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什么是VCSEL?VCSEL的结构与原理介绍

什么是VCSEL

VCSEL(Vertical-cavity surface-emitting laser),即垂直腔面发射激光器,是集高输出功率和高转换效率和高质量光束等优点于一身,相比于LED 和边发射激光器EEL,在精确度、小型化、低功耗、可靠性等角度全方面占优。

 

VCSEL的结构与原理

VCSEL 器件有两种基本结构,一种是顶发射结构:采用MOCVD 技术在n GaAs 衬底上生长而成,以DBR 作为激光腔镜,量子阱有源区夹在n-DBR p-DBR 之间。另一种是底发射结构,一般用于产生976-1064nm 波段,通常将衬底减薄到150μm 以下以减少衬底吸收损耗,再生长一层增透膜以提高激光光束质量,最后将增益芯片安装在热沉上。

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VCSEL和其它半导体激光器性能对比

有源层体积极小,从而可以获得极低的工作阈值;

波长和阈值对温度变化相对不太敏感;

腔长量级与波长相近,可实现单纵模出射;

可得到较大的驰豫振荡频率,从而实现较高的调制频率;

出射圆形光斑,易于与光纤耦合;

封装简易,且可以形成二维激光阵列;

预期工作寿命达 10 万小时及以上

 

VCSEL器件的应用领域及市场规模

消费电子3D成像:VCSEL是消费电子视觉成像、三础元器件。例如使用集成VCSEL的泛光照明器和红外点阵投影器进行3D人脸识别;利用集成VCSEL的飞行时间(ToF)测距传感器检测人脸与手机屏幕的距离。

 

物联网:VCSEL是物联网的重要传感器件,预计2025年,全球将有数十亿设备接入物联网。

 

数据中心/云计算:过去10年间,商业化大量生产的850nm VCSEL光连线方案,数据传输率已经提高到每通道25Gbit/s,采用VCSEL阵列的平行光纤发射器产品更超过100Gbit/s。大力推进了VCSEL用于数据中心与云计算的短距离的数据传输市场。预计2020年,全球VCSEL数据通讯的市场规模将达到100亿美元。

 

自动驾驶:VCSEL应用于自动驾驶中的车身通讯、驾驶员防疲劳驾驶传感器等,预计到2030年,激光雷达的使用数量将超过3亿枚。

 

PL系列窄脉冲电流源是普赛斯仪表针对大功率激光器(VCSEL激光器、大功率LED、激光器阵列)LIV测试而研制的,具有输出电流脉冲窄、输出脉冲电流大、支持脉冲光功率检测等功能。输出脉冲宽度最小可至100nS,输出最大脉冲电流30A

 


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