垂直腔面射型激光器

垂直腔面發射激光器或VCSEL，是一種激光二極管，其中光線垂直于半導體芯片的平面發射，與邊緣發射激光二極管相反，在其中光是在芯片的一個或兩個側翼發出的。

與邊緣發射器相比，垂直曲面射型激光器的決定性特點是生產成本低，光束質量更好，但輸出功率較低。 VCSEL 的特點是它們可以單模使用，并且波長可以由結構決定。 由于小型設計、良好的光束質量和良好的聚焦能力，光纖中的耦合效率很高。

垂直腸面射型激光器作為光纖數據傳輸的光發射機，適用于模擬寬帶信號傳輸。 垂直腸面射型激光器也用于吸收光譜。 VCSEL 的另一個領域是激光打印機。

激光諧振腔由兩個平行于晶圓平面排列的布拉格反射鏡構成，諧振腔內嵌有用于產生激光輻射的有源區（通常帶有二維量子阱，也稱為量子薄膜）。 這種平面布拉格鏡由具有交替的低折射率和高折射率的層組成，每個層的光程長度 l 為材料中激光波長的四分之一：l = λ/(4n) 其中 n = 折射率媒介。 這達到了垂直兔面射型激光器要求的99%以上的反射度。 由于實際激光器在每個方向上只有幾微米的小尺寸，與邊緣發射器相比，垂直曲面發射器的輸出功率更小。

光泵浦垂直面射型激光器和電泵浦垂直面射型激光器是有區別的，前者的活性區被激發以從外部發射波長較短的光，后者代表針二極管。

波長在 650 nm 和 1300 nm 之間的垂直面板激光器幾乎完全基于 GaAs 晶圓，而在 1300 nm 和 2000 nm 之間的波長（長波垂直面板激光器）至少有源區是基于InP 或 GaInAsN。 具有更長波長的垂直曲面發射型激光器目前處于實驗階段，并且主要是光泵浦的。

垂直腸面射型激光器n的特殊形式：

• 垂直曲面發射器與隧道接觸。 在這里，隧道接觸 (np) 創造了一種電氣上有利的 n-np-p-i-n 配置，這也可以對各種其他結構細節產生積極影響，例如 在埋地隧道交界處 (BTJ)。
• 具有微機械可移動反射鏡的廣泛可調諧懸垂面射型激光器，也稱為垂直外腔表面發射激光器 (VECSEL)。
• 晶片鍵合或晶片熔接-垂直曲面發射型激光器：可以在不同類型的晶圓基板上生產的半導體材料的組合。
• 單片光泵浦垂直面射型激光器：兩個疊加的垂直面射型激光器，其中一個光學泵浦另一個。
• 帶縱向集成監控二極管的垂直腸面射型激光器：光電二極管集成在后視鏡下方。
• 具有橫向集成監控二極管的垂直兔面射型激光器：通過適當的蝕刻，垂直兔面射型激光器的晶圓可以產生用于接收來自相鄰垂直兔面射型激光器的光的諧振光電二極管。