VCSEL laserska dioda

Ko primerjamo laserje EEL z laserji VCSEL, obstaja nekaj jasnih razlik, zaradi katerih so laserji VCSEL v mnogih pogledih vrhunska tehnologija.

Zgradba in funkcionalnost:

Ena najbolj opaznih razlik je v njihovi strukturi. Laserji EEL so tanki, dolgi in oddajajo svetlobo z roba, kar omejuje njihovo razširljivost in doslednost delovanja. Po drugi strani so VCSEL kompaktni in oddajajo svetlobo s površine, zaradi česar so lažji za množično proizvodnjo, hkrati pa ohranjajo doslednost delovanja. To je tako, kot bi primerjali ozko slamico s široko odprtim lijakom, razlika v zasnovi pa ima lahko drastičen vpliv na funkcionalnost.

Energijska učinkovitost:

Kar zadeva porabo energije, so laserji VCSEL daleč spredaj. Porabijo veliko manj energije kot laserji EEL, zaradi česar so idealni za aplikacije, ki zahtevajo učinkovito delovanje. To je še posebej pomembno v podatkovnih centrih in potrošniški elektroniki, kjer je energetska učinkovitost vse večja skrb. Zakaj bi izgubljali energijo, če pa lahko dosežete enake ali celo boljše rezultate z manj energije?

Zmogljivost optičnih komunikacij:

Tehnologija VCSEL se močno uveljavlja tudi na področju optičnih komunikacij. Ker so zmožni hitrejšega in učinkovitejšega prenosa podatkov kot laserji EEL, VCSEL postajajo rešitev izbire za hiter prenos podatkov. To je pomembno v svetu, ki se vedno bolj zanaša na hitro in zanesljivo izmenjavo podatkov.

Površinsko oddajajoči laserji z navpično votlino (VCSEL) ponujajo številne prednosti pred drugimi vrstami laserjev. Te prednosti vključujejo: površinske emisije, ki zagotavljajo prilagodljivost zasnove za naslovne nize; Nizka temperaturna odvisnost valovne dolžine laserja; Odlična zanesljivost; Postopek izdelave na ravni rezin. Zaradi teh lastnosti so VCSEL bolj primerni za široko paleto aplikacij kot tradicionalni diodni laserji in LED diode, ki oddajajo robove. Tehnologija BrandNewTech VCSEL vključuje epitaksialno strukturo in zasnovo čipov, epitaksialno rast, front-end in back-end obdelavo, pakiranje ter napredno testiranje in simulacijo. VCSEL je danes uveljavljen vir svetlobe za prenos podatkov v povezavah na kratke razdalje, povezavah in lokalnih omrežjih (LAN, SANS itd.). V teh aplikacijah je VCSEL moduliran za vklop in izklop za prenos digitalnih signalov. Nedavno delo o analogni modulaciji VCSEL kaže, da so VCSEL primerni svetlobni viri tudi za prenos RF in mikrovalovnih signalov v npr. omrežjih radio-over-fiber (RoF), ki se uporabljajo pri antenskem daljinskem upravljanju v celičnih sistemih za mobilno komunikacijo. Obstaja veliko več prednosti: Visoka učinkovitost: VCSEL so zelo učinkoviti in lahko proizvedejo veliko svetlobe z relativno nizko vhodno močjo. Zaradi tega so primerni za različne aplikacije, kjer je pomembna energetska učinkovitost. Nizka cena: laserji VCSEL so razmeroma enostavni za izdelavo, zato so cenejši za proizvodnjo kot druge vrste laserjev. Nizka proizvodnja toplote: VCSEL proizvajajo zelo malo toplote, zaradi česar so primerni za uporabo v kompaktnih napravah, kjer je odvajanje toplote zaskrbljujoče. Visoka zanesljivost: VCSEL imajo visoko zanesljivost in dolgo življenjsko dobo, zaradi česar so primerni za kritične aplikacije, kjer izpadi niso možni. Vsestranskost: VCSEL je mogoče oblikovati za delovanje na različnih valovnih dolžinah in jih je mogoče modulirati pri visokih hitrostih, zaradi česar so primerni za široko paleto aplikacij.

Senzorji, ki temeljijo na VCSEL, lahko merijo razdaljo in hitrost v treh dimenzijah in se že proizvajajo v velikih količinah za profesionalne in potrošniške aplikacije. Uporablja več fizičnih principov: VCSEL se uporabljajo kot infrardeča osvetlitev za nadzorne kamere. Visokozmogljivi nizi v kombinaciji s slikovno optiko zagotavljajo enakomerno osvetlitev prizorov v razponu več sto metrov. Metoda časovnega preleta uporablja impulzne VCSEL kot svetlobne vire, bodisi kot intenzivne posamezne impulze z nizkim delovnim ciklom ali kot impulzne nize. Zaradi občutljivosti na svetlobo ozadja in močnega slabljenja signala z razdaljo so na razdaljah do 100 metrov potrebne laserske moči več vatov. Nizi VCSEL omogočajo razširljivost moči in lahko zagotavljajo zelo kratke impulze pri višjih gostotah moči. Aplikacije segajo od razširjene funkcionalnosti v pametnih telefonih do industrijskih senzorjev do avtomobilskih LiDAR za pomoč voznikom in avtonomno vožnjo. Samomešalna interferometrija deluje s koherentnimi laserskimi fotoni, ki se razpršijo nazaj v votlino. Zato je neobčutljiv na ambientalno svetlobo. Metoda se uporablja za merjenje ciljne hitrosti in razdalje z zelo visoko natančnostjo na razdaljah do enega metra. Enomodalni VCSEL z integriranimi fotodiodami in z rešetko stabilizirano polarizacijo omogočajo zelo kompaktne in stroškovno učinkovite izdelke. Poleg znanih aplikacij računalniških vhodnih naprav se preiskujejo tudi nove aplikacije s še višjo natančnostjo, na primer za merjenje hitrosti avtomobilov do 250 km/h. Vse merilne metode izkoriščajo znane lastnosti VCSEL, kot so robustnost, temperaturna stabilnost in potencial za integrirano embalažo optike in elektronike. Zaradi tega so senzorji VCSEL idealni za nove obsežne aplikacije na potrošniškem in avtomobilskem trgu.

Trenutno se VCSEL uporabljajo predvsem v podatkovnih komunikacijah. Pričakuje se, da bo trg VCSEL občutno narasel, saj se povpraševanje po pametnih telefonih, napravah in tehnologijah LiDAR, 5G in IoT spreminja in raste. Ker je zelo enostavno izdelati več laserjev na enem nizu, bodo imeli VCSEL velik potencial za uporabo v teh vrstah nastajajočih tehnologij v naslednjih nekaj desetletjih, dokler bo moč naraščala v vatih in kilovatih. Zlasti izdelki naslednje generacije v industrijskem in 3D zaznavanju bodo zahtevali obsežno uporabo VCSEL, da bodo izpolnili potrebe po oblikovanju in zmogljivosti. Ko sta dva ali trije VCSEL združeni na enem čipu, jih je mogoče uporabiti za visoko natančno merjenje hitrosti v aplikacijah zaznavanja. Na primer, iPhone X, izdan leta 2017, je uporabil tri VCSEL za omogočanje prepoznave obraza. Prelomni izdelki se zgodijo, ko se VCSEL združijo v tisoče ali celo milijone hkrati na enem čipu. Deset tisoč VCSEL-ov skupaj bi omogočilo široko uporabo tehnologije LiDAR pri potrošnikih, na primer za samovozeče avtomobile.