什么是VCSEL?VCSEL的结构与原理介绍

发布网友 发布时间：2024-10-23 20:22

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热心网友 时间：2024-10-29 23:19

VCSEL，垂直腔面发射激光器，是一种结合高输出功率、高转换效率和高质量光束等优点的激光技术。相比LED和边发射激光器（EEL），VCSEL在精度、小型化、低功耗和可靠性方面具有显著优势。

VCSEL器件有两种基本结构：顶发射结构和底发射结构。顶发射结构采用MOCVD技术在n型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和p-DBR之间。底发射结构适用于976-10nm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。

与其它半导体激光器相比，VCSEL具有以下性能优势：有源层体积极小，可获得极低的工作阈值；波长和阈值对温度变化相对不敏感；腔长量级与波长相近，实现单纵模出射；可得到较大的驰豫振荡频率，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，可以形成二维激光阵列；预期工作寿命可达10万小时及以上。

VCSEL应用于消费电子、物联网、数据中心、云计算和自动驾驶等领域。在消费电子中，VCSEL用于视觉成像、三础元器件，如3D人脸识别和ToF测距传感器。在物联网中，VCSEL作为重要传感器件，预计2025年全球将有数十亿设备接入物联网。在数据中心/云计算领域，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提高到每通道25Gbit/s，采用VCSEL阵列的平行光纤发射器产品超过100Gbit/s，推动了短距离数据传输市场的增长。预计2020年，全球VCSEL数据通讯市场规模将达到100亿美元。在自动驾驶中，VCSEL用于车身通讯、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。

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，研发了PL系列窄脉冲电流源。该设备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达100nS，输出最大脉冲电流30A，满足高功率激光器测试需求。