VCSEL, mida täielikult nimetatakse vertikaalse õõnsuse pinna kiirgavaks laseriks, on omamoodi pooljuhtlaser.Praegu põhinevad enamik VCSEL-e GaAs pooljuhtidel ja emissiooni lainepikkus on peamiselt infrapuna laineribas.
1977. aastal pakkus Tokyo Tehnikaülikooli professor Ika Kenichi esmakordselt välja vertikaalse õõnsusega pinda kiirgava laseri kontseptsiooni.Esimestel päevadel soovis ta õõnsuse pikkust lühendades saada peamiselt stabiilse väljundiga pikisuunalist pooljuhtlaserit.Kuid selle disaini lühikese ühesuunalise võimenduspikkuse tõttu oli laserlaseerimise saamine keeruline, mistõttu VCSEL-i varajane uurimine pikenes.Kaks aastat hiljem realiseeris professor Yihe Jianyi edukalt GaInAsP-seeria laserite impulsslaseerimise 77 K juures, kasutades vedelfaasi epitaksia tehnoloogiat (vedelikfaasi epitaksia meetod tahkete ainete sadestamiseks lahusest ja sadestamiseks substraadile, et tekitada ühekristallilised õhukesed kihid. ).Aastal 1988 kasvatati GaAs seeria VCSEL-e orgaanilise keemilise aurustamise-sadestamise (OCVD) tehnoloogia abil, et saavutada pidev töö toatemperatuuril.Epitaksiaaltehnoloogia pideva arenguga saab valmistada suure peegeldusvõimega pooljuht-DBR-struktuure, mis kiirendab oluliselt VCSEL-i uurimisprotsessi.20. sajandi lõpus, pärast seda, kui uurimisasutused olid katsetanud erinevaid struktuure, oli oksüdatsioonipiiranguga VCSEL-i peavoolu staatus peaaegu paika pandud.Seejärel liikus see küpsusastmesse, kus jõudlust pidevalt optimeeriti ja täiustati.
Piiratud oksüdatsiooniga ülevalt kiirgava laseri läbilõikediagramm
Aktiivne piirkond on seadme oluline osa.Kuna VCSEL-i õõnsus on väga lühike, peab õõnsuses olev aktiivne keskkond pakkuma laserrežiimi jaoks rohkem võimenduskompensatsiooni.
Esiteks peab laseri genereerimiseks olema korraga täidetud kolm tingimust:
1) tehakse kindlaks kandja inversiooni jaotus aktiivses piirkonnas;
2) sobiv resonantsõõnsus võimaldab stimuleeritud kiirgust mitu korda tagasi juhtida, et tekiks laservõnkumine;ja
3) voolu sissepritse on piisavalt tugev, et muuta optiline võimendus erinevate kadude summast suuremaks või sellega võrdseks ja täita teatud voolulävitingimusi.
Kolm peamist tingimust vastavad VCSEL-i seadme struktuuri disainikontseptsioonile.VCSEL-i aktiivne piirkond kasutab pingestatud kvantkaevu struktuuri, et luua alus sisemise kandja inversioonijaotuse realiseerimiseks.Samal ajal on kavandatud sobiva peegeldusvõimega resonantsõõnsus, et panna kiiratavad footonid moodustama koherentseid võnkumisi.Lõpuks on tagatud piisav sissepritsevool, mis võimaldab footonitel ületada seadme enda erinevaid kadusid, et luua püsiv
Nii selgitas optilise side ettevõte Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd. VCSEL.