VCSEL, който се нарича изцяло повърхностно излъчващ лазер с вертикална кухина, е вид полупроводников лазер. Понастоящем повечето VCSEL са базирани на GaAs полупроводници и дължината на вълната на излъчване е главно в инфрачервения вълнов диапазон.
През 1977 г. професор Ика Кеничи от Токийския технологичен университет за първи път предложи концепцията за повърхностно излъчващ лазер с вертикална кухина. В първите дни той главно искаше да получи полупроводников лазер с един надлъжен режим със стабилен изход чрез скъсяване на дължината на кухината. Въпреки това, поради късата еднопосочна дължина на усилване на този дизайн, беше предизвикателство да се получи лазерно излъчване, така че ранните изследвания на VCSEL бяха удължени. Две години по-късно професор Yihe Jianyi успешно реализира импулсно генериране на лазери от серия GaInAsP при 77 K, използвайки технология за епитаксия в течна фаза (методът на епитаксия в течна фаза за утаяване на твърди вещества от разтвора и отлагането им върху субстрата за генериране на монокристални тънки слоеве ). През 1988 г. VCSEL от серията GaAs бяха отгледани чрез технология за органично химическо отлагане на пари (OCVD), за да се постигне непрекъсната работа при стайна температура. С постоянното развитие на епитаксиалната технология могат да се произвеждат полупроводникови DBR структури с висока отразяваща способност, което значително ускорява процеса на изследване на VCSEL. В края на 20-ти век, след като изследователските институции са изпробвали различни структури, масовият статус на VCSEL с ограничено окисляване беше почти определен. След това се премести в етап на зрялост, където производителността непрекъснато се оптимизира и подобрява.
Диаграма в разрез на лазер с ограничено оксидиране и излъчване отгоре
Активната област е основната част от устройството. Тъй като VCSEL кухината е много къса, активната среда в кухината трябва да осигури по-голяма компенсация на усилването за лазерния режим.
На първо място, три условия трябва да бъдат изпълнени едновременно, за да се генерира лазер:
1) разпределението на инверсията на носителя в активната област е установено;
2) подходяща резонансна кухина позволява стимулираното лъчение да се връща многократно, за да образува лазерно трептене; и
3) инжектирането на ток е достатъчно силно, за да направи оптичното усилване по-голямо или равно на сумата от различни загуби и да отговаря на определени прагови условия за ток.
Трите основни условия съответстват на концепцията за проектиране на структурата на устройството VCSEL. Активната област на VCSEL използва напрегната структура на квантовата яма, за да установи основата за реализиране на вътрешното разпределение на инверсията на носителя. В същото време е проектирана резонансна кухина с подходяща отразяваща способност, за да накара излъчените фотони да образуват кохерентни трептения. И накрая, осигурява се достатъчен инжекционен ток, който позволява на фотоните да преодолеят различни загуби на самото устройство, за да създадат трайно
Ето как Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., компания за оптични комуникации, обясни VCSEL.