VCSEL, які цалкам называецца вертыкальна-павярхоўным выпраменьваючым лазерам, з'яўляецца разнавіднасцю паўправадніковага лазера. У цяперашні час большасць VCSEL заснавана на паўправадніках GaAs, і даўжыня хвалі выпраменьвання знаходзіцца ў асноўным у інфрачырвоным дыяпазоне хваль.
У 1977 годзе прафесар Такійскага тэхналагічнага ўніверсітэта Іка Кеніці ўпершыню прапанаваў канцэпцыю лазера з вертыкальным рэзонатарам, які выпраменьвае паверхню. У першыя дні ён галоўным чынам хацеў атрымаць паўправадніковы лазер з адным падоўжным рэжымам са стабільнай магутнасцю за кошт памяншэння даўжыні рэзанара. Аднак з-за кароткай даўжыні аднабаковага ўзмацнення гэтай канструкцыі атрымаць лазерную генерацыю было складана, таму першыя даследаванні VCSEL былі працягнуты. Праз два гады прафесар Іхэ Цзяньі паспяхова рэалізаваў імпульсную генерацыю лазераў серыі GaInAsP пры тэмпературы 77 К з выкарыстаннем тэхналогіі вадкаснай эпітаксіі (метад вадкаснай эпітаксіі для асаджэння цвёрдых рэчываў з раствора і нанясення іх на падкладку для стварэння тонкіх монакрышталічных слаёў ). У 1988 годзе VCSEL серыі GaAs былі вырашчаны з дапамогай тэхналогіі арганічнага хімічнага асаджэння з паравай фазы (OCVD) для дасягнення бесперапыннай працы пры пакаёвай тэмпературы. З пастаянным развіццём эпітаксіяльнай тэхналогіі можна вырабляць паўправадніковыя структуры DBR з высокай адбівальнай здольнасцю, што значна паскарае працэс даследавання VCSEL. У канцы 20-га стагоддзя, пасля таго як навукова-даследчыя ўстановы апрабавалі розныя структуры, асноўны статус VCSEL з абмежаваным акісленнем быў у значнай ступені вызначаны. Затым ён перайшоў у стадыю сталасці, дзе прадукцыйнасць пастаянна аптымізуецца і паляпшаецца.
Схема разрэзу акісляльнага лазера з абмежаваным верхнім выпраменьваннем
Актыўная вобласць з'яўляецца важнай часткай прылады. Паколькі паражніна VCSEL вельмі кароткая, актыўнае асяроддзе ў ёй павінна забяспечваць большую кампенсацыю ўзмацнення для рэжыму генерацыі.
Перш за ўсё, для стварэння лазера павінны быць выкананы адначасова тры ўмовы:
1) ўстаноўлена размеркаванне інверсіі носьбітаў у актыўнай вобласці;
2) адпаведная рэзанансная паражніна дазваляе стымуляванаму выпраменьванню вяртацца шмат разоў для фарміравання лазерных ваганняў; і
3) ін'екцыя току дастаткова моцная, каб зрабіць аптычны ўзмацненне большым або роўным суме розных страт і адпавядаць пэўным парогавым умовам току.
Тры асноўныя ўмовы адпавядаюць канцэпцыі дызайну структуры прылады VCSEL. Актыўная вобласць VCSEL выкарыстоўвае структуру напружанай квантавай ямы, каб стварыць аснову для рэалізацыі ўнутранага размеркавання інверсіі носьбітаў. У той жа час рэзанансная паражніна з адпаведнай адбівальнай здольнасцю прызначана для таго, каб выпраменьваныя фатоны ўтваралі кагерэнтныя ваганні. Нарэшце, забяспечваецца дастатковы ін'екцыйны ток, які дазваляе фатонам пераадолець розныя страты самой прылады для стварэння працяглага
Вось як растлумачыла VCSEL кампанія Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., якая займаецца аптычнай камунікацыяй.