垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）是一種出光方向垂直與諧振腔表面的f-p激光器。垂直腔表面發(fā)射激光器的優(yōu)越性已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，十幾年來，在結(jié)構(gòu)、材料、波長和應(yīng)用領(lǐng)域都得到了飛速的發(fā)展，并以可觀的成本效益和可靠性成功進入眾多科技領(lǐng)域，如手機攝像頭、鼠標、傳感器以及數(shù)據(jù)中心和超級計算機中告訴光學互連的主要設(shè)備等。

但是，由于非線性光學放大效應(yīng)（又稱為：增益弛豫振蕩），VCSEL的調(diào)制速度都無法超過30 GHz，導(dǎo)致其時間帶寬較小，從而極大限制了它的實用性。

為了提高其調(diào)制速度，美國喬治華盛頓大學（George Washington University，GWU）的研究人員提出了一種新型的設(shè)計方法，該方法可以將調(diào)制速度提高到45 GHz，同時也開辟一系列潛在的新型應(yīng)用領(lǐng)域。

對于傳統(tǒng)的VCSEL來說，其速度的限制是由于熱效應(yīng)、寄生電阻、電容以及非線性增益效應(yīng)（如張弛震蕩）產(chǎn)生的，在當時的解決方法一般是通過在VCSEL腔中添加多個橫向耦合腔來增加時間帶寬。而在新型設(shè)計方法中，研究人員選擇六邊形設(shè)計并將六個外腔都與主腔相連以增加其激光孔徑，如圖1所示。

圖1 新型VCSEL設(shè)計示意圖

該設(shè)計不僅促進了空腔之間的絕熱光能共享，還能通過在選擇性增益和調(diào)制功能之間建立空間分割，以在單模操作中同時實現(xiàn)高速和高功率的功能。這種設(shè)計可以保證在半導(dǎo)體激光器高輸出功率的同時，從根本上將其調(diào)制速度提高至5倍以上。

這種設(shè)計方法不僅提高了VCSEL的調(diào)制速度，更是開辟了眾多潛在的應(yīng)用領(lǐng)域：高速光通信、先進傳感器、自動駕駛和光子AI系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域；視頻會議、人臉識別和娛樂媒體等消費領(lǐng)域。

另外，在VCSEL保證高調(diào)制速度的同時還可以加載更多的數(shù)據(jù)，因此可以與傳感器融合實現(xiàn)圖像的三維深度探測，也可以應(yīng)用于未來6G網(wǎng)絡(luò)中，尤其是那些依賴于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩烫�信令、安全網(wǎng)絡(luò)加密以及量子計算等應(yīng)用中。

最后，相關(guān)研究人員Sorger和Dalir還表示，這種設(shè)計雖然采用了六角形腔體的設(shè)計方法，但采用的制造工藝與傳統(tǒng)工藝相同，并不會增加器件的成本和空間，并且他們還是Optelligence的聯(lián)合創(chuàng)始人，未來將進一步開發(fā)和商業(yè)化其新型的VCSEL技術(shù)。