Tam anlamıyla Dikey Boşluklu Yüzey Yayan Lazer olarak adlandırılan VCSEL, bir tür yarı iletken lazerdir.Şu anda çoğu VCSEL, GaAs yarı iletkenlerine dayanmaktadır ve emisyon dalga boyu esas olarak kızılötesi dalga bandındadır.
1977'de Tokyo Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Ika Kenichi ilk olarak dikey boşluklu yüzey yayan lazer kavramını önerdi.İlk günlerde, esas olarak kavite uzunluğunu kısaltarak kararlı çıktıya sahip tek bir uzunlamasına modlu yarı iletken lazer elde etmek istiyordu.Ancak, bu tasarımın kısa tek yönlü kazanç uzunluğu nedeniyle lazer lazeri elde etmek zordu, bu nedenle VCSEL'in ilk araştırmaları uzun sürdü.İki yıl sonra Profesör Yihe Jianyi, sıvı faz epitaksi teknolojisini (çözeltiden katı maddeleri çökeltmek ve tek kristalli ince tabakalar oluşturmak için alt tabaka üzerinde biriktirmek için sıvı fazlı epitaksi yöntemi) kullanarak 77 K'de GaInAsP serisi lazerlerin darbeli lazerlemesini başarıyla gerçekleştirdi. ).1988'de GaAs serisi VCSEL'ler, oda sıcaklığında sürekli çalışmayı sağlamak için organik kimyasal buhar biriktirme (OCVD) teknolojisi ile büyütüldü.Epitaksiyel teknolojinin sürekli gelişmesiyle, VCSEL'in araştırma sürecini önemli ölçüde hızlandıran yüksek yansıtıcılığa sahip yarı iletken DBR yapıları üretilebilir.20. yüzyılın sonunda, araştırma kurumları farklı yapıları denedikten sonra, oksidasyonla sınırlı VCSEL'in ana akım durumu hemen hemen belirlenmişti.Ardından, performansın sürekli olarak optimize edildiği ve iyileştirildiği olgunluk aşamasına geçti.
Oksidasyon sınırlı üstten yayan lazerin kesit diyagramı
Aktif bölge, cihazın temel parçasıdır.VCSEL kavitesi çok kısa olduğundan, kavitedeki aktif ortamın kalıcı mod için daha fazla kazanç kompanzasyonu sağlaması gerekir.
Her şeyden önce, bir lazer oluşturmak için üç koşulun aynı anda karşılanması gerekir:
1) aktif bölgede taşıyıcı inversiyon dağılımı kurulur;
2) uygun bir rezonans boşluğu, uyarılmış radyasyonun bir lazer salınımı oluşturmak için birçok kez geri beslenmesine izin verir;ve
3) akım enjeksiyonu, optik kazancı çeşitli kayıpların toplamından büyük veya ona eşit yapacak ve belirli akım eşik koşullarını karşılayacak kadar güçlüdür.
Üç ana koşul, VCSEL cihaz yapısının tasarım konseptine karşılık gelir.VCSEL'in aktif bölgesi, dahili taşıyıcı inversiyon dağılımını gerçekleştirmek için temel oluşturmak üzere gergin bir kuantum kuyusu yapısı kullanır.Aynı zamanda, yayılan fotonların tutarlı salınımlar oluşturmasını sağlamak için uygun yansıtıcılığa sahip bir rezonans boşluğu tasarlanmıştır.Son olarak, fotonların, cihazın kendisinin çeşitli kayıplarının üstesinden gelerek kalıcı bir etki yaratmasını sağlamak için yeterli enjeksiyon akımı sağlanır.
Bir optik iletişim şirketi olan Shenzhen HDV Optoelectronic Technology Co., Ltd., VCSEL'i böyle açıkladı.