Tam anlamıyla Dikey Boşluklu Yüzey Yayan Lazer olarak adlandırılan VCSEL, bir çeşit yarı iletken lazerdir. Şu anda çoğu VCSEL, GaAs yarı iletkenlerine dayanmaktadır ve emisyon dalga boyu esas olarak kızılötesi dalga bandındadır.
1977'de Tokyo Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Ika Kenichi ilk kez dikey boşluklu yüzey yayan lazer konseptini önerdi. İlk günlerde, esas olarak kavite uzunluğunu kısaltarak kararlı çıkışa sahip tek uzunlamasına modlu bir yarı iletken lazer elde etmek istiyordu. Ancak bu tasarımın tek yönlü kazanç uzunluğunun kısa olması nedeniyle lazer lazer elde etmek zor olduğundan VCSEL'in ilk araştırmaları uzadı. İki yıl sonra, Profesör Yihe Jianyi, sıvı fazlı epitaksi teknolojisini (katı maddeleri çözeltiden çökeltmek ve tek kristalli ince katmanlar oluşturmak için bunları alt tabakaya biriktirmek için sıvı fazlı epitaksi yöntemi) kullanarak GaInAsP serisi lazerlerin 77 K'de darbeli lazerini başarıyla gerçekleştirdi. ). 1988 yılında GaAs serisi VCSEL'ler, oda sıcaklığında sürekli çalışmayı sağlamak için organik kimyasal buhar biriktirme (OCVD) teknolojisiyle büyütüldü. Epitaksiyel teknolojinin sürekli gelişmesiyle birlikte yüksek yansıtıcılığa sahip yarı iletken DBR yapıları üretilebilmekte ve bu da VCSEL'in araştırma sürecini önemli ölçüde hızlandırmaktadır. 20. yüzyılın sonunda, araştırma kurumları farklı yapıları denedikten sonra, oksidasyonla sınırlı VCSEL'in ana akım durumu büyük ölçüde belirlendi. Daha sonra performansın sürekli olarak optimize edildiği ve iyileştirildiği olgunluk aşamasına geçildi.
Oksidasyon sınırlı üst ışık yayan lazerin kesit diyagramı
Aktif bölge cihazın önemli bir parçasıdır. VCSEL boşluğu çok kısa olduğundan, boşluktaki aktif ortamın kalıcı mod için daha fazla kazanç telafisi sağlaması gerekir.
Öncelikle bir lazerin üretilmesi için üç koşulun aynı anda karşılanması gerekir:
1) aktif bölgedeki taşıyıcı inversiyon dağılımı oluşturulur;
2) uygun bir rezonans boşluğu, uyarılmış radyasyonun bir lazer salınımı oluşturmak üzere birçok kez geri beslenmesine olanak tanır; Ve
3) akım enjeksiyonu, optik kazancı çeşitli kayıpların toplamına eşit veya daha büyük hale getirecek ve belirli akım eşik koşullarını karşılayacak kadar güçlüdür.
Üç ana koşul, VCSEL cihaz yapısının tasarım konseptine karşılık gelir. VCSEL'in aktif bölgesi, dahili taşıyıcı inversiyon dağılımını gerçekleştirmenin temelini oluşturmak için gergin bir kuantum kuyusu yapısı kullanır. Aynı zamanda, yayılan fotonların tutarlı salınımlar oluşturmasını sağlamak için uygun yansıtma özelliğine sahip bir rezonans boşluğu tasarlanmıştır. Son olarak, fotonların cihazın kendisindeki çeşitli kayıpların üstesinden gelerek kalıcı bir etki yaratmasını sağlamak için yeterli enjeksiyon akımı sağlanır.
Bir optik iletişim şirketi olan Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., VCSEL'i bu şekilde açıkladı.