VCSEL, yang secara lengkap disebut Laser Pemancar Permukaan Rongga Vertikal, adalah sejenis laser semikonduktor. Saat ini, sebagian besar VCSEL didasarkan pada semikonduktor GaAs, dan panjang gelombang emisi sebagian besar berada pada pita gelombang inframerah.
Pada tahun 1977, Profesor Ika Kenichi dari Universitas Teknologi Tokyo pertama kali mengusulkan konsep laser pemancar permukaan rongga vertikal. Pada awalnya, ia terutama ingin mendapatkan laser semikonduktor mode longitudinal tunggal dengan keluaran stabil dengan memperpendek panjang rongga. Namun, karena panjang penguatan satu arah desain ini yang pendek, maka sulit untuk mendapatkan penguat laser, sehingga penelitian awal VCSEL diperpanjang. Dua tahun kemudian, Profesor Yihe Jianyi berhasil merealisasikan laser pulsa seri GaInAsP pada 77 K menggunakan teknologi epitaksi fase cair (metode epitaksi fase cair untuk mengendapkan zat padat dari larutan dan menyimpannya pada substrat untuk menghasilkan lapisan tipis kristal tunggal ). Pada tahun 1988, VCSEL seri GaAs ditanam dengan teknologi deposisi uap kimia organik (OCVD) untuk mencapai pengoperasian berkelanjutan pada suhu kamar. Dengan perkembangan konstan teknologi epitaksi, struktur DBR semikonduktor dengan reflektifitas tinggi dapat diproduksi, yang secara signifikan mempercepat proses penelitian VCSEL. Pada akhir abad ke-20, setelah lembaga penelitian mencoba struktur yang berbeda, status utama VCSEL terbatas oksidasi telah ditetapkan. Kemudian memasuki tahap kedewasaan, dimana kinerja terus-menerus dioptimalkan dan ditingkatkan.
Diagram bagian oksidasi laser pemancar atas terbatas
Wilayah aktif adalah bagian penting dari perangkat. Karena rongga VCSEL sangat pendek, media aktif dalam rongga perlu memberikan kompensasi penguatan yang lebih besar untuk mode penguat.
Pertama-tama, tiga kondisi harus dipenuhi secara bersamaan untuk menghasilkan laser:
1) distribusi inversi pembawa di wilayah aktif ditetapkan;
2) rongga resonansi yang sesuai memungkinkan radiasi terstimulasi diumpankan kembali berkali-kali untuk membentuk osilasi laser; Dan
3) injeksi arus cukup kuat untuk membuat penguatan optik lebih besar atau sama dengan jumlah berbagai kerugian dan memenuhi kondisi ambang batas arus tertentu.
Tiga kondisi utama tersebut sesuai dengan konsep desain struktur perangkat VCSEL. Wilayah aktif VCSEL menggunakan struktur sumur kuantum tegang untuk menetapkan dasar mewujudkan distribusi inversi pembawa internal. Pada saat yang sama, rongga resonansi dengan reflektifitas yang sesuai dirancang untuk membuat foton yang dipancarkan membentuk osilasi yang koheren. Akhirnya, arus injeksi yang cukup disediakan untuk memungkinkan foton mengatasi berbagai kerugian perangkat itu sendiri untuk menciptakan kelanggengan
Beginilah cara Shenzhen HDV Optoelektronik Technology Co., Ltd., sebuah perusahaan komunikasi optik, menjelaskan VCSEL.