VCSEL، والذي يسمى بالكامل بالليزر الباعث لسطح التجويف العمودي، هو نوع من ليزر أشباه الموصلات. حاليًا، تعتمد معظم VCSELs على أشباه الموصلات GaAs، ويكون الطول الموجي للانبعاث بشكل أساسي في نطاق موجة الأشعة تحت الحمراء.
في عام 1977، اقترح البروفيسور إيكا كينيتشي من جامعة طوكيو للتكنولوجيا لأول مرة مفهوم الليزر الذي ينبعث من سطح التجويف العمودي. في الأيام الأولى، كان يريد بشكل أساسي الحصول على ليزر أشباه الموصلات ذو الوضع الطولي مع خرج ثابت عن طريق تقصير طول التجويف. ومع ذلك، نظرًا لقصر طول الكسب في اتجاه واحد لهذا التصميم، كان من الصعب الحصول على ليزر ليزر، لذلك تم إطالة البحث المبكر لـ VCSEL. بعد ذلك بعامين، نجح البروفيسور ييهي جياني في تحقيق الليزر النبضي لأشعة الليزر من سلسلة GaInAsP عند 77 كلفن باستخدام تقنية تنضيد الطور السائل (طريقة تنضيد الطور السائل لترسيب المواد الصلبة من المحلول وترسيبها على الركيزة لتوليد طبقات رقيقة أحادية البلورة ). في عام 1988، تمت زراعة سلسلة GaAs VCSELs بواسطة تقنية ترسيب البخار الكيميائي العضوي (OCVD) لتحقيق التشغيل المستمر في درجة حرارة الغرفة. من خلال التطوير المستمر للتكنولوجيا الفوقي، يمكن تصنيع هياكل DBR لأشباه الموصلات ذات الانعكاسية العالية، مما يسرع بشكل كبير عملية البحث في VCSEL. في نهاية القرن العشرين، بعد أن قامت المؤسسات البحثية بتجربة هياكل مختلفة، أصبح الوضع السائد لمركب VCSEL المحدود الأكسدة ثابتًا إلى حد كبير. ثم انتقلت بعد ذلك إلى مرحلة النضج، حيث تم تحسين الأداء وتحسينه باستمرار.
رسم تخطيطي مقطعي للأكسدة المحدودة التي ينبعث منها الليزر
المنطقة النشطة هي الجزء الأساسي من الجهاز. نظرًا لأن تجويف VCSEL قصير جدًا، فإن الوسط النشط في التجويف يحتاج إلى توفير المزيد من تعويض الكسب لوضع الليزر.
بداية، يجب استيفاء ثلاثة شروط في وقت واحد لتوليد الليزر:
1) تم إنشاء توزيع انعكاس الموجة الحاملة في المنطقة النشطة؛
2) يسمح تجويف الرنين المناسب بتغذية الإشعاع المحفز عدة مرات لتشكيل تذبذب ليزر؛ و
3) الحقن الحالي قوي بما يكفي لجعل الكسب البصري أكبر من أو يساوي مجموع الخسائر المختلفة وتلبية بعض شروط العتبة الحالية.
تتوافق الشروط الأساسية الثلاثة مع مفهوم تصميم هيكل جهاز VCSEL. تستخدم المنطقة النشطة لـ VCSEL بنية بئر كمومية متوترة لإنشاء الأساس لتحقيق توزيع انعكاس الموجة الحاملة الداخلية. وفي الوقت نفسه، تم تصميم تجويف رنين ذو انعكاسية مناسبة لجعل الفوتونات المنبعثة تشكل تذبذبات متماسكة. وأخيرًا، يتم توفير تيار حقن كافٍ لتمكين الفوتونات من التغلب على الخسائر المختلفة للجهاز نفسه لإنشاء تأثير دائم
هذه هي الطريقة التي أوضحت بها شركة Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd.، وهي شركة اتصالات بصرية، شركة VCSEL.