在多對dbr結(jié)構(gòu)中，若中間區(qū)域某一層的厚度偏離1／4個波長，則在該結(jié)構(gòu)中會形成駐波。最簡單的情況是將中間的間隔設(shè)定為半波長，這樣可以與兩邊的dbr層一起，構(gòu)成了一個小的f－p諧振腔。vcsel的光腔厚度約為一個波長左右，如圖所示。光腔中的有源層兩邊圍著高帶隙的包層。低帶隙的有源層和高帶隙的包層材料中的導(dǎo)帶和價帶的偏移，限制了載流子的移動。為了在諧振腔里提供光增益，制作多量子阱結(jié)構(gòu)，f－p腔的光場最大值就在中心處。將量子阱位置與光場最大值處交疊，量子阱就可以提供最大的增益。例如，對應(yīng)于發(fā)射波長650 nm，780 nm，850 nm，980 nm和1300 nm，其量子阱材料分別為ingap，a1gaas， gaas， ingaas不口ingaasp。

　　vcsel的激射需滿足諧振腔模式增益條件：

　　在vcsel中由于短諧振腔，與普通的邊發(fā)射激光器有很大的不同。這里定性地引入一個增強因子r，表征由于諧振腔中自發(fā)輻射的自相干效應(yīng)導(dǎo)致的增益增強，于是上式修正為

　　式中，dac和dex分別為有源區(qū)和包層的吸收損耗，r1，r2分別是上、下dbr的反射率ad為衍射損耗。為定量地探討vcsel的激射條件，光限制因子r采用近似公式r＝2d/leff來計算，其中l(wèi)eff是vcsel的等效腔長。

　　vcsel激射的相位條件為

　　式中，θn和aex是波長為九的光在n型及p型dbr高反膜中引起的反射相移。

　　量子阱vcsel由于其光腔長度只有1～2 ；tm，其光波模式間隔有50～100 nm，而量子阱增益譜線寬度遠小于50 nm，因此在進行光腔設(shè)計時，首先要考慮vcsel的諧振腔膜與量子阱材料的波長匹配問題；其次為了降低器件的閾值電流密度，還要考慮整個光腔中的駐波場分布。通過調(diào)節(jié)空間層的厚度7使量子阱材料位于駐波場的峰值位置，以提高模式的光限制因子，增大模式增益系數(shù)。

　　vcsel中注入電流密度與模式增益的關(guān)系與普通量子阱激光器相同：

　　式中，騙為量子阱數(shù)。增加有源區(qū)量子阱數(shù)目，可以使光增益提高，降低閾值電流。但是，當(dāng)量子阱的數(shù)目增大到一定的數(shù)值時，將出現(xiàn)3個因素對器件的閾值電流密度產(chǎn)生影響。因為量子阱具有一定的寬度，因此不能使所有的量子阱都與駐波的峰值相對應(yīng)，離峰值越遠的量子阱增益效率越低，因而無法提高光增益的效果。

　　總的穿透電流與量子阱的數(shù)目是成正比的，因此每增加一個量子阱就會使總的穿透電流增加，而穿透電流則是構(gòu)成整個器件閾值電流的一部分，因此閾值電流也會隨著穿透電流的增加而增加。

　　綜合考慮上述因素，對于腔長為凡的gaas／algaas基vcsel，量子阱數(shù)的最佳值為3。隨著dbr反射率的增加，所需阱數(shù)越來越少；閾值電流密度越來越低；垂直腔面發(fā)射激光器的腔長很短；注入面積可做得很�。挥性磪^(qū)體積極�。簞討B(tài)調(diào)制頻率有很大的提高。在相同的閾值電流密度下，注入面積越小，閾值電流越小，但是當(dāng)注入面積接近衍射波長尺寸時，衍射損耗加大，又使閾值電流迅速上升。注入面積太大易使注入電流分布不均勻而產(chǎn)生高階模。

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