Το VCSEL, το οποίο ονομάζεται πλήρως λέιζερ εκπομπής κάθετης κοιλότητας, είναι ένα είδος λέιζερ ημιαγωγών.Επί του παρόντος, τα περισσότερα VCSEL βασίζονται σε ημιαγωγούς GaAs και το μήκος κύματος εκπομπής είναι κυρίως στη ζώνη υπερύθρων κυμάτων.
Το 1977, ο καθηγητής Ika Kenichi του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Τόκιο πρότεινε για πρώτη φορά την ιδέα ενός λέιζερ που εκπέμπει επιφάνεια κάθετης κοιλότητας.Τις πρώτες μέρες, ήθελε κυρίως να αποκτήσει ένα λέιζερ ημιαγωγών μονής διαμήκους λειτουργίας με σταθερή έξοδο μειώνοντας το μήκος της κοιλότητας.Ωστόσο, λόγω του μικρού μήκους απολαβής μονής κατεύθυνσης αυτού του σχεδίου, ήταν δύσκολο να αποκτήσουμε λέιζερ λέιζερ, επομένως η πρώιμη έρευνα του VCSEL παρατάθηκε.Δύο χρόνια αργότερα, ο καθηγητής Yihe Jianyi πραγματοποίησε επιτυχώς παλμική λέιζερ των λέιζερ της σειράς GaInAsP στους 77 Κ χρησιμοποιώντας τεχνολογία επιταξίας υγρής φάσης (η μέθοδος της επιταξίας υγρής φάσης για την καθίζηση στερεών ουσιών από το διάλυμα και την εναπόθεσή τους στο υπόστρωμα για τη δημιουργία μονοκρυστάλλων λεπτών στρωμάτων ).Το 1988, τα VCSEL της σειράς GaAs αναπτύχθηκαν με τεχνολογία οργανικής χημικής εναπόθεσης ατμών (OCVD) για να επιτευχθεί συνεχής λειτουργία σε θερμοκρασία δωματίου.Με τη συνεχή ανάπτυξη της επιταξιακής τεχνολογίας, μπορούν να κατασκευαστούν δομές DBR ημιαγωγών με υψηλή ανακλαστικότητα, γεγονός που επιταχύνει σημαντικά την ερευνητική διαδικασία του VCSEL.Στα τέλη του 20ου αιώνα, αφού τα ερευνητικά ιδρύματα είχαν δοκιμάσει διαφορετικές δομές, η κύρια κατάσταση του περιορισμένου σε οξείδωση VCSEL είχε σχεδόν οριστεί.Στη συνέχεια πέρασε στο στάδιο της ωριμότητας, όπου η απόδοση βελτιωνόταν και βελτιωνόταν συνεχώς.
Τομικό διάγραμμα λέιζερ περιορισμένης οξείδωσης κορυφής εκπομπής
Η ενεργή περιοχή είναι το ουσιαστικό μέρος της συσκευής.Επειδή η κοιλότητα VCSEL είναι πολύ μικρή, το ενεργό μέσο στην κοιλότητα πρέπει να παρέχει μεγαλύτερη αντιστάθμιση κέρδους για τη λειτουργία lasing.
Πρώτα απ 'όλα, τρεις προϋποθέσεις πρέπει να πληρούνται ταυτόχρονα για να δημιουργηθεί ένα λέιζερ:
1) καθιερώνεται η κατανομή αντιστροφής φορέα στην ενεργή περιοχή.
2) μια κατάλληλη κοιλότητα συντονισμού επιτρέπει στην διεγερμένη ακτινοβολία να ανατροφοδοτείται πολλές φορές για να σχηματίσει μια ταλάντωση λέιζερ.και
3) η έγχυση ρεύματος είναι αρκετά ισχυρή ώστε να κάνει το οπτικό κέρδος μεγαλύτερο ή ίσο με το άθροισμα των διαφόρων απωλειών και να πληροί ορισμένες συνθήκες κατωφλίου ρεύματος.
Οι τρεις βασικές συνθήκες αντιστοιχούν στη σχεδιαστική ιδέα της δομής της συσκευής VCSEL.Η ενεργή περιοχή του VCSEL χρησιμοποιεί μια τεντωμένη δομή κβαντικού φρεατίου για να δημιουργήσει τη βάση για την πραγματοποίηση της κατανομής αναστροφής εσωτερικού φορέα.Ταυτόχρονα, μια κοιλότητα συντονισμού με κατάλληλη ανακλαστικότητα έχει σχεδιαστεί για να κάνει τα εκπεμπόμενα φωτόνια να σχηματίζουν συνεκτικές ταλαντώσεις.Τέλος, παρέχεται επαρκές ρεύμα έγχυσης για να επιτρέψει στα φωτόνια να ξεπεράσουν διάφορες απώλειες της ίδιας της συσκευής για να δημιουργήσουν μια διαρκή
Έτσι εξήγησε τη VCSEL η Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., μια εταιρεία οπτικών επικοινωνιών.