VCSEL, რომელსაც სრულად უწოდებენ ვერტიკალური ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ლაზერს, არის ერთგვარი ნახევარგამტარული ლაზერი. ამჟამად, VCSEL-ების უმეტესობა დაფუძნებულია GaAs ნახევარგამტარებზე და ემისიის ტალღის სიგრძე ძირითადად ინფრაწითელი ტალღის ზოლშია.
1977 წელს ტოკიოს ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის პროფესორმა იკა კენიჩიმ პირველად შემოგვთავაზა ვერტიკალური ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ლაზერის კონცეფცია. ადრეულ დღეებში მას ძირითადად სურდა მიეღო ერთი გრძივი რეჟიმის ნახევარგამტარული ლაზერი სტაბილური გამომავალი ღრუს სიგრძის შემცირებით. თუმცა, ამ დიზაინის მოკლე ცალმხრივი მომატების სიგრძის გამო, ლაზერული ლაზერის მიღება რთული იყო, ამიტომ VCSEL-ის ადრეული კვლევა გახანგრძლივდა. ორი წლის შემდეგ, პროფესორმა იჰე ჯიანიმ წარმატებით განახორციელა GaInAsP სერიის ლაზერების პულსური ლაზირება 77 კ ტემპერატურაზე თხევადი ფაზის ეპიტაქსიის ტექნოლოგიის გამოყენებით (თხევადი ფაზის ეპიტაქსიის მეთოდი ხსნარიდან მყარი ნივთიერებების დალექვისა და სუბსტრატზე დეპონირების მიზნით, ერთი კრისტალური თხელი ფენების წარმოქმნით. ). 1988 წელს GaAs სერიის VCSEL-ები გაიზარდა ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირების (OCVD) ტექნოლოგიით ოთახის ტემპერატურაზე უწყვეტი მუშაობის მისაღწევად. ეპიტაქსიალური ტექნოლოგიის მუდმივი განვითარებით შესაძლებელია ნახევარგამტარული DBR სტრუქტურების დამზადება მაღალი არეკვლის მქონე, რაც მნიშვნელოვნად აჩქარებს VCSEL-ის კვლევის პროცესს. მე-20 საუკუნის ბოლოს, მას შემდეგ, რაც კვლევითმა ინსტიტუტებმა გამოსცადეს სხვადასხვა სტრუქტურები, დაჟანგვით შეზღუდული VCSEL-ის ძირითადი სტატუსი საკმაოდ დადგინდა. შემდეგ ის გადავიდა სიმწიფის ეტაპზე, სადაც შესრულება მუდმივად ოპტიმიზირებული და გაუმჯობესებული იყო.
ჟანგვის სექციური დიაგრამა შეზღუდული ზედა ემიტირებული ლაზერის
აქტიური რეგიონი მოწყობილობის არსებითი ნაწილია. იმის გამო, რომ VCSEL ღრუ ძალიან მოკლეა, ღრუში არსებულ აქტიურ გარემოს სჭირდება მეტი მომატების კომპენსაცია ლაზირების რეჟიმისთვის.
უპირველეს ყოვლისა, სამი პირობა უნდა დაკმაყოფილდეს ერთდროულად ლაზერის შესაქმნელად:
1) დადგენილია გადამზიდავი ინვერსიის განაწილება აქტიურ რეგიონში;
2) შესაფერისი რეზონანსული ღრუ იძლევა სტიმულირებული გამოსხივების მრავალჯერ გამოკვებას, რათა შეიქმნას ლაზერული რხევა; და
3) მიმდინარე ინექცია საკმარისად ძლიერია იმისთვის, რომ ოპტიკური მომატება აღემატებოდეს ან ტოლი იყოს სხვადასხვა დანაკარგების ჯამს და დააკმაყოფილოს გარკვეული დენის ზღურბლის პირობები.
სამი ძირითადი პირობა შეესაბამება VCSEL მოწყობილობის სტრუქტურის დიზაინის კონცეფციას. VCSEL-ის აქტიური რეგიონი იყენებს დაძაბულ კვანტურ ჭაბურღილის სტრუქტურას შიდა მატარებლის ინვერსიის განაწილების რეალიზაციის საფუძვლის დასამყარებლად. ამავდროულად, შესაბამისი არეკვლის მქონე რეზონანსული ღრუ შექმნილია იმისთვის, რომ გამოსხივებული ფოტონები შექმნან თანმიმდევრული რხევები. დაბოლოს, საკმარისი ინექციის დენი უზრუნველყოფილია, რათა ფოტონებს დაძლიონ თავად მოწყობილობის სხვადასხვა დანაკარგები და შექმნან მდგრადი.
ასე განმარტა VCSEL-ის ოპტიკური საკომუნიკაციო კომპანია Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd.