VCSEL, der vollständig als Vertical Cavity Surface Emitting Laser bezeichnet wird, ist eine Art Halbleiterlaser. Derzeit basieren die meisten VCSELs auf GaAs-Halbleitern und die Emissionswellenlänge liegt hauptsächlich im Infrarotwellenband.
Im Jahr 1977 schlug Professor Ika Kenichi von der Technischen Universität Tokio erstmals das Konzept eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Resonator vor. Anfangs wollte er vor allem einen Single-Longitudinal-Mode-Halbleiterlaser mit stabiler Leistung durch Verkürzung der Resonatorlänge erhalten. Aufgrund der kurzen Einwegverstärkungslänge dieses Designs war es jedoch schwierig, Laserlaser zu erreichen, sodass die frühen Forschungen zu VCSEL verlängert wurden. Zwei Jahre später realisierte Professor Yihe Jianyi erfolgreich das gepulste Lasern von Lasern der GaInAsP-Serie bei 77 K mithilfe der Flüssigphasenepitaxie-Technologie (das Verfahren der Flüssigphasenepitaxie, bei dem feste Substanzen aus einer Lösung ausgefällt und auf dem Substrat abgeschieden werden, um einkristalline dünne Schichten zu erzeugen). ). Im Jahr 1988 wurden VCSELs der GaAs-Serie durch organische chemische Gasphasenabscheidung (OCVD) gezüchtet, um einen kontinuierlichen Betrieb bei Raumtemperatur zu erreichen. Mit der ständigen Weiterentwicklung der Epitaxietechnologie können Halbleiter-DBR-Strukturen mit hohem Reflexionsvermögen hergestellt werden, was den Forschungsprozess von VCSEL erheblich beschleunigt. Ende des 20. Jahrhunderts, nachdem Forschungseinrichtungen verschiedene Strukturen ausprobiert hatten, war der Mainstream-Status von oxidationsbegrenztem VCSEL so gut wie festgelegt. Anschließend gelangte es in die Reifephase, in der die Leistung ständig optimiert und verbessert wurde.
Schnittdiagramm eines Oxidations-begrenzten, nach oben emittierenden Lasers
Der aktive Bereich ist der wesentliche Teil des Geräts. Da der VCSEL-Hohlraum sehr kurz ist, muss das aktive Medium im Hohlraum eine stärkere Verstärkungskompensation für den Lasermodus bieten.
Um einen Laser zu erzeugen, müssen zunächst drei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein:
1) die Ladungsträgerinversionsverteilung im aktiven Bereich wird ermittelt;
2) ein geeigneter Hohlraumresonator ermöglicht die mehrfache Rückkopplung der stimulierten Strahlung, um eine Laserschwingung zu erzeugen; Und
3) Die Strominjektion ist stark genug, um den optischen Gewinn größer oder gleich der Summe verschiedener Verluste zu machen und bestimmte Stromschwellenbedingungen zu erfüllen.
Die drei Hauptbedingungen entsprechen dem Designkonzept der VCSEL-Gerätestruktur. Der aktive Bereich von VCSEL nutzt eine verspannte Quantentopfstruktur, um die Grundlage für die Realisierung der internen Ladungsträgerinversionsverteilung zu schaffen. Gleichzeitig soll ein Resonanzhohlraum mit geeignetem Reflexionsvermögen dafür sorgen, dass die emittierten Photonen kohärente Schwingungen bilden. Schließlich wird ausreichend Injektionsstrom bereitgestellt, damit Photonen verschiedene Verluste des Geräts selbst überwinden und eine dauerhafte Wirkung erzielen können
So erklärte Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., ein Unternehmen für optische Kommunikation, VCSEL.