Laserová dioda VCSEL

Při porovnávání laserů EEL a VCSEL existují jasné rozdíly, které dělají z VCSEL v mnoha ohledech špičkovou technologii.

Struktura a funkčnost:

Jeden z nejpozoruhodnějších rozdílů je v jejich struktuře. Lasery EEL jsou tenké, dlouhé a vyzařují světlo z okraje, což omezuje jejich škálovatelnost a konzistenci výkonu. Na druhou stranu VCSEL jsou kompaktní a vyzařují světlo z povrchu, což usnadňuje jejich hromadnou výrobu při zachování konzistence výkonu. Je to jako srovnávat úzké brčko s široce otevřeným trychtýřem a rozdíl v designu může mít drastický dopad na funkčnost.

Energetická účinnost:

Pokud jde o spotřebu energie, lasery VCSEL jsou daleko napřed. Spotřebovávají mnohem méně energie než lasery EEL, takže jsou ideální pro aplikace, které vyžadují efektivní výkon. To je zvláště důležité v datových centrech a spotřební elektronice, kde je energetická účinnost stále důležitější. Proč plýtvat energií, když můžete dosáhnout stejných nebo dokonce lepších výsledků s menší energií?

Výkon optické komunikace:

Technologie VCSEL se prosazuje také na poli optických komunikací. VCSEL, které jsou schopny přenášet data rychleji a efektivněji než lasery EEL, se stávají řešením volby pro vysokorychlostní přenos dat. To je důležité ve světě, který stále více spoléhá na rychlou a spolehlivou výměnu dat.

Lasery vyzařující povrch s vertikální dutinou (VCSEL) nabízejí různé výhody oproti jiným typům laserů. Tyto výhody zahrnují: Povrchové vyzařování, poskytující flexibilitu návrhu adresovatelných polí; Nízká teplotní závislost vlnové délky laseru; Vynikající spolehlivost; Výrobní proces na úrovni oplatek. Díky těmto vlastnostem jsou VCSEL vhodnější pro širokou škálu aplikací než tradiční hranově emitující diodové lasery a LED. Technologie BrandNewTech VCSEL zahrnuje epitaxní strukturu a návrh čipu, epitaxní růst, front-end a back-end zpracování, balení a pokročilé testování a simulaci. VCSEL je dnes zavedeným světelným zdrojem pro přenos dat v linkách na krátké vzdálenosti, propojeních a místních sítích (LAN, SANS atd.). V těchto aplikacích je VCSEL modulován pro přenos digitálních signálů. Nedávné práce na analogové modulaci VCSEL ukazují, že VCSEL jsou vhodnými zdroji světla také pro přenos RF a mikrovlnných signálů např. v sítích radio-over-fiber (RoF) používaných v anténním dálkovém ovládání v celulárních systémech pro mobilní komunikaci. Existuje mnoho dalších výhod: Vysoká účinnost: VCSEL jsou vysoce účinné a mohou produkovat velký světelný výkon s relativně nízkým vstupním výkonem. Díky tomu jsou vhodné pro různé aplikace, kde je důležitá energetická účinnost. Nízké náklady: Výroba VCSELů je relativně jednoduchá, takže jejich výroba je levnější než výroba jiných typů laserů. Nízká tvorba tepla: VCSEL generují velmi málo tepla, díky čemuž jsou vhodné pro použití v kompaktních zařízeních, kde je problémem rozptyl tepla. Vysoká spolehlivost: VCSEL se vyznačují vysokou spolehlivostí a dlouhou životností, díky čemuž jsou vhodné pro kriticky důležité aplikace, kde nejsou možné prostoje. Všestrannost: VCSEL mohou být navrženy tak, aby fungovaly na různých vlnových délkách a lze je modulovat při vysokých rychlostech, díky čemuž jsou vhodné pro širokou škálu aplikací.

Senzory založené na VCSEL mohou měřit vzdálenost a rychlost ve třech rozměrech a jsou již vyráběny ve velkém množství pro profesionální a spotřebitelské aplikace. Využívá několik fyzikálních principů: VCSEL se používají jako infračervené osvětlení pro sledovací kamery. Vysoce výkonná pole v kombinaci se zobrazovací optikou poskytují jednotné osvětlení scén v rozsahu stovek metrů. Metoda doby letu využívá jako světelné zdroje pulzní VCSEL, buď jako intenzivní jednotlivé pulzy s nízkým pracovním cyklem nebo jako sledy pulzů. Vzhledem k citlivosti na světlo v pozadí a silnému útlumu signálu se vzdáleností je potřeba výkon laseru několik wattů na vzdálenost až 100 metrů. Pole VCSEL umožňují škálovatelnost výkonu a mohou poskytovat velmi krátké pulzy při vyšších hustotách výkonu. Aplikace sahají od rozšířených funkcí v chytrých telefonech přes průmyslové senzory až po automobilový LiDAR pro asistenci řidiče a autonomní řízení. Samosměšovací interferometrie pracuje s koherentními laserovými fotony, které jsou rozptýleny zpět do dutiny. Je tedy necitlivý na okolní světlo. Metoda se používá k měření cílové rychlosti a vzdálenosti s velmi vysokou přesností na vzdálenosti do jednoho metru. Jednomódové VCSEL s integrovanými fotodiodami a mřížkou stabilizovanou polarizací umožňují velmi kompaktní a cenově výhodné produkty. Kromě dobře známých aplikací počítačových vstupních zařízení se také zkoumají nové aplikace s ještě vyšší přesností, jako například pro měření rychlosti jízdy v automobilech do 250 km/h. Všechny metody měření využívají známé vlastnosti VCSEL, jako je robustnost, teplotní stabilita a potenciál pro integrované balení optiky a elektroniky. Díky tomu jsou senzory VCSEL ideální pro nové rozsáhlé aplikace na spotřebitelském a automobilovém trhu.

V současné době se VCSEL používají především v datové komunikaci. Očekává se, že trh VCSEL výrazně poroste, protože poptávka po chytrých telefonech, LiDAR, 5G a IoT zařízeních a technologiích se mění a roste. Vzhledem k tomu, že je velmi snadné vyrobit více laserů na jednom poli, budou mít VCSEL velký potenciál pro použití v těchto typech vznikajících technologií v průběhu několika příštích desetiletí, pokud výkon bude stoupat do wattů a kilowattů. Zejména produkty nové generace v průmyslovém a 3D snímání budou vyžadovat rozsáhlé nasazení VCSEL, aby byly splněny požadavky na design a výkon. Když jsou dva nebo tři VCSEL kombinovány na jednom čipu, lze je použít pro vysoce přesné měření rychlosti v aplikacích snímání. Například iPhone X vydaný v roce 2017 používal tři VCSEL pro rozpoznání obličeje. Přelomové produkty nastávají, když jsou VCSEL kombinovány do tisíců nebo dokonce milionů najednou na jednom čipu. Deset tisíc VCSEL dohromady by umožnilo široké spotřebitelské přijetí technologie LiDAR, například pro auta s vlastním řízením.