VCSEL, que en su totalidad se denomina láser de emisión de superficie de cavidad vertical, es un tipo de láser semiconductor. Actualmente, la mayoría de los VCSEL se basan en semiconductores de GaAs y la longitud de onda de emisión se encuentra principalmente en la banda de ondas infrarrojas.
En 1977, el profesor Ika Kenichi de la Universidad Tecnológica de Tokio propuso por primera vez el concepto de un láser emisor de superficie de cavidad vertical. Al principio, su objetivo principal era obtener un láser semiconductor de modo longitudinal único con una salida estable acortando la longitud de la cavidad. Sin embargo, debido a la corta longitud de ganancia unidireccional de este diseño, fue un desafío obtener láser, por lo que la investigación inicial de VCSEL se prolongó. Dos años más tarde, el profesor Yihe Jianyi realizó con éxito el láser pulsado de láseres de la serie GaInAsP a 77 K utilizando tecnología de epitaxia en fase líquida (el método de epitaxia en fase líquida para precipitar sustancias sólidas de la solución y depositarlas en el sustrato para generar capas delgadas de un solo cristal). ). En 1988, los VCSEL de la serie GaAs se desarrollaron mediante tecnología de deposición química de vapor orgánico (OCVD) para lograr un funcionamiento continuo a temperatura ambiente. Con el constante desarrollo de la tecnología epitaxial, se pueden fabricar estructuras semiconductoras DBR con alta reflectividad, lo que acelera significativamente el proceso de investigación de VCSEL. A finales del siglo XX, después de que las instituciones de investigación probaran diferentes estructuras, el estado general del VCSEL con oxidación limitada estaba prácticamente establecido. Luego pasó a la etapa de madurez, donde el rendimiento se optimizaba y mejoraba constantemente.
Diagrama seccional del láser de emisión superior con oxidación limitada.
La región activa es la parte esencial del dispositivo. Debido a que la cavidad VCSEL es muy corta, el medio activo en la cavidad necesita proporcionar una mayor compensación de ganancia para el modo láser.
En primer lugar, se deben cumplir tres condiciones simultáneamente para generar un láser:
1) se establece la distribución de inversión de portadoras en la región activa;
2) una cavidad resonante adecuada permite que la radiación estimulada se retroalimente muchas veces para formar una oscilación láser; y
3) la inyección de corriente es lo suficientemente fuerte como para hacer que la ganancia óptica sea mayor o igual a la suma de varias pérdidas y cumplir con ciertas condiciones de umbral actuales.
Las tres condiciones principales corresponden al concepto de diseño de la estructura del dispositivo VCSEL. La región activa de VCSEL utiliza una estructura de pozo cuántico tenso para establecer la base para realizar la distribución de inversión de portadores interna. Al mismo tiempo, se diseña una cavidad resonante con la reflectividad adecuada para hacer que los fotones emitidos formen oscilaciones coherentes. Finalmente, se proporciona suficiente corriente de inyección para permitir que los fotones superen varias pérdidas del propio dispositivo para crear una conexión duradera.
Así explicó a VCSEL Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., una empresa de comunicaciones ópticas.