VCSEL, que é totalmente chamado de Laser Emissor de Superfície de Cavidade Vertical, é um tipo de laser semicondutor. Atualmente, a maioria dos VCSELs são baseados em semicondutores GaAs, e o comprimento de onda de emissão está principalmente na banda de ondas infravermelhas.
Em 1977, o professor Ika Kenichi, da Universidade de Tecnologia de Tóquio, propôs pela primeira vez o conceito de um laser emissor de superfície de cavidade vertical. No início, ele queria principalmente obter um laser semicondutor de modo longitudinal único com saída estável, encurtando o comprimento da cavidade. No entanto, devido ao curto comprimento de ganho unidirecional deste projeto, era um desafio obter o laser laser, então a pesquisa inicial do VCSEL foi prolongada. Dois anos depois, o professor Yihe Jianyi realizou com sucesso o laser pulsado de lasers da série GaInAsP a 77 K usando tecnologia de epitaxia de fase líquida (o método de epitaxia de fase líquida para precipitar substâncias sólidas da solução e depositá-las no substrato para gerar camadas finas de cristal único ). Em 1988, os VCSELs da série GaAs foram cultivados pela tecnologia de deposição de vapor químico orgânico (OCVD) para obter operação contínua em temperatura ambiente. Com o constante desenvolvimento da tecnologia epitaxial, podem ser fabricadas estruturas DBR semicondutoras com alta refletividade, o que agiliza significativamente o processo de pesquisa do VCSEL. No final do século 20, depois que as instituições de pesquisa experimentaram diferentes estruturas, o status principal do VCSEL com oxidação limitada estava praticamente definido. Em seguida, passou para o estágio de maturidade, onde o desempenho foi constantemente otimizado e melhorado.
Diagrama seccional do laser de emissão superior com oxidação limitada
A região ativa é a parte essencial do dispositivo. Como a cavidade VCSEL é muito curta, o meio ativo na cavidade precisa fornecer mais compensação de ganho para o modo de laser.
Em primeiro lugar, três condições devem ser atendidas simultaneamente para gerar um laser:
1) é estabelecida a distribuição de inversão de portadoras na região ativa;
2) uma cavidade ressonante adequada permite que a radiação estimulada seja realimentada muitas vezes para formar uma oscilação do laser; e
3) a injeção de corrente é forte o suficiente para tornar o ganho óptico maior ou igual à soma de várias perdas e atender a certas condições de limite de corrente.
As três condições primárias correspondem ao conceito de projeto da estrutura do dispositivo VCSEL. A região ativa do VCSEL usa uma estrutura de poço quântico tensa para estabelecer a base para realizar a distribuição interna de inversão de portadora. Ao mesmo tempo, uma cavidade ressonante com refletividade apropriada é projetada para fazer com que os fótons emitidos formem oscilações coerentes. Finalmente, é fornecida corrente de injeção suficiente para permitir que os fótons superem várias perdas do próprio dispositivo para criar um efeito duradouro.
Foi assim que a Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., uma empresa de comunicação óptica, explicou a VCSEL.