VCSEL ، الذي يسمى الليزر الباعث للسطح ذو التجويف العمودي بالكامل ، هو نوع من ليزر أشباه الموصلات.حاليًا ، تعتمد معظم VCSELs على أشباه موصلات GaAs ، ويكون الطول الموجي للانبعاث بشكل أساسي في نطاق موجة الأشعة تحت الحمراء.
في عام 1977 ، اقترح البروفيسور إيكا كينيتشي من جامعة طوكيو للتكنولوجيا لأول مرة مفهوم الليزر الباعث للسطح ذي التجويف العمودي.في الأيام الأولى ، أراد بشكل أساسي الحصول على ليزر أشباه الموصلات ذو النمط الطولي الواحد مع خرج ثابت عن طريق تقصير طول التجويف.ومع ذلك ، نظرًا لطول الكسب أحادي الاتجاه القصير لهذا التصميم ، كان من الصعب الحصول على ليزر الليزر ، لذلك تم تمديد البحث المبكر لـ VCSEL.بعد ذلك بعامين ، حقق البروفيسور Yihe Jianyi بنجاح الليزر النبضي لسلسلة ليزر GaInAsP عند 77 كلفن باستخدام تقنية epitaxy المرحلة السائلة (طريقة epitaxy المرحلة السائلة لترسيب المواد الصلبة من المحلول وترسيبها على الركيزة لتوليد طبقات رقيقة أحادية البلورة ).في عام 1988 ، تم تطوير VCSELs من سلسلة GaAs بواسطة تقنية ترسيب البخار الكيميائي العضوي (OCVD) لتحقيق التشغيل المستمر في درجة حرارة الغرفة.مع التطور المستمر لتكنولوجيا epitaxial ، يمكن تصنيع هياكل DBR لأشباه الموصلات ذات الانعكاسية العالية ، مما يسرع بشكل كبير عملية البحث في VCSEL.في نهاية القرن العشرين ، بعد أن جربت المؤسسات البحثية هياكل مختلفة ، تم تحديد الوضع السائد لـ VCSEL المحدود بالأكسدة إلى حد كبير.ثم انتقل إلى مرحلة النضج ، حيث تم تحسين الأداء وتحسينه باستمرار.
رسم بياني مقطعي للأكسدة محدود الليزر الباعث لأعلى
المنطقة النشطة هي الجزء الأساسي من الجهاز.نظرًا لأن تجويف VCSEL قصير جدًا ، فإن الوسيط النشط في التجويف يحتاج إلى توفير مزيد من تعويض الكسب لوضع الليزر.
بادئ ذي بدء ، يجب استيفاء ثلاثة شروط في وقت واحد لتوليد الليزر:
1) تم إنشاء توزيع انعكاس الموجة الحاملة في المنطقة النشطة ؛
2) يسمح تجويف الرنين المناسب بتغذية الإشعاع المحفز عدة مرات لتشكيل تذبذب ليزر ؛و
3) الحقن الحالي قوي بما يكفي لجعل الكسب البصري أكبر من أو يساوي مجموع الخسائر المختلفة وتلبية بعض شروط العتبة الحالية.
تتوافق الشروط الأساسية الثلاثة مع مفهوم التصميم الخاص بهيكل جهاز VCSEL.تستخدم المنطقة النشطة من VCSEL بنية بئر كمومية متوترة لتأسيس الأساس لتحقيق توزيع انعكاس الناقل الداخلي.في الوقت نفسه ، تم تصميم تجويف طنين مع انعكاس مناسب لجعل الفوتونات المنبعثة تشكل اهتزازات متماسكة.أخيرًا ، يتم توفير تيار حقن كافٍ لتمكين الفوتونات من التغلب على الخسائر المختلفة للجهاز نفسه لإنشاء دائم
هذه هي الطريقة التي أوضحت بها شركة Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co.، Ltd. ، وهي شركة اتصالات بصرية ، VCSEL.