VCSEL, который полностью называется лазером поверхностного излучения с вертикальным резонатором, представляет собой разновидность полупроводникового лазера. В настоящее время большинство VCSEL основаны на полупроводниках GaAs, а длина волны излучения находится в основном в инфракрасном диапазоне волн.
В 1977 году профессор Ика Кеничи из Токийского технологического университета впервые предложил концепцию лазера поверхностного излучения с вертикальным резонатором. Вначале он в основном хотел получить полупроводниковый лазер с одной продольной модой и стабильной мощностью за счет сокращения длины резонатора. Однако из-за короткой длины одностороннего усиления этой конструкции было сложно получить лазерную генерацию, поэтому ранние исследования VCSEL были продлены. Два года спустя профессор Ихэ Цзяньи успешно реализовал импульсную генерацию лазеров серии GaInAsP при температуре 77 К с использованием технологии жидкофазной эпитаксии (метод жидкофазной эпитаксии для осаждения твердых веществ из раствора и нанесения их на подложку для создания тонких монокристаллических слоев). ). В 1988 году VCSEL серии GaAs были выращены с помощью технологии химического осаждения из паровой фазы (OCVD) для обеспечения непрерывной работы при комнатной температуре. При постоянном развитии эпитаксиальных технологий возможно изготовление полупроводниковых РБО-структур с высокой отражательной способностью, что существенно ускоряет процесс исследования ВСЭЛ. В конце 20-го века, после того как исследовательские институты опробовали различные структуры, основной статус VCSEL с ограниченным окислением был в значительной степени установлен. Затем он перешел на стадию зрелости, где производительность постоянно оптимизировалась и улучшалась.
Схема сечения лазера с верхним излучением с ограниченным окислением
Активная область является важной частью устройства. Поскольку резонатор VCSEL очень короткий, активная среда в резонаторе должна обеспечивать большую компенсацию усиления режима генерации.
Прежде всего, для генерации лазера необходимо одновременно выполнить три условия:
1) устанавливается распределение инверсии несущих в активной области;
2) подходящий резонансный резонатор позволяет многократно возвращать стимулированное излучение для формирования лазерных колебаний; и
3) подача тока достаточно сильна, чтобы оптическое усиление было больше или равно сумме различных потерь и соответствовало определенным пороговым условиям по току.
Три основных условия соответствуют концепции конструкции устройства VCSEL. Активная область VCSEL использует напряженную структуру квантовой ямы, чтобы создать основу для реализации распределения внутренней инверсии носителей. В то же время резонансная полость с соответствующей отражательной способностью предназначена для того, чтобы излучаемые фотоны образовывали когерентные колебания. Наконец, обеспечивается достаточный инжекционный ток, позволяющий фотонам преодолеть различные потери самого устройства и создать длительный
Вот как объяснила VCSEL компания Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., компания оптической связи.