VCSEL, który w całości nazywany jest laserem emitującym powierzchnię pionowej wnęki, jest rodzajem lasera półprzewodnikowego.Obecnie większość VCSEL opiera się na półprzewodnikach GaAs, a długość fali emisji mieści się głównie w paśmie fal podczerwonych.
W 1977 roku profesor Ika Kenichi z Tokyo University of Technology po raz pierwszy zaproponował koncepcję lasera emitującego powierzchnię z pionową wnęką.Na początku chciał głównie uzyskać pojedynczy laser półprzewodnikowy w trybie podłużnym o stabilnej mocy wyjściowej poprzez skrócenie długości wnęki.Jednak ze względu na krótką jednokierunkową długość wzmocnienia tego projektu uzyskanie lasera laserowego było trudne, więc wczesne badania nad VCSEL zostały przedłużone.Dwa lata później profesor Yihe Jianyi z powodzeniem zrealizował impulsowe laserowanie laserów serii GaInAsP w temperaturze 77 K przy użyciu technologii epitaksji w fazie ciekłej (metoda epitaksji w fazie ciekłej w celu wytrącenia substancji stałych z roztworu i osadzenia ich na podłożu w celu wytworzenia cienkich warstw monokrystalicznych ).W 1988 r. VCSEL z serii GaAs zostały wyhodowane za pomocą technologii organicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej (OCVD) w celu uzyskania ciągłej pracy w temperaturze pokojowej.Dzięki stałemu rozwojowi technologii epitaksjalnej możliwe jest wytwarzanie półprzewodnikowych struktur DBR o wysokim współczynniku odbicia, co znacznie przyspiesza proces badawczy VCSEL.Pod koniec XX wieku, po tym, jak instytucje badawcze wypróbowały różne struktury, główny status VCSEL o ograniczonym utlenianiu był już prawie ustalony.Następnie wszedł w fazę dojrzałości, w której wydajność była stale optymalizowana i ulepszana.
Schemat przekrojowy lasera emitującego górną część z ograniczonym utlenianiem
Obszar aktywny jest istotną częścią urządzenia.Ponieważ wnęka VCSEL jest bardzo krótka, ośrodek aktywny we wnęce musi zapewniać większą kompensację wzmocnienia dla trybu laserowego.
Przede wszystkim do wygenerowania lasera muszą być spełnione jednocześnie trzy warunki:
1) ustalono rozkład inwersji nośnej w obszarze aktywnym;
2) odpowiednia wnęka rezonansowa umożliwia wielokrotne sprzężenie zwrotne stymulowanego promieniowania w celu utworzenia oscylacji lasera;oraz
3) wtrysk prądu jest wystarczająco silny, aby wzmocnienie optyczne było większe lub równe sumie różnych strat i spełniało określone warunki progowe prądu.
Trzy podstawowe warunki odpowiadają koncepcji projektowej konstrukcji urządzenia VCSEL.Aktywny region VCSEL wykorzystuje napiętą strukturę studni kwantowej do ustanowienia podstawy do realizacji wewnętrznego rozkładu inwersji nośników.Jednocześnie wnęka rezonansowa o odpowiednim współczynniku odbicia jest tak zaprojektowana, aby emitowane fotony tworzyły spójne oscylacje.Wreszcie, zapewniony jest wystarczający prąd wtrysku, aby umożliwić fotonom przezwyciężenie różnych strat samego urządzenia, aby stworzyć trwałe
W ten sposób Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., firma zajmująca się komunikacją optyczną, wyjaśniła VCSEL.