垂直腔面发射激光器的结构及其应用

1. 垂直腔面发射激光器的结构

垂直腔面发射激光器(VCSEL)的概念最早由日本东京工业大学Iga教授于1977年提出的。VCSEL的结构类似一个“三明治”，主要包括上、下底部的多层布拉格反射镜（DBR）、导电限制区、有源区以及半导体衬底等，激光束沿着垂直于衬底方向出射，其典型结构如图1所示。上、下底部的DBR与有源区形成激光器的腔体。有源区是VCSEL的重要组成部分，在设计制作VCSEL时，需要考虑有源区的材料及分布反馈布拉格镜（DBR）反射率的指标，这些因素决定激光器的激射波长及增益等性能。

图1 VCSEL的典型结构

2.VCSEL的分类

根据对电流和光场限制的方式，可将VCSEL分为以下几种类型：

3.VCSEL的优点及应用

VCSEL的横向结构形状通常为圆形，输出的光斑近似圆形，发散角很小，能够和光纤高效耦合；VCSEL的腔长为一个波长量级，具有单纵模输出、阈值电流低、调制带宽大、易于二维阵列集成、制作成本低等独特的优势。

经过四十多年的研究，VCSEL在器件物理、材料生长、器件制作、器件集成和应用等方面取得了显著进展。目前，VCSEL已经广泛应用于光开关、光存储、全光信息转换、三维传感、激光打印、激光显示、激光照明、汽车电子、激光加工、消费电子、原子传感、激光雷达等多种领域。

图2 VCSEL的应用