由于VCSEL共振腔的體積非常小，可以稱之為微共振腔（micro-cavity），因為要達(dá)到閾值條件VCSEL必須擁有非常高反射率的反射鏡。在這樣的條件下，在共振腔中光子的模態(tài)體積不僅小，還被局限的很好，在這樣的微共振腔中，光子和主動層中的載子會產(chǎn)生非常強的交互作用，形成所謂的微共振腔效應(yīng)。

一開始，我們先探討自發(fā)放射因子Βsp的意義與在微共振腔中的影響。如圖3-12所示，在主動層中所放出的光子可分為自發(fā)放射的光子和受激放射的光子，其中受激放射的光子即為可用的雷射光，而自發(fā)放射的光子其頻率分布較廣，發(fā)射的方向為整個4兀的立體角。但有一小部分的自發(fā)放射的光子和受激放射的光子為相同模態(tài)，具有一致的頻率、相位和方向，可以貢獻(xiàn)到雷射發(fā)光上，這個比率我們定義為自發(fā)放射因子。因此我們可以定義：

其中Wcav和Wfree分別代表自發(fā)放射到雷射模態(tài)的速率與自發(fā)放射到自由空間的速率。

假設(shè)自發(fā)放射的放射頻譜為Lorentzian形式，其單位體積下發(fā)射到共振腔中某一特定的雷射模態(tài)（也就是特定W0）的速率為：

其中rspo為在中心頻率W0時的放射率，△Wsp為自發(fā)放射頻譜的線寬。在某一特定的頻率范圍dw以及立體角范圍dΩ之內(nèi)，光子模態(tài)的數(shù)目為dN，而

其中p（w）為光子之能態(tài)密度而V為共振腔體積?因此總自發(fā)放射的速率為：

因此，當(dāng)雷射模態(tài)為W0，則自發(fā)放射因子為［24］

由上式可知Βsp和V成反比，因為VCSEL的共振腔很小，其Βsp比較大，約在10-2到10-3之間，而邊射型雷射的共振腔相對較大，其Βsp約在10-4到10-5之間，也就是每放出105個自發(fā)放射的光子，只有一個可以貢獻(xiàn)到雷射光子上。Βsp的最大值是1，表示所有的自發(fā)放射只會放出一種模態(tài)的光子，其單一模態(tài)的性質(zhì)和雷射的同調(diào)光相似，因為不需要達(dá)到閾值條件，我們又稱這種發(fā)光元件為無閾值雷射（thresholdless laser）。

我們可以定義Purcell因子為自發(fā)放射到共振腔主要模態(tài)的速率比上自發(fā)放射到自由空間的速率［25］：

表示在共振腔中的自發(fā)放射速率會受到光學(xué)模態(tài)的影響而改變，在共振條件下：

其中Q是共振腔的品質(zhì)因子（quality factor），代表共振腔儲存能量的能力，若某一共振腔模態(tài)W的譜線寬度為△W，則：

由于共振腔模態(tài)的譜線寬度為△W和該模態(tài)的光子生命期成反比，

因此，共振腔模態(tài)的閾值增益和Q值成反比。換句話說，Q值愈大，共振腔儲存能量的能力愈好，該模態(tài)的光子不容易逃出共振腔，所以雷射的閾值增益就可以下降。對Fabry-Perot共振腔而言，Q値和兩平行平面鏡的反射率以及共振腔等效長度有關(guān)：