수직 외부 공동면 발광 레이저(Vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL)의 이득 스펙트럼과 공동 모드의 큰 불일치 설계를 이용하여 VECSEL 이중 파장 동시 발진 방법을 보고하였으며, 안정적인 발진 공동 구조를 설계하였다. 이 VECSEL의 세 가지 동작 상태를 이론적으로 예측하고 실험적으로 검증하였다. VECSEL의 펌프 전력이 증가함에 따라 이득 칩 내부 작동 온도가 점차 상승하며, VECSEL은 차례로 밴드 엣지 파장 발진, 이중 파장 발진 및 공동 모드 파장 발진의 세 가지 동작 상태를 나타낸다. 처음에 VECSEL의 발진 파장은 밴드 엣지 모드가 결정하는 레이저 파장(952.7 nm)에 위치하며, 펌프 전력이 증가함에 따라 이득 칩의 열 효과가 강화되고, 공동 모드 파장과 밴드 엣지 파장 사이에 모드 경쟁이 발생하여 이후 이중 파장 발진 현상이 나타난다. 이중 파장 피크 강도가 근접할 때 VECSEL 레이저 출력 전력은 359 mW에 도달하며, 레이저 파장은 각각 954.2 nm 및 1001.2 nm에 위치한다. 이 위치 주변에서 VECSEL 출력 전력 곡선은 명확한 이차 임계 현상을 나타낸다. 펌프 전력이 지속해서 증가하면 레이저 출력 파장은 공동 모드 파장 발진으로 바뀌며, 레이저 파장은 1002.4 nm에 위치한다. 단일 파장 및 이중 파장 동작 상태에서 VECSEL의 광점 형태는 모두 가우스 형태의 원형 대칭 레이저 빔이며, 레이저 빔 발산 각은 5.7°에서 7.9°로 증가한다. 이 단일 칩 이중 파장 출력 VECSEL 솔루션은 향후 간섭 방지 레이저 레이더 및 주파수 변환 테라헤르츠 레이저 등에서 좋은 응용 가능성이 있다.

이중 파장 면 방출 레이저; 모드 경쟁; 레이저 레이더; 주파수 변환