VCSEL, zwany w całości laserem emitującym powierzchnię wnęki pionowej, jest rodzajem lasera półprzewodnikowego. Obecnie większość VCSEL opiera się na półprzewodnikach GaAs, a długość fali emisji mieści się głównie w paśmie podczerwieni.
W 1977 roku profesor Ika Kenichi z Politechniki Tokijskiej po raz pierwszy zaproponował koncepcję lasera emitującego powierzchnię z pionową wnęką. Na początku chciał głównie uzyskać laser półprzewodnikowy o pojedynczym trybie podłużnym i stabilnej mocy wyjściowej poprzez skrócenie długości wnęki. Jednakże ze względu na krótkie jednokierunkowe wzmocnienie tego projektu uzyskanie lasera laserowego było trudne, dlatego wczesne badania nad VCSEL zostały przedłużone. Dwa lata później profesor Yihe Jianyi z sukcesem zrealizował laser impulsowy laserów serii GaInAsP w temperaturze 77 K, wykorzystując technologię epitaksji w fazie ciekłej (metoda epitaksji w fazie ciekłej polegająca na wytrącaniu substancji stałych z roztworu i osadzaniu ich na podłożu w celu wytworzenia cienkich warstw monokryształu) ). W 1988 roku VCSEL z serii GaAs zostały wyhodowane przy użyciu technologii organicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej (OCVD), aby uzyskać ciągłą pracę w temperaturze pokojowej. Dzięki ciągłemu rozwojowi technologii epitaksjalnej możliwe jest wytwarzanie półprzewodnikowych struktur DBR o wysokim współczynniku odbicia, co znacznie przyspiesza proces badawczy VCSEL. Pod koniec XX wieku, po wypróbowaniu przez instytucje badawcze różnych struktur, w zasadzie ustalono główny status VCSEL o ograniczonym utlenianiu. Następnie przeszedł w fazę dojrzałości, gdzie wydajność była stale optymalizowana i ulepszana.
Schemat przekrojowy lasera górnego emitującego z ograniczonym utlenianiem
Obszar aktywny jest zasadniczą częścią urządzenia. Ponieważ wnęka VCSEL jest bardzo krótka, ośrodek aktywny we wnęce musi zapewniać większą kompensację wzmocnienia w trybie laserowym.
Po pierwsze, aby wygenerować laser, muszą zostać spełnione jednocześnie trzy warunki:
1) ustala się rozkład inwersji nośnej w obszarze aktywnym;
2) odpowiednia wnęka rezonansowa umożliwia wielokrotne sprzężenie zwrotne wymuszonego promieniowania w celu wytworzenia oscylacji lasera; I
3) wtrysk prądu jest wystarczająco silny, aby wzmocnienie optyczne było większe lub równe sumie różnych strat i spełniało określone warunki progowe prądu.
Trzy podstawowe warunki odpowiadają koncepcji projektowej konstrukcji urządzenia VCSEL. Aktywny obszar VCSEL wykorzystuje napiętą strukturę studni kwantowej w celu ustalenia podstawy do realizacji rozkładu inwersji wewnętrznej nośnej. Jednocześnie zaprojektowano wnękę rezonansową o odpowiednim współczynniku odbicia, tak aby emitowane fotony tworzyły spójne oscylacje. Wreszcie zapewniany jest wystarczający prąd wtrysku, aby fotony mogły przezwyciężyć różne straty samego urządzenia, aby uzyskać trwałość
W ten sposób Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., firma zajmująca się komunikacją optyczną, wyjaśniła VCSEL.