传统的光电转化技能一般选用 LED 等发光器材。这种发光器材多选用边际****，体积大，因此比较难以和半导体技能结合。20世纪 90年代笔直腔外表****激光 VCSEL 技能成熟后，处理了发光器材和半导体技能结合的问题，因此敏捷得到遍及。

　　笔直腔面****激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL，又译笔直共振腔面射型雷射）是一种半导体，其激光笔直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制成，激光由边际射出的边射型激光有所不同。

　　VCSEL是很有开展远景的新式光电器材，也是光通信中革命性的光****件。望文生义，边****激光器是沿平行于衬底外表、笔直于解理面的方向出射，而面****激光器其出光方向笔直于衬底外表，如下图：

　　它优于边****激光器的体现在于：易于完结二维平面和光电集成；圆形光束易于完结与光纤的有用耦合；能够完结高速调制，能够使用于长距离、高速率的光纤通信体系；有源区尺度极小，可完结高封装密度和低阈值电流；芯片成长后无须解理，封装后即可进行在片试验；在很宽的温度和电流范围内都以单纵模作业；价格低。

　　VCSEL的优异功用已引起广泛重视，成为国际上研讨的热门。这十多年来，VCSEL在结构、资料、波长和使用领域都得到飞速开展，部分产品已进入商场。

　　VCSEL 的结构示意图如下图所示。它是在由高、低折射率介质资料替换成长成的散布布喇格反射器（DBR）之间接连成长单个或多个量子阱有源区所构成。典型的量子阱数目为 3~5 个，它们被置于驻波场的最大处邻近，以便取得最大的受激辐射功率而进入振动场。在底部还镀有金属层以加强下面 DBR 的光反应效果，激光束从顶部通明窗口输出。

　　实际上，要完结低阈值电流作业，和一般的条型半导体激光器相同，有必要运用很强的电流收敛结构，一起进行光束缚和截流子束缚。由上图可见， VCSEL 的半导体多层模反射镜 DBR 是由 GaAs/AlAs 构成的，经蚀刻使之成为 air-post（台面）结构。在高温水蒸汽中将 AlAs 层氧化，变为有绝缘性的 AlxOy 层，其折射率也大大下降，因此成为把光、载流子约束在笔直方向的结构。对 VCSEL 的规划会集在高反射率、低损耗的 DBR 和有源区在腔内的方位。

　　因为VCSEL与边****激光器有着不同的结构，这就决议了两者之间有不同的特色和功用，下表中列出了两种激光器的基本参数。

　　从表中咱们能够看出，VCSEL有源区的体积小、腔短，这就决议了它简略完结单纵模、低阈值(亚毫安级)电流作业，可是为了得到足够高的增益，其腔镜的反射率有必要到达99%。VCSEL具有较高的弛豫振动频率，从而在高速数据传输以及光通信中，估计将有着广泛的使用。VCSEL出光方向与衬底外表笔直，能够完结很好的横向光场约束，进行整片测验，得到圆形光束，易与制造二维阵列，外延晶片能够在整个工艺完结前，节省了生产成本。

　　4.电光转化功率可大于50%，可等待得到较长的器材寿数。5.简略完结二维阵列，使用于平行光学逻辑处理体系，完结高速、大容量数据处理，并可使用于高功率器材。

　　VCSEL的前史，也是在许多学者组织的尽力下，其功用不断优化的前史，在这几十年的前史中，IGA及其带领的团队起到了不可磨灭的效果，能够可谓IGA教授为VCSEL之父。

　　跟着VCSEL的许多长处，其使用也越来越广泛。而且为了合适这些使用，VCSEL也朝着多个方向在各自开展，如图1所示，为其首要使用：

　　因为现在VCSEL最首要使用在光传输方面，根据1979年Soda等人的VCSEL为初步，VCSEL的开展，首要阅历了2个阶段：

　　在这个阶段，各个组织组织都提出以及尝试了各种不同结构类型的VCSEL，终究氧化物约束型VCSEL因为其许多长处而胜出。

　　1994年，Huffaker等人首先选用在台面结构（Mesa）下本征氧化AlGaAs，生成埋葬高阻层Al氧化物的方法，来对电流进行进一步的约束。使用这种结构，阈值电流能够下降到225uA。而这种结构便是现在遍及选用的氧化物约束型（Oxide-confined）结构的原型；

　　2013年，Iga对VCSEL的要害目标如阈值电流、调制带宽与有源区的联系给出了简略的联系公式：

　　由公式能够看出，为了下降阈值电流，就需要不断减小有源区体积。比较当时的VCSEL与条状激光器的有源区体积，能够发现，VCSEL的V=0.06um3， 条状激光器仍然在V=60um3， 这便是为什么条状激光器的阈值电流典型值仍旧在几十mA的等级，而VCSEL的阈值电流现已到达了亚毫安等级。

　　2011年，Petter Westbergh等人研讨了850nm氧化物约束型VCSEL光子寿数与谐振频率及调制速率的联系，并指出在高谐振频率以及低阻尼震动中取得一个折衷来进步速率：当光子寿数挨近3ps时，能够使VCSEL的调制带宽到达23GHz，一起能够得到40Gb/s的无误码传输。

　　近年来，各个爱好小组关于高速率、低功耗的VCSEL研讨仍然爱好不减，图10是截止到2015年，各组织的研讨成果。能够看出，假如选用预加剧的方法，现在VCSEL背靠背传输能够到达71Gbit/s。

　　1300nm和1550nm长波长化VCSEL在Gb/s速率光纤通信中有宽广的商场远景，因为1300nm和1550nm波长VCSEL除具有处于光纤低色散和低衰减窗口的长处外，还具有在中长距离高速传输方面的优越性；

　　VCSEL在短距离、大容量并行数据链路将有巨大使用商场。低成本和高功用的VCSEL广泛使用于局域网中节点之间的数据传输。跟着局域网带宽需求的进步，需有G比特以太网或高速局域网协议，VCSEL可作为低成本多模光****机；

　　1300nm波长VCSEL是光并行处理、光识别体系及光互连体系中的要害器材。VCSEL在光信息处理、光互连、光交流、光核算、神经网络等领域中可充分发挥光子的并行操作能力和大规模集成面阵的优势，具有宽广的使用远景；

　　VCSEL可用作光存储读/写光源。VCSEL用作CD光盘的光源能够进步存储密度，光盘读出体系还可配以分立的外部光电探测器来监测发自光盘的反射光。美国加利福尼亚大学已演示一种选用带有内腔量子阱吸收器的VCSEL的新式集成光盘读出面。由VCSEL宣布的CW光束聚集在光盘上，而经扩展的反射光束直接进入VCSEL光腔。在反向偏置下，内腔吸收器的功用是作为光电探测器，其发生的光生电流供给一种准确的发自光盘的光反应变量。

　　VCSEL的敏捷开展和固有长处已使其成为光电子使用中的要害器材，有强壮的生命力。近年来，功用优异的VCSEL不断被研制，首要涉及其低阈值电流，高输出功率，高电光转化功率，低作业电压，高调制带宽和高产额。信任跟着VCSEL的不断开展，它将会取得越来越多的潜在使用。