Le VCSEL, qui est entièrement appelé laser à cavité verticale et à émission par la surface, est une sorte de laser à semi-conducteur. Actuellement, la plupart des VCSEL sont basés sur des semi-conducteurs GaAs et la longueur d'onde d'émission se situe principalement dans la bande des ondes infrarouges.
En 1977, le professeur Ika Kenichi de l’Université de technologie de Tokyo a proposé pour la première fois le concept d’un laser à émission de surface à cavité verticale. Au début, il souhaitait principalement obtenir un laser à semi-conducteur à mode longitudinal unique avec une sortie stable en raccourcissant la longueur de la cavité. Cependant, en raison de la courte longueur de gain unidirectionnel de cette conception, il était difficile d'obtenir un laser laser, c'est pourquoi les premières recherches sur le VCSEL ont été prolongées. Deux ans plus tard, le professeur Yihe Jianyi a réalisé avec succès l'effet laser pulsé des lasers de la série GaInAsP à 77 K en utilisant la technologie d'épitaxie en phase liquide (la méthode d'épitaxie en phase liquide pour précipiter les substances solides d'une solution et les déposer sur le substrat pour générer de fines couches monocristallines. ). En 1988, les VCSEL de la série GaAs ont été développés grâce à la technologie de dépôt chimique organique en phase vapeur (OCVD) pour obtenir un fonctionnement continu à température ambiante. Grâce au développement constant de la technologie épitaxiale, des structures semi-conductrices DBR à haute réflectivité peuvent être fabriquées, ce qui accélère considérablement le processus de recherche du VCSEL. À la fin du 20e siècle, après que les instituts de recherche eurent essayé différentes structures, le statut dominant du VCSEL à oxydation limitée était quasiment établi. Elle est ensuite entrée dans une phase de maturité, où les performances ont été constamment optimisées et améliorées.
Schéma en coupe d'un laser à émission supérieure limité par oxydation
La région active est la partie essentielle du dispositif. La cavité VCSEL étant très courte, le milieu actif dans la cavité doit fournir une compensation de gain plus importante pour le mode laser.
Tout d’abord, trois conditions doivent être réunies simultanément pour générer un laser :
1) la distribution d'inversion de porteuse dans la région active est établie ;
2) une cavité résonante appropriée permet au rayonnement stimulé d'être renvoyé plusieurs fois pour former une oscillation laser ; et
3) l'injection de courant est suffisamment forte pour rendre le gain optique supérieur ou égal à la somme des différentes pertes et respecter certaines conditions de seuil de courant.
Les trois conditions principales correspondent au concept de conception de la structure du dispositif VCSEL. La région active du VCSEL utilise une structure de puits quantique contrainte pour établir la base de la réalisation de la distribution d'inversion de porteur interne. Dans le même temps, une cavité résonante avec une réflectivité appropriée est conçue pour que les photons émis forment des oscillations cohérentes. Enfin, un courant d'injection suffisant est fourni pour permettre aux photons de surmonter diverses pertes du dispositif lui-même afin de créer une durée de vie durable.
C'est ainsi que Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., une société de communications optiques, a expliqué VCSEL.