VCSEL, che è chiamato per intero laser a emissione superficiale a cavità verticale, è un tipo di laser a semiconduttore. Attualmente, la maggior parte dei VCSEL sono basati su semiconduttori GaAs e la lunghezza d'onda di emissione è principalmente nella banda d'onda dell'infrarosso.
Nel 1977, il professor Ika Kenichi dell'Università della Tecnologia di Tokyo propose per primo il concetto di un laser a emissione superficiale a cavità verticale. All'inizio desiderava principalmente ottenere un laser a semiconduttore a modalità longitudinale singola con uscita stabile accorciando la lunghezza della cavità. Tuttavia, a causa della breve lunghezza del guadagno unidirezionale di questo progetto, era difficile ottenere il laser, quindi la ricerca iniziale sul VCSEL è stata prolungata. Due anni dopo, il professor Yihe Jianyi ha realizzato con successo il laser pulsato dei laser della serie GaInAsP a 77 K utilizzando la tecnologia dell'epitassia in fase liquida (il metodo dell'epitassia in fase liquida per far precipitare le sostanze solide dalla soluzione e depositarle sul substrato per generare strati sottili monocristallini ). Nel 1988, i VCSEL della serie GaAs sono stati coltivati mediante la tecnologia di deposizione di vapori chimici organici (OCVD) per ottenere un funzionamento continuo a temperatura ambiente. Con il costante sviluppo della tecnologia epitassiale, è possibile produrre strutture DBR semiconduttrici ad alta riflettività, il che accelera notevolmente il processo di ricerca di VCSEL. Alla fine del 20° secolo, dopo che gli istituti di ricerca avevano provato diverse strutture, lo status principale del VCSEL a ossidazione limitata era praticamente stabilito. Successivamente è passato alla fase di maturità, in cui le prestazioni sono state costantemente ottimizzate e migliorate.
Schema in sezione del laser ad emissione superiore con limitazione di ossidazione
La regione attiva è la parte essenziale del dispositivo. Poiché la cavità VCSEL è molto corta, il mezzo attivo nella cavità deve fornire una maggiore compensazione del guadagno per la modalità laser.
Innanzitutto per generare un laser devono essere soddisfatte contemporaneamente tre condizioni:
1) viene stabilita la distribuzione dell'inversione del portatore nella regione attiva;
2) un'apposita cavità risonante consente di retroagire più volte la radiazione stimolata fino a formare un'oscillazione laser; E
3) l'iniezione di corrente è sufficientemente forte da rendere il guadagno ottico maggiore o uguale alla somma di varie perdite e soddisfare determinate condizioni di soglia di corrente.
Le tre condizioni primarie corrispondono al concetto di progettazione della struttura del dispositivo VCSEL. La regione attiva di VCSEL utilizza una struttura a pozzo quantico teso per stabilire le basi per realizzare la distribuzione di inversione della portante interna. Allo stesso tempo, una cavità risonante con adeguata riflettività è progettata per far sì che i fotoni emessi formino oscillazioni coerenti. Infine, viene fornita una corrente di iniezione sufficiente per consentire ai fotoni di superare le varie perdite del dispositivo stesso per creare una durata
Così ha spiegato VCSEL la Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., una società di comunicazioni ottiche.