Толығымен тік қуысты беттік сәуле шығаратын лазер деп аталатын VCSEL жартылай өткізгіш лазердің бір түрі болып табылады. Қазіргі уақытта VCSEL-дің көпшілігі GaAs жартылай өткізгіштеріне негізделген, ал эмиссия толқын ұзындығы негізінен инфрақызыл толқын диапазонында.
1977 жылы Токио технологиялық университетінің профессоры Ика Кеничи алғаш рет тік қуысты беттік сәуле шығаратын лазер тұжырымдамасын ұсынды. Алғашқы күндері ол негізінен қуыс ұзындығын қысқарту арқылы тұрақты шығуы бар жалғыз бойлық режимді жартылай өткізгіш лазерді алғысы келді. Дегенмен, бұл дизайнның қысқа бір жақты күшейту ұзақтығына байланысты лазерлік лазерді алу қиын болды, сондықтан VCSEL-тің алғашқы зерттеулері ұзартылды. Екі жылдан кейін профессор Йихэ Цзяньи сұйық фазалық эпитаксия технологиясын (ерітіндіден қатты заттарды тұндыру және бір кристалды жұқа қабаттарды жасау үшін оларды субстратта тұндыру үшін сұйық фазалық эпитаксия әдісі) арқылы 77 К-де GaInAsP сериялы лазерлердің импульстік лазерін сәтті жүзеге асырды. ). 1988 жылы GaAs сериялы VCSELs бөлме температурасында үздіксіз жұмыс істеуге қол жеткізу үшін органикалық химиялық буларды тұндыру (OCVD) технологиясы арқылы өсірілді. Эпитаксиалды технологияның тұрақты дамуы кезінде жоғары шағылысу қабілеті бар жартылай өткізгіш DBR құрылымдарын жасауға болады, бұл VCSEL зерттеу процесін айтарлықтай жылдамдатады. 20 ғасырдың аяғында, ғылыми-зерттеу институттары әртүрлі құрылымдарды сынап көргеннен кейін, тотығумен шектелген VCSEL-дің негізгі статусы айтарлықтай белгіленді. Содан кейін ол жетілу кезеңіне көшті, онда өнімділік үнемі оңтайландырылып, жетілдірілді.
Тотығу шектелген жоғарғы сәулелену лазерінің секциялық диаграммасы
Белсенді аймақ құрылғының маңызды бөлігі болып табылады. VCSEL қуысы өте қысқа болғандықтан, қуыстағы белсенді орта лазерлік режим үшін көбірек пайда компенсациясын қамтамасыз етуі керек.
Ең алдымен, лазерді жасау үшін үш шартты бір уақытта орындау керек:
1) белсенді аймақта тасымалдаушының инверсиялық таралуы белгіленген;
2) қолайлы резонанстық қуыс ынталандырылған сәулеленуді лазерлік тербеліс қалыптастыру үшін бірнеше рет қайтаруға мүмкіндік береді; және
3) ток инъекциясы оптикалық күшейтуді әртүрлі жоғалтулар сомасынан жоғары немесе оған тең етіп жасауға және белгілі бір ағымдағы шекті шарттарды қанағаттандыруға жеткілікті күшті.
Үш негізгі шарт VCSEL құрылғы құрылымының жобалық тұжырымдамасына сәйкес келеді. VCSEL белсенді аймағы ішкі тасымалдаушы инверсиялық үлестіруді жүзеге асыру үшін негіз құру үшін шиеленісті кванттық ұңғыма құрылымын пайдаланады. Сонымен бірге, тиісті шағылысу қабілеті бар резонанстық қуыс шығарылатын фотондардың когерентті тербелістер түзуіне арналған. Соңында, фотондарға құрылғының әртүрлі шығындарын еңсеруге мүмкіндік беретін жеткілікті инъекциялық ток қамтамасыз етіледі.
Shenzhen HDV Optoelektronic Technology Co., Ltd. оптикалық байланыс компаниясы VCSEL-ді осылай түсіндірді.