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    通快 VCSEL 的優勢

    到底什么是 VCSEL 激光,相比較其他激光二極管它有什么優勢?是采用了哪種結構,才能實現 VCSEL 陣列的特殊工作方式?您在本頁面還可了解到有關兩種 VCSEL 的更多信息,以及激光二極管在工業和消費環境中典型應用領域的全部詳情。

    什么是 VCSEL(Vertical cavitiy surface emitting laser,垂直腔面發生激光器)?

    VCSELVertical cavitiy surface emitting laser,垂直腔面發生激光器)是一種激光二極管,其從特制晶圓的表面垂直射出錐形光束的激光。而傳統的邊緣發射激光器從芯片的一側或兩側發射激光,與之相比,VCSEL 具有許多優勢。無論是用于工業市場還是消費環境——VCSEL 都提供有不同的波長。這里的標準波長在 760 nm、850 nm 和 940 nm 范圍內。

    VCSEL 有哪些優勢?

    優化的光束輪廓

    圓形光束形狀(甚至可以是高斯光束)、低光束發散角以及不同的光模式(多模和單模)使 VCSEL 適合多種應用。

    高科技應用理想之選

    由于其調制速度、激光光束質量和能效都很高,VCSEL 陣列非常適合高科技應用,例如 3D 多傳感器系統、LiDAR 或光學數據通信。

    節省空間和成本

    使用垂直發射激光器,可以節省建造空間,并且可以實現在一個芯片上具有多個發射器的陣列。因此可以在晶圓級進行大批量制造和測試

    高能效

    VCSEL 的功率消耗在非常低的毫瓦范圍內,可在移動應用中或用于數據中心時實現非常高效的運行,同時顯著降低耗電量。

    上升和下降時間短

    得益于短暫的上升和下降時間,使用 VCSEL 可以實現非??斓拿}沖模式。這對于在光學數據通信和時間差(ToF)系統中的使用尤為重要。

    窄帶寬光譜光發射

    借助 VCSEL 能夠以極窄的帶寬實現光譜光發射。

    簡單的垂直集成

    得益于垂直光發射,可以輕松集成其他功能,例如偏振穩定元件或微光學。

    VCSEL 的工作方式

    VCSEL 由許多連續排列的外延層組成。最上層用作電流注入的接觸層。下面跟著的是兩個反射鏡中的第一個。該反射鏡摻雜有碳,由多層具有不同鋁含量的 AlGaAs 組成。上面的反射鏡的反射率通常在 99% 左右。

    在上面的反射鏡之后是氧化屏障層。它由鋁含量高的材料組成,通過濕式氧化法使部分鈍化。氧化屏障層的內部(非鈍化)部分用于電流收縮和光學引導。氧化屏障層定義了 VCSEL 的眾多重要光電參數。

    有源區包含量子阱。這用于增強功率。

    有源區下方是第二個反射鏡,其摻雜有硅,比上面的反射鏡厚很多。這用于將盡可能多的光反射回有源區。下面的反射鏡的反射率在 99.9% 左右。

    單模 VCSEL 與多模 VCSEL:區別是什么?

    單模和多模 VCSEL 激光器技術圖片,通快光學元件

    當前有兩類 VSCEL:單模 VSCEL 和多模 VSCEL。單模 VCSEL 產生具有高光譜純度的光束,并且比多模 VCSEL 具有更低的發散角和更高的相干性能。單模 VCSEL 尤其被經常用于眾多工業傳感器應用中,而非常緊湊的多模 VCSEL 主要用于移動消費應用和高度集成的傳感器。

    VCSEL 陣列的典型應用有哪些?

    時間差(ToF)

    無論是用于距離傳感系統、激光自動對焦還是高精度深度傳感系統——緊湊的 VCSEL 陣列適用于從幾毫米到幾米的測量,尤其適合智能手機應用。

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    結構光

    VCSEL 以點陣形式將結構光投射到表面,從而可以高精度地映射和識別指定的圖案。因此發光二極管在解鎖智能手機時的面部識別、移動支付或開門時的安全識別中發揮著重要作用。

    工業探針

    無論是涉及檢測環境中顆粒的氧氣傳感器,還是用于高精度定位的光學編碼器:即使是惡劣的運行條件,采用 TO 封裝外殼的單模 VCSEL 也可應對自如。

    LiDAR

    VCSEL 陣列非常適合 LiDAR 應用。光脈沖的上升和下降時間非常短,因此可實現具有很高最大功率的超短脈沖,這反過來又能實現更遠距離的測量。VCSEL 陣列上不同段的可尋址性可以顯著提高系統性能。因此 VCSEL 將在未來的自動駕駛中發揮重要作用。

    通過玻璃纖維進行的光學數據通信

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