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半导体激光的奇迹：为何VCSEL能同时在数千个晶片上运行？
在现今快速变化的科技环境中，垂直腔面发射激光器（VCSEL）正引领半导体激光的创新潮流。不同于传统的边缘发射激光器，VCSEL的激光束以垂直方式从芯片的顶部发射，这一特点使它在多项应用中变得无比重要。如今，VCSEL被广泛应用于计算机鼠标、光纤通讯、激光打印机、面部辨识技术及智慧眼镜等产品中。
「在VCSEL的生产过程中，过程可控性和高产量的优势明显。」
生产优势
VCSEL的生产过程具有几个明显的优势。传统边缘发射激光器通常只能在生产结束后进行测试，一旦发现故障，则会浪费大量的生产时间和材料。而VCSEL能够在多个阶段进行测试，这样可以及早发现材料品质及工艺问题。例如，当电路的连接通道尚未完全清除印刷材料时，临时测试可以检测到金属层无法正常联接。得益于VCSEL的垂直发射特性，数十万个VCSEL可以在一个三英寸的砷化镓晶圆上同时处理。虽然VCSEL的生产过程相对于边缘发射激光器来说更为劳动密集，但其预测性和最终产量却有了显著提高。
结构与特征
VCSEL的激光共振腔由两个分布式布拉格反射镜（DBR）构成，这些镜面平行于晶圆表面，而活跃区则由一个或多个量子井组成。这种设计使得每个层的厚度恰好为激光波长的四分之一，从而实现超过99%的反射强度。由于VCSEL需要高反射率以平衡增益区的短轴向长度，结构这一点变得尤为重要。此外，由于VCSEL的小活跃区特性，它的启动电流也相对较低，进而导致能效更高， power consumption也有显著降低。
「VCSEL因其上部表面发射的特性，可以在晶圆上测试，这降低了设备的制造成本。」
高功率VCSEL的应用
随着科技的进步，高功率VCSEL的生产也取得了重大突破。通过增大单一设备的发射孔径或将多个元件组合成大型二维阵列，科学家们成功实现了较高功率的输出。例如，早在1993年，报道显示就有大孔径的单一VCSEL设备达到约100 mW的功率，而到1998年，这一数字更是突破至数百mW。这些高功率VCSEL在医疗、美容和工业等多个领域展现出其巨大的应用潜力。
历史背景
VCSEL的发展历程同样令人称奇。 1965年，Ivars Melngailis报告了超低温下半导体的表面发射现象，而Kenichi Iga在1977年提出了短腔VCSEL的概念。在经历数十年的发展后，VCSEL如今已经取代了许多短距离光纤通讯的应用，成为现如今必不可少的技术之一。
未来展望
随着光纤通讯、激光应用及消费电子产品需求的快速增长，VCSEL的市场潜力仍然巨大。无论是医疗美容，还是自动驾驶技术，VCSEL均展现出强劲的生命力和稳定性。随着技术的持续进步，我们有理由相信VCSEL在未来将会引领更多的创新。
在这片高速发展的科技海洋中，VCSEL的全新可能性将如何影响我们的生活和科技进步呢？
