Laser a emissione di superficie della cavità verticale (VCSEL)

Un laser a emissione di superficie a cavità verticale (VCSEL) è un diodo laser specializzato che promette di rivoluzionare le comunicazioni in fibra ottica migliorando l'efficienza e aumentando la velocità dei dati. L'acronimo VCSEL si pronuncia "vixel".

I diodi laser più vecchi, chiamati diodi emettitori di bordi, emettono luce coerente o energia infrarossa (IR) parallela ai confini tra gli strati semiconduttori. Il VCSEL emette la sua energia coerente perpendicolare ai confini tra gli strati. Il verticale in VCSEL deriva dal fatto che i diodi laser sono tipicamente rappresentati in diagrammi che mostrano i confini come piani orizzontali, quindi l'output del VCSEL sembra emergere verticalmente in questi disegni.

Sono stati costruiti VCSEL che emettono energia a 850 nanometri (nm) e 1300 nm. Queste lunghezze d'onda corrispondono all'energia nella porzione del vicino infrarosso (IR) dello spettro elettromagnetico. (Il rosso visibile più lungo è a circa 770 nm.) Le fibre ottiche trasmettono l'energia in modo più efficiente a lunghezze d'onda intorno a 1550 nm. I materiali utilizzati per produrre VCSEL includono arseniuro di gallio (GaAs), arseniuro di gallio alluminio (AlGaAs) e nitruro di arseniuro di gallio indio (InGaAsN).

Il VCSEL presenta diversi vantaggi rispetto ai diodi emettitori di bordi. Il VCSEL è più economico da produrre in quantità, è più facile da testare ed è più efficiente. Inoltre, il VCSEL richiede meno corrente elettrica per produrre una data produzione di energia coerente. Il VCSEL emette un fascio stretto, più quasi circolare rispetto ai tradizionali emettitori di bordo; questo rende più facile trasferire l'energia dal dispositivo in una fibra ottica. La principale sfida che gli ingegneri devono affrontare oggi è lo sviluppo di un dispositivo VCSEL ad alta potenza con una lunghezza d'onda di emissione di 1550 nm.