单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有低功耗、小发散角、高调制带宽和易于二维集成等优点，在光互连、光存储、高速激光打印和长波通讯等方向有着很好的应用前景。调节VCSEL顶部和底部反射层的结构可以很容易地实现单纵模条件，然而要实现横向单模输出，就要同时对出射光加以横向限制。在VCSEL的顶部反射层刻蚀出二维光子晶体结构构成的光子晶体VCSEL实现了稳定的单横模激光输出。介绍了光子晶体VCSEL的基本结构、工作原理、研究进展和应用领域，并探讨了如何使光子晶体VCSEL获得更高的出光功率、控制激光偏振特性和减小发散角等问题。最后评述了光子晶体VCSEL的国内研究现状，并对未来的研究做了展望。

为了改善大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的模式特性,在GaAs衬底上采用限制扩散湿法刻蚀技术制作出了不同曲率半径的微透镜,与P型和N型分布式布拉格反射镜(DBR)构成复合腔结构,可以对腔内模式进行选择。有源区采用新型的发射波长为980 nm的InGaAs/GaAs应变量子阱,包括9对In_(0.2)Ga_(0.8)As(6 nm)/Ca_(0.18)As_(0.82)P(8 nm)量子阱.有源区直径100μm,微透镜直径300μm,曲率半径959.81μm,表面粗糙度13 nm。室温下,器件连续输出功率大于180 mW,阈值电流200 mA,远场发散角半角宽度分别为7.8°和8.4°,并且与没有微透镜的垂直腔面发射激光器输出特性进行了比较。

从M2因子、远场发散角、近场及远场光强分布等方面对大功率底发射半导体激光器光束质量进行研究，分析了不同器件参数对光束质量的影响，为寻找有效改善光束质量的方法提供了依据。设计了一种具有新型排列方式的垂直腔面发射半导体激光（VCSEL）阵列。通过调制阵列中各单元直径以及单元间距， 在4 A的工作电流下得到1 kW/cm2的高功率密度和高斯远场分布。与具有相同出光面积的单管器件和4×4二维阵列比较，新型阵列的光谱特性及光束质量均具有优越性。

报道了980 nm高功率低发散角垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。通过增大阵列单元的出光孔径和单元间距来减小阵列器件的电阻和热阻,制作的台面为直径250μm,氧化孔径200μm,单元间距280μm的4×4二维阵列,与有源区面积相同的单管器件相比具有更高的输出功率。在室温连续工作条件下,阵列在注入电流6 A时最高输出功率为1.81 W,阈值电流为1.2 A,斜率效率为0.37 W/A,微分电阻为0.01Ω。针对较大的远场发散角对单元器件有源区中电流密度分布进行了计算,分析了器件高阶横模产生的原因。使用镀制额外金层的结构来改善远场发散角,将半角宽度由30°压缩到15°以下,改进后器件的输出功率略有下降。60℃恒电流模式寿命测试结果显示器件在800 h后输出功率衰减小于10%。

基于多模的速率方程组，建立了一个垂直腔面发射激光器的二维模型，利用数值模拟分析了电极的形状、位置以及注入电流强度对激光器横模竞争特性的影响，同时考虑了注入电流分布的不均匀性，分析了角向不均匀注入电流对激光器输出模式的影响。结果表明，注入电流的强度、轮廓对垂直腔面发射激光器的模式行为起着重要的作用。

垂直腔面发射激光器的模式特性研究，程俊强，俞重远，运用基于格林函数法的解析计算和基于速率方程的数值模拟对垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, VCSELs）的多横模静态�

为实现垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）在808 nm波长的激射，对VCSEL芯片的整体结构进行了设计。基于应变量子阱的能带理论、固体模型理论、克龙尼克潘纳模型和光学传输矩阵方法，计算了压应变InGaAlAs量子阱的带隙、带阶、量子化子能级以及分布布拉格反射镜（DBR）的反射谱，从而确定了量子阱的组分、厚度以及反射镜的对数。数值模拟的结果表明，阱宽为6 nm的In0.14Ga0.74Al0.12As/Al0.3Ga0.7As量子阱，在室温下激射波长在800 nm左右，其峰值材料增益在工作温度下达到4000 cm-1；渐变层为20 nm的Al0.9Ga0.1As/Al0.2Ga0.8As DBR，出光p面为23对时反射率为99.57%，全反射n面为39.5对时反射率为99.94%。设计的顶发射VCSEL结构通过光电集成专业软件（PICS3D）验证，得到室温下的光谱中心波长在800 nm处，证实了结构设计的正确性。

用电子束抽运的垂直腔面发射激光器作投影显示

复合谐振器垂直腔面发射激光器(CRVCL)获得更大带宽

研究了大功率底发射垂直腔面发射激光器（VCSEL）单管器件光束质量，分析了电流、出光孔径、衬底厚度等因素对M2因子、远场发散角、近场及远场光强分布等的影响。使用有限元的方法对不同电极及不同氧化孔径时有源区中电流密度的分布进行了计算，为了获得高功率、高光束质量的VCSEL器件，选择氧化孔径为650 μm以及P面电极直径为580 μm，在对电流进行有效限制的同时实现了有源区中电流密度的均匀分布，从而抑制远场光斑中边模的产生，改善了光束质量。