VCSEL, jota kutsutaan kokonaisuudessaan vertikaaliseksi onkalopinnan emittoivaksi laseriksi, on eräänlainen puolijohdelaser.Tällä hetkellä useimmat VCSEL:t perustuvat GaAs-puolijohteisiin, ja emissioaallonpituus on pääasiassa infrapuna-aaltokaistalla.
Vuonna 1977 Tokion teknillisen yliopiston professori Ika Kenichi ehdotti ensimmäisen kerran pystysuoraa pintaa emittoivaa laseria.Alkuaikoina hän halusi pääasiassa saada yhden pitkittäismuotoisen puolijohdelaserin vakaalla teholla lyhentämällä ontelon pituutta.Tämän mallin lyhyen yksisuuntaisen vahvistuspituuden vuoksi laserlasoinnin saaminen oli kuitenkin haastavaa, joten VCSEL:n varhainen tutkimus pitkittyi.Kaksi vuotta myöhemmin professori Yihe Jianyi onnistui toteuttamaan GaInAsP-sarjan lasereiden pulssilasoinnin 77 K:n lämpötilassa käyttämällä nestefaasiepitaksitekniikkaa (nestefaasiepitaksimenetelmä, jolla saostetaan kiinteitä aineita liuoksesta ja kerrostetaan ne substraatille yksikiteisten ohuiden kerrosten muodostamiseksi ).Vuonna 1988 GaAs-sarjan VCSEL-soluja kasvatettiin orgaanisen kemiallisen höyrypinnoitustekniikan (OCVD) avulla jatkuvan toiminnan saavuttamiseksi huoneenlämpötilassa.Epitaksiaaliteknologian jatkuvalla kehityksellä voidaan valmistaa korkean heijastavuuden omaavia puolijohde-DBR-rakenteita, mikä nopeuttaa merkittävästi VCSEL:n tutkimusprosessia.1900-luvun lopulla, kun tutkimuslaitokset olivat kokeilleet erilaisia rakenteita, hapettumisrajoitetun VCSEL:n valtavirran tila asettui melko pitkälle.Sitten se siirtyi kypsyysvaiheeseen, jossa suorituskykyä optimoitiin ja parannettiin jatkuvasti.
Poikkileikkauskaavio hapettumisrajoitteisesta ylhäältä emittoivasta laserista
Aktiivinen alue on laitteen olennainen osa.Koska VCSEL-ontelo on hyvin lyhyt, onkalossa olevan aktiivisen väliaineen on kompensoitava enemmän vahvistusta laserointitilassa.
Ensinnäkin kolmen edellytyksen on täytyttävä samanaikaisesti laserin luomiseksi:
1) kantoaallon inversion jakautuma aktiivisella alueella on määritetty;
2) sopiva resonanssiontelo mahdollistaa stimuloidun säteilyn takaisinkytkennän monta kertaa laservärähtelyn muodostamiseksi;ja
3) virran injektio on riittävän voimakas, jotta optinen vahvistus on suurempi tai yhtä suuri kuin eri häviöiden summa ja täyttää tietyt virran kynnysehdot.
Kolme ensisijaista ehtoa vastaavat VCSEL-laiterakenteen suunnittelukonseptia.VCSEL:n aktiivinen alue käyttää jännittynyttä kvanttikuopparakennetta luodakseen perustan sisäisen kantoaallon inversiojakauman toteuttamiselle.Samaan aikaan resonanssiontelo, jolla on sopiva heijastavuus, on suunniteltu saamaan emittoidut fotonit muodostamaan koherentteja värähtelyjä.Lopuksi tarjotaan riittävästi injektiovirtaa, jotta fotonit voivat voittaa itse laitteen erilaiset häviöt ja luoda kestävän
Näin Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., optisen viestinnän yritys, selitti VCSEL.