Лазерний діод VCSEL

Порівнюючи лазери EEL і VCSEL, є деякі чіткі відмінності, які роблять VCSEL кращою технологією в багатьох відношеннях.

Структура та функціональність:

Однією з найбільш помітних відмінностей є їх структура. Лазери EEL тонкі, довгі та випромінюють світло від краю, що обмежує їх масштабованість і сталість продуктивності. З іншого боку, VCSEL є компактними та випромінюють світло від поверхні, що полегшує їх масове виробництво, зберігаючи постійну продуктивність. Це все одно, що порівнювати вузьку соломинку з широко відкритою воронкою, і різниця в дизайні може суттєво вплинути на функціональність.

Енергоефективність:

За енергоспоживанням лазери VCSEL далеко попереду. Вони споживають набагато менше енергії, ніж лазери EEL, що робить їх ідеальними для застосувань, які потребують ефективної роботи. Це особливо важливо для центрів обробки даних і побутової електроніки, де енергоефективність викликає дедалі більше занепокоєння. Навіщо витрачати енергію, якщо ви можете отримати такі ж або навіть кращі результати з меншими витратами енергії?

Продуктивність оптичного зв'язку:

Технологія VCSEL також справляє фурор у сфері оптичних комунікацій. Здатні передавати дані швидше та ефективніше, ніж лазери EEL, VCSEL стають рішенням вибору для високошвидкісної передачі даних. Це важливо в світі, який все більше покладається на швидкий і надійний обмін даними.

Поверхнево-випромінювальні лазери з вертикальним резонатором (VCSEL) пропонують ряд переваг перед іншими типами лазерів. Ці переваги включають: поверхневе випромінювання, що забезпечує гнучкість конструкції для адресних масивів; Низька температурна залежність довжини хвилі лазера; Відмінна надійність; Процес виготовлення вафель. Ці особливості роблять VCSEL більш придатними для широкого спектру застосувань, ніж традиційні діодні лазери з краєвим випромінюванням та світлодіоди. Технологія BrandNewTech VCSEL включає епітаксійну структуру та дизайн чіпа, епітаксійне зростання, зовнішню та зовнішню обробку, упаковку, а також розширене тестування та моделювання. На сьогоднішній день VCSEL є відомим джерелом світла для передачі даних у зв’язках на короткій відстані, з’єднаннях і локальних мережах (LAN, SANS тощо). У цих додатках VCSEL модульований увімкнути-вимкнути для передачі цифрових сигналів. Нещодавня робота з аналогової модуляції VCSEL вказує на те, що VCSEL є придатними джерелами світла також для передачі радіочастотних і мікрохвильових сигналів, наприклад, у мережах радіо-по волокну (RoF), які використовуються для віддаленого керування антенами в стільникових системах мобільного зв’язку. Є ще багато переваг: Висока ефективність: VCSEL є високоефективними та можуть виробляти багато світлового потоку з відносно низькою вхідною потужністю. Це робить їх придатними для різноманітних застосувань, де важлива енергоефективність. Низька вартість: VCSEL відносно прості у виготовленні, тому вони дешевші у виробництві, ніж інші типи лазерів. Низьке тепловиділення: VCSEL виробляють дуже мало тепла, що робить їх придатними для використання в компактних пристроях, де розсіювання тепла є проблемою. Висока надійність: VCSEL мають високу надійність і тривалий термін служби, що робить їх придатними для критично важливих додатків, де простої не є можливістю. Універсальність: VCSEL можуть бути розроблені для роботи на різних довжинах хвиль і можуть модулюватися на високих швидкостях, що робить їх придатними для широкого спектру застосувань.

Датчики на основі VCSEL можуть вимірювати відстань і швидкість у трьох вимірах і вже виробляються у великих кількостях для професійних і споживчих застосувань. Він використовує кілька фізичних принципів: VCSEL використовуються як інфрачервоне освітлення для камер спостереження. Потужні масиви в поєднанні з оптикою для формування зображення забезпечують рівномірне освітлення сцен на відстані сотень метрів. Метод часу прольоту використовує імпульсні VCSEL як джерела світла, або як інтенсивні одиночні імпульси з низьким робочим циклом, або як серії імпульсів. Через чутливість до фонового світла та сильне ослаблення сигналу з відстанню, на відстані до 100 метрів потрібна потужність лазера в кілька ват. Масиви VCSEL забезпечують масштабованість потужності та можуть передавати дуже короткі імпульси при вищій щільності потужності. Застосування варіюються від розширених функціональних можливостей смартфонів до промислових датчиків і автомобільних LiDAR для допомоги водієві та автономного водіння. Інтерферометрія з самозмішуванням працює з когерентними лазерними фотонами, які розсіюються назад у порожнину. Тому він нечутливий до навколишнього освітлення. Цей метод використовується для вимірювання швидкості та відстані до цілі з дуже високою точністю на відстані до одного метра. Одномодові VCSEL з інтегрованими фотодіодами та поляризацією, стабілізованою гратами, створюють дуже компактні та економічно ефективні продукти. Окрім добре відомих застосувань комп’ютерних пристроїв введення, також досліджуються нові застосування з ще більшою точністю, наприклад, для вимірювання швидкості руху автомобіля до 250 км/год. Усі методи вимірювання використовують відомі властивості VCSEL, такі як надійність, температурна стабільність і потенціал інтегрованої оптики та електроніки. Це робить датчики VCSEL ідеально підходящими для нових масштабних застосувань на споживчому та автомобільному ринках.

В даний час VCSEL використовуються переважно в передачі даних. Очікується, що ринок VCSEL значно зросте, оскільки попит на смартфони, пристрої та технології LiDAR, 5G і IoT змінюється та зростає. Оскільки дуже легко виготовити кілька лазерів на одному масиві, VCSEL матимуть великий потенціал для використання в цих типах нових технологій протягом наступних кількох десятиліть, доки потужність буде зростати у ватах і кіловатах. Продукти наступного покоління в галузі промислового та 3D зондування, зокрема, вимагатимуть широкого розгортання VCSEL для задоволення потреб у дизайні та продуктивності. Коли два або три VCSEL об’єднані на одній мікросхемі, їх можна використовувати для високоточного вимірювання швидкості в датчиках. Наприклад, iPhone X, випущений у 2017 році, використовував три VCSEL для розпізнавання обличчя. Проривні продукти відбуваються, коли VCSEL об’єднуються в тисячі або навіть мільйони одночасно на одному чіпі. Десять тисяч VCSEL, об’єднаних разом, дозволять широким споживачам прийняти технологію LiDAR, наприклад, для безпілотних автомобілів.