वीसीएसईएल, जिसे पूरी तरह से वर्टिकल कैविटी सरफेस एमिटिंग लेजर कहा जाता है, एक तरह का सेमीकंडक्टर लेजर है। वर्तमान में, अधिकांश वीसीएसईएल GaAs अर्धचालकों पर आधारित हैं, और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य मुख्य रूप से अवरक्त तरंग बैंड में है।
1977 में, टोक्यो यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर इका केनिची ने पहली बार ऊर्ध्वाधर-गुहा सतह-उत्सर्जक लेजर की अवधारणा का प्रस्ताव रखा। शुरुआती दिनों में, वह मुख्य रूप से कैविटी की लंबाई को छोटा करके स्थिर आउटपुट के साथ एकल अनुदैर्ध्य मोड अर्धचालक लेजर प्राप्त करना चाहते थे। हालाँकि, इस डिज़ाइन की एकतरफ़ा लाभ लंबाई कम होने के कारण, लेज़र लेज़िंग प्राप्त करना चुनौतीपूर्ण था, इसलिए वीसीएसईएल का प्रारंभिक शोध लंबा चला। दो साल बाद, प्रोफेसर यीहे जियानयी ने तरल चरण एपिटैक्सी तकनीक (समाधान से ठोस पदार्थों को अवक्षेपित करने और उन्हें एकल-क्रिस्टल पतली परतें उत्पन्न करने के लिए सब्सट्रेट पर जमा करने के लिए तरल-चरण एपिटैक्सी की विधि) का उपयोग करके 77 K पर GaInAsP श्रृंखला लेजर के स्पंदित लेज़िंग को सफलतापूर्वक महसूस किया। ). 1988 में, कमरे के तापमान पर निरंतर संचालन प्राप्त करने के लिए GaAs श्रृंखला VCSEL को कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (OCVD) तकनीक द्वारा विकसित किया गया था। एपिटैक्सियल प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के साथ, उच्च परावर्तनशीलता वाले अर्धचालक डीबीआर संरचनाओं का निर्माण किया जा सकता है, जो वीसीएसईएल की अनुसंधान प्रक्रिया को काफी तेज करता है। 20वीं सदी के अंत में, अनुसंधान संस्थानों द्वारा विभिन्न संरचनाओं को आज़माने के बाद, ऑक्सीकरण-सीमित वीसीएसईएल की मुख्यधारा की स्थिति काफी हद तक निर्धारित हो गई थी। इसके बाद यह परिपक्वता के चरण में चला गया, जहां प्रदर्शन को लगातार अनुकूलित और बेहतर बनाया गया।
ऑक्सीकरण सीमित शीर्ष उत्सर्जक लेजर का अनुभागीय आरेख
सक्रिय क्षेत्र डिवाइस का अनिवार्य हिस्सा है। क्योंकि वीसीएसईएल कैविटी बहुत छोटी है, कैविटी में सक्रिय माध्यम को लेज़िंग मोड के लिए अधिक लाभ मुआवजा प्रदान करने की आवश्यकता है।
सबसे पहले, लेज़र उत्पन्न करने के लिए तीन शर्तों को एक साथ पूरा करना होगा:
1) सक्रिय क्षेत्र में वाहक व्युत्क्रम वितरण स्थापित किया गया है;
2) एक उपयुक्त गुंजयमान गुहा लेजर दोलन बनाने के लिए उत्तेजित विकिरण को कई बार वापस खिलाए जाने की अनुमति देता है; और
3) वर्तमान इंजेक्शन इतना मजबूत है कि ऑप्टिकल लाभ विभिन्न नुकसानों के योग से अधिक या उसके बराबर हो सकता है और कुछ वर्तमान सीमा शर्तों को पूरा कर सकता है।
तीन प्राथमिक स्थितियाँ वीसीएसईएल डिवाइस संरचना की डिज़ाइन अवधारणा के अनुरूप हैं। वीसीएसईएल का सक्रिय क्षेत्र आंतरिक वाहक उलटा वितरण को साकार करने के लिए आधार स्थापित करने के लिए एक तनावपूर्ण क्वांटम अच्छी संरचना का उपयोग करता है। साथ ही, उचित परावर्तन के साथ एक गुंजयमान गुहा को उत्सर्जित फोटॉनों को सुसंगत दोलन बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। अंत में, पर्याप्त इंजेक्शन करंट प्रदान किया जाता है ताकि फोटॉन डिवाइस के विभिन्न नुकसानों को दूर करने में सक्षम हो सके ताकि एक स्थायी निर्माण हो सके
ऑप्टिकल संचार कंपनी शेन्ज़ेन एचडीवी ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड ने वीसीएसईएल को इस प्रकार समझाया।