VCSEL, che è chiamato per intero un laser a emissione di superficie a cavità verticale, è una specie di laser a semiconduttore.Attualmente, la maggior parte dei VCSEL si basa su semiconduttori GaAs e la lunghezza d'onda di emissione è principalmente nella banda delle onde infrarosse.
Nel 1977, il professor Ika Kenichi della Tokyo University of Technology ha proposto per la prima volta il concetto di un laser ad emissione superficiale a cavità verticale.All'inizio, voleva principalmente ottenere un laser a semiconduttore a modalità longitudinale singola con uscita stabile accorciando la lunghezza della cavità.Tuttavia, a causa della breve lunghezza di guadagno unidirezionale di questo progetto, era difficile ottenere il laser laser, quindi la ricerca iniziale di VCSEL è stata prolungata.Due anni dopo, il professor Yihe Jianyi ha realizzato con successo il laser pulsato dei laser della serie GaInAsP a 77 K utilizzando la tecnologia dell'epitassia in fase liquida (il metodo dell'epitassia in fase liquida per precipitare le sostanze solide dalla soluzione e depositarle sul substrato per generare strati sottili monocristallini ).Nel 1988, i VCSEL della serie GaAs sono stati cresciuti mediante la tecnologia di deposizione di vapori chimici organici (OCVD) per ottenere un funzionamento continuo a temperatura ambiente.Con il costante sviluppo della tecnologia epitassiale, è possibile produrre strutture DBR a semiconduttore con elevata riflettività, il che accelera notevolmente il processo di ricerca di VCSEL.Alla fine del 20° secolo, dopo che gli istituti di ricerca avevano provato diverse strutture, lo stato principale del VCSEL limitato dall'ossidazione era praticamente stabilito.È quindi passato alla fase di maturità, in cui le prestazioni sono state costantemente ottimizzate e migliorate.
Diagramma in sezione del laser ad emissione superiore limitato dall'ossidazione
La regione attiva è la parte essenziale del dispositivo.Poiché la cavità VCSEL è molto corta, il mezzo attivo nella cavità deve fornire una maggiore compensazione del guadagno per la modalità laser.
Prima di tutto, tre condizioni devono essere soddisfatte contemporaneamente per generare un laser:
1) viene stabilita la distribuzione dell'inversione del vettore nella regione attiva;
2) un'opportuna cavità risonante consente di rinviare più volte la radiazione stimolata a formare un'oscillazione laser;e
3) l'iniezione di corrente è sufficientemente forte da rendere il guadagno ottico maggiore o uguale alla somma delle varie perdite e soddisfare determinate condizioni di soglia di corrente.
Le tre condizioni primarie corrispondono al concetto di progettazione della struttura del dispositivo VCSEL.La regione attiva di VCSEL utilizza una struttura a pozzo quantico teso per stabilire le basi per realizzare la distribuzione di inversione del vettore interno.Allo stesso tempo, una cavità risonante con un'opportuna riflettività è progettata per far sì che i fotoni emessi formino oscillazioni coerenti.Infine, viene fornita una corrente di iniezione sufficiente per consentire ai fotoni di superare varie perdite del dispositivo stesso per creare un duraturo
Questo è il modo in cui Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., una società di comunicazione ottica, ha spiegato VCSEL.