VCSEL基础、技术及应用综述

本章深入探讨了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的基本原理、技术及其应用。VCSEL是光学领域的关键器件，其研究历史在本章节中得到了简要回顾。这一章节的内容基于先前英文版关于VCSEL的专著，通过这些著作的精华，本书精心挑选了主题，并为各章节提供了导引。 VCSELs起源于上世纪80年代，它们是一种特殊的激光器，由于其垂直结构和表面发射光子的能力而区别于传统的激光器。这种设计使得VCSEL具有尺寸小、功率密度高、热稳定性好以及成本效益高等优点，因此在光通信、数据传输、生物医学成像和光存储等领域有着广泛应用。 本章首先回顾了VCSEL的早期发展，包括其理论基础，如量子阱的设计与制备，以及半导体材料对光发射性能的影响。接着，章节会详述VCSEL的工艺技术，包括腔体设计、多量子阱结构、注入机制、电驱动和散热方法等，这些都是确保VCSEL性能的关键要素。 在技术方面，VCSEL的工作原理涉及到电子-空穴对在多量子阱中的复合过程，当复合达到阈值时，会产生激光辐射。章节还会介绍调制技术和模式选择，这对于实现高速数据传输至关重要。此外，章节还将讨论VCSEL的集成化和阵列化，这是现代光学系统中不可或缺的一部分，尤其是在光通信网络和光计算设备中。 应用部分则展示了VCSEL在实际场景中的广泛应用。例如，它们被用于光纤通信系统的短距离数据传输，如千兆以太网和光纤到户（FTTH）技术，因为其低功耗和高速度的优势。在生物医学领域，VCSEL可用于精确的光切割和细胞分析。在光存储方面，VCSEL是CD-R和DVD-R等光盘技术的核心元件。另外，它们还在自动驾驶车辆的激光雷达系统、光通信设备和光传感器中扮演着重要角色。 总结来说，本章节是《Springer系列光学科学》系列书籍中的一个重要组成部分，为读者提供了对VCSEL基本概念、技术发展及广泛应用的全面理解，旨在满足科研人员和工程师对于最新光学技术参考资料的需求。未来作者们也鼓励在此领域进行深入研究和交流，推动VCSEL技术的进一步创新与突破。