VCSEL, som kalles en Vertical Cavity Surface Emitting Laser i sin helhet, er en slags halvlederlaser.For tiden er de fleste VCSEL-er basert på GaAs-halvledere, og emisjonsbølgelengden er hovedsakelig i det infrarøde bølgebåndet.
I 1977 foreslo professor Ika Kenichi fra Tokyo University of Technology for første gang konseptet med en overflate-emitterende laser med vertikalt hulrom.I de tidlige dagene ønsket han hovedsakelig å oppnå en enkelt longitudinell modus halvlederlaser med stabil utgang ved å forkorte hulrommets lengde.På grunn av denne designens korte enveis forsterkningslengde, var det imidlertid utfordrende å oppnå laserlasering, så den tidlige forskningen av VCSEL ble forlenget.To år senere realiserte professor Yihe Jianyi vellykket pulserende lasering av GaInAsP-seriens lasere ved 77 K ved bruk av væskefase-epitaksi-teknologi (metoden for væskefase-epitaksi for å utfelle faste stoffer fra løsningen og deponere dem på substratet for å generere tynne enkeltkrystalllag ).I 1988 ble VCSEL-er i GaAs-serien dyrket med organisk kjemisk dampavsetningsteknologi (OCVD) for å oppnå kontinuerlig drift ved romtemperatur.Med den konstante utviklingen av epitaksial teknologi, kan halvleder-DBR-strukturer med høy reflektivitet produseres, noe som fremskynder forskningsprosessen til VCSEL betydelig.På slutten av 1900-tallet, etter at forskningsinstitusjoner hadde prøvd ut forskjellige strukturer, var mainstream-statusen til oksidasjonsbegrenset VCSEL ganske mye satt.Den beveget seg deretter inn i modenhetsstadiet, hvor ytelsen hele tiden ble optimalisert og forbedret.
Snittdiagram av oksidasjonsbegrenset toppemitterende laser
Den aktive regionen er den essensielle delen av enheten.Fordi VCSEL-hulrommet er veldig kort, må det aktive mediet i hulrommet gi mer forsterkningskompensasjon for lasermodusen.
Først av alt må tre betingelser oppfylles samtidig for å generere en laser:
1) bærebølgeinversjonsfordelingen i det aktive området er etablert;
2) et passende resonanshulrom gjør at den stimulerte strålingen kan tilbakeføres mange ganger for å danne en laseroscillasjon;og
3) strøminjeksjonen er sterk nok til å gjøre den optiske forsterkningen større enn eller lik summen av forskjellige tap og oppfylle visse strømterskelbetingelser.
De tre primære betingelsene tilsvarer designkonseptet til VCSEL-enhetsstrukturen.Den aktive regionen til VCSEL bruker en anstrengt kvantebrønnstruktur for å etablere grunnlaget for å realisere den interne bærerinversjonsfordelingen.Samtidig er et resonanshulrom med passende reflektivitet designet for å få de utsendte fotonene til å danne koherente oscillasjoner.Til slutt er tilstrekkelig injeksjonsstrøm tilveiebrakt for å gjøre det mulig for fotoner å overvinne ulike tap av selve enheten for å skape en varig
Dette er hvordan Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., et optisk kommunikasjonsselskap, forklarte VCSEL.