VCSEL, voluit Vertical Cavity Surface Emitting Laser genoemd, is een soort halfgeleiderlaser.Momenteel zijn de meeste VCSEL's gebaseerd op GaAs-halfgeleiders en ligt de emissiegolflengte voornamelijk in de infrarode golfband.
In 1977 stelde professor Ika Kenichi van de Tokyo University of Technology voor het eerst het concept voor van een oppervlakte-emitterende laser met verticale holte.In het begin wilde hij vooral een halfgeleiderlaser met enkele longitudinale modus verkrijgen met een stabiele output door de lengte van de holte te verkorten.Vanwege de korte versterkingslengte in één richting van dit ontwerp was het echter een uitdaging om laserlasering te verkrijgen, dus het vroege onderzoek van VCSEL werd verlengd.Twee jaar later realiseerde professor Yihe Jianyi met succes gepulste laserstraling van lasers uit de GaInAsP-serie bij 77 K met behulp van vloeistoffase-epitaxietechnologie (de methode van vloeistoffase-epitaxie om vaste stoffen uit de oplossing te precipiteren en op het substraat af te zetten om dunne monokristallijne lagen te genereren. ).In 1988 werden VCSEL's uit de GaAs-serie gekweekt met behulp van organische chemische dampafzetting (OCVD) -technologie om een continue werking bij kamertemperatuur te bereiken.Met de constante ontwikkeling van epitaxiale technologie kunnen halfgeleider-DBR-structuren met een hoge reflectiviteit worden vervaardigd, wat het onderzoeksproces van VCSEL aanzienlijk versnelt.Aan het einde van de 20e eeuw, nadat onderzoeksinstellingen verschillende structuren hadden uitgeprobeerd, was de mainstreamstatus van oxidatiegelimiteerde VCSEL zo'n beetje vast.Vervolgens ging het naar het stadium van volwassenheid, waar de prestaties voortdurend werden geoptimaliseerd en verbeterd.
Doorsnedediagram van door oxidatie beperkte top-emitterende laser
Het actieve gebied is het essentiële onderdeel van het apparaat.Omdat de VCSEL-holte erg kort is, moet het actieve medium in de holte meer versterkingscompensatie bieden voor de lasermodus.
Allereerst moet aan drie voorwaarden tegelijkertijd worden voldaan om een laser te genereren:
1) de draaggolfinversieverdeling in het actieve gebied wordt vastgesteld;
2) een geschikte resonantieholte maakt het mogelijk dat de gestimuleerde straling vele malen wordt teruggevoerd om een laseroscillatie te vormen;en
3) de stroominjectie is sterk genoeg om de optische versterking groter dan of gelijk aan de som van verschillende verliezen te maken en aan bepaalde stroomdrempelvoorwaarden te voldoen.
De drie primaire voorwaarden komen overeen met het ontwerpconcept van de VCSEL-apparaatstructuur.Het actieve gebied van VCSEL gebruikt een gespannen kwantumbronstructuur om de basis te leggen voor het realiseren van de interne draaggolfinversieverdeling.Tegelijkertijd wordt een resonantieholte met de juiste reflectiviteit ontworpen om de uitgezonden fotonen coherente oscillaties te laten vormen.Ten slotte wordt er voldoende injectiestroom geleverd om fotonen in staat te stellen verschillende verliezen van het apparaat zelf te overwinnen om een duurzame energie te creëren
Dit is hoe Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., een bedrijf voor optische communicatie, VCSEL uitlegde.