انبعاث السطح ذو التجويف الخارجي العمودي

الليزر ذو التجويف الخارجي العمودي الباعث للضوء من السطح ( VECSEL ) هو ليزر أشباه موصلات صغير يشبه ليزر التجويف العمودي الباعث للضوء من السطح (VCSEL). تُستخدم ليزرات VECSEL بشكل أساسي كأجهزة تعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة في تبريد الليزر والتحليل الطيفي ، ولكن تم استكشافها أيضًا لتطبيقات مثل الاتصالات .

على عكس ليزر VCSEL ، الذي تُدمج فيه مرآتان عاليتي الانعكاس ضمن بنية الليزر لتشكيل التجويف البصري، فإن إحدى المرآتين في ليزر VECSEL تقع خارج بنية الصمام الثنائي. ونتيجةً لذلك، يتضمن التجويف منطقةً خاليةً من الانعكاس. تبلغ المسافة النموذجية بين الصمام الثنائي والمرآة الخارجية 1 سم  . وقد أثبت العديد من الباحثين إمكانية استخدام ليزر VECSEL المضخ ضوئيًا ^{[ 1 ]} ، ولا يزال تطويره مستمرًا للعديد من التطبيقات، بما في ذلك مصادر ليزر الصمام الثنائي عالية الطاقة جدًا للاستخدام في عمليات التصنيع الصناعية (القطع، والتثقيب، وما إلى ذلك) نظرًا لقدرتها العالية غير العادية (انظر أدناه) وكفاءتها عند ضخها بواسطة قضبان ليزر الصمام الثنائي متعددة الأنماط.

مع ذلك، فإن ليزرات VECSEL المضخّة كهربائيًا (وهي موضوع مختلف تمامًا) كانت من بنات أفكار آرام موراديان ، المهندس المعروف بمساهماته الأساسية في دراسات عرض خط ليزر الديود، والذي عمل لسنوات عديدة في مختبر لينكولن التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في ليكسينغتون، ماساتشوستس . أسس موراديان شركة نوفالوكس، التي كانت أول من عرض ليزرات VECSEL (التي أطلقوا عليها اسم "NECSEL"). ^{[ 2 ]} تشمل تطبيقات ليزرات VECSEL المضخّة كهربائيًا مضاعفة تردد باعثات VECSEL القريبة من الأشعة تحت الحمراء للحصول على مصادر صغيرة الحجم وقوية للضوء الأزرق والأخضر أحادي النمط لأغراض العرض الضوئي.

من أبرز خصائص ليزر VECSEL رقة منطقة التضخيم شبه الموصلة في اتجاه الانتشار، حيث تقل سماكتها عن 100  نانومتر. في المقابل، يتطلب ليزر أشباه الموصلات التقليدي ذو المستوى الواحد انتشار الضوء لمسافات تتراوح من 250  ميكرومتر إلى 2  مليمتر أو أكثر. تكمن أهمية مسافة الانتشار القصيرة في تقليل تأثير اللاخطية "المضادة للتوجيه" (وهي الظاهرة نفسها التي يُقاس بها عامل تحسين عرض الخط، كما ورد في عمل موراديان السابق) في منطقة تضخيم ليزر الصمام الثنائي. والنتيجة هي شعاع ضوئي أحادي النمط ذو مقطع عرضي كبير، وهو ما لا يمكن تحقيقه باستخدام ليزرات الصمام الثنائي ذات المستوى الواحد (المعروفة أيضًا باسم ليزرات "الانبعاث الحافي").

في ليزر VECSEL، تسمح المرآة الخارجية لمساحة أكبر بكثير من الصمام الثنائي بالمشاركة في توليد الضوء بنمط واحد، مما ينتج عنه طاقة أعلى بكثير مما يمكن تحقيقه بطرق أخرى. تُصدر ليزرات VCSEL المتجانسة طاقة في نطاق الميلي واط المنخفض. في المقابل، في مؤتمر الجمعية البصرية الأمريكية لعام 2004 حول الليزر والإلكترونيات الضوئية، الذي عُقد في سان فرانسيسكو، كاليفورنيا ، أعلنت شركة (Coherent, Inc.) عن انبعاث موجة مستمرة أحادية النمط بقدرة 45 واط من ليزر VECSEL مُضخّم ضوئيًا. وقد اعتمدت العديد من الشركات والمنظمات الأخرى حول العالم بنية الضخ الضوئي لبساطتها.