VCSEL Laser Diode

Når man sammenligner EEL-lasere med VCSEL'er, er der nogle klare forskelle, der gør VCSEL'er til en overlegen teknologi på mange måder.

Struktur og funktionalitet:

En af de mest bemærkelsesværdige forskelle er i deres struktur. EEL-lasere er tynde, lange og udsender lys fra kanten, hvilket begrænser deres skalerbarhed og ydelseskonsistens. VCSEL'er er på den anden side kompakte og udsender lys fra overfladen, hvilket gør dem nemmere at masseproducere, samtidig med at ydeevnen bevares. Det er som at sammenligne et smalt sugerør med en vidåben tragt, og forskellen i design kan have en drastisk indflydelse på funktionaliteten.

Strømeffektivitet:

Når det kommer til strømforbrug, er VCSEL-lasere langt foran. De bruger meget mindre strøm end EEL-lasere, hvilket gør dem ideelle til applikationer, der kræver effektiv ydeevne. Dette er især vigtigt i datacentre og forbrugerelektronik, hvor energieffektivitet er en voksende bekymring. Hvorfor spilde energi, når du kan få de samme eller endnu bedre resultater med mindre energi?

Optisk kommunikationsydelse:

VCSEL-teknologien gør også et sprøjt inden for optisk kommunikation. I stand til at transmittere data hurtigere og mere effektivt end EEL-lasere, er VCSEL'er ved at blive den foretrukne løsning til højhastighedsdatatransmission. Dette er vigtigt i en verden, der i stigende grad er afhængig af hurtig og pålidelig dataudveksling.

Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSEL'er) tilbyder forskellige fordele i forhold til andre typer lasere. Disse fordele omfatter: Overfladeemission, der giver designfleksibilitet til adresserbare arrays; Lav temperaturafhængighed af laserbølgelængden; Fremragende pålidelighed; Fremstillingsproces på wafer-niveau. Disse funktioner gør VCSEL'er mere velegnede til en bred vifte af applikationer end traditionelle kant-emitterende diodelasere og LED'er. BrandNewTech VCSEL-teknologi omfatter epitaksial struktur og chipdesign, epitaksial vækst, front-end og back-end behandling, pakning og avanceret test og simulering. VCSEL er i dag en etableret lyskilde til datatransmission i kortdistanceforbindelser, sammenkoblinger og lokale netværk (LAN, SANS osv.). I disse applikationer er VCSEL on-off moduleret til transmission af digitale signaler. Nyligt arbejde med analog modulering af VCSEL'er indikerer, at VCSEL'er er egnede lyskilder også til transmission af RF- og mikrobølgesignaler i f.eks. radio-over-fiber (RoF) netværk, der anvendes til antennefjerning i cellulære systemer til mobil kommunikation. Der er mange flere fordele: Høj effektivitet: VCSEL'er er yderst effektive og kan producere en masse lysoutput med relativt lav indgangseffekt. Dette gør dem velegnede til en række anvendelser, hvor energieffektivitet er vigtig. Lave omkostninger: VCSEL'er er relativt enkle at fremstille, så de er billigere at producere end andre typer lasere. Lav varmegenerering: VCSEL'er genererer meget lidt varme, hvilket gør dem velegnede til brug i kompakte enheder, hvor varmeafledning er et problem. Høj pålidelighed: VCSEL'er har høj pålidelighed og lang levetid, hvilket gør dem velegnede til missionskritiske applikationer, hvor nedetid ikke er en mulighed. Alsidighed: VCSEL'er kan designes til at fungere ved en række forskellige bølgelængder og kan moduleres ved høje hastigheder, hvilket gør dem velegnede til en bred vifte af applikationer.

VCSEL-baserede sensorer kan måle afstand og hastighed i tre dimensioner og produceres allerede i store mængder til professionelle og forbrugeranvendelser. Den bruger flere fysiske principper: VCSEL'er bruges som infrarød belysning til overvågningskameraer. Højeffekt-arrays kombineret med billedoptik giver ensartet belysning af scener over en rækkevidde på hundreder af meter. Time-of-flight-metoden bruger pulserede VCSEL'er som lyskilder, enten som intense enkeltimpulser med en lav arbejdscyklus eller som pulstog. På grund af følsomhed over for baggrundslys og den kraftige dæmpning af signalet med afstand, kræves lasereffekter på flere watt ved afstande på op til 100 meter. VCSEL-arrays muliggør effektskalerbarhed og kan levere meget korte impulser ved højere effekttætheder. Applikationerne spænder fra udvidet funktionalitet i smartphones til industrielle sensorer til automotive LiDAR til førerassistance og autonom kørsel. Selvblandende interferometri arbejder med kohærente laserfotoner, der er spredt tilbage i hulrummet. Den er derfor ufølsom over for omgivende lys. Metoden bruges til at måle målhastighed og distance med meget høj nøjagtighed over afstande på op til en meter. Single-mode VCSEL'er med integrerede fotodioder og gitterstabiliseret polarisering muliggør meget kompakte og omkostningseffektive produkter. Ud over de velkendte anvendelser af computer-input-enheder, undersøges også nye anvendelser med endnu højere præcision, såsom til måling af kørehastighed i biler op til 250 km/t. Alle målemetoder udnytter kendte VCSEL-egenskaber såsom robusthed, temperaturstabilitet og potentialet for integreret optik og elektronikemballage. Dette gør VCSEL-sensorer velegnede til nye store applikationer på forbruger- og bilmarkedet.

I øjeblikket bruges VCSEL'er primært i datakommunikation. VCSEL-markedet forventes at vokse betydeligt, efterhånden som efterspørgslen efter smartphones, LiDAR, 5G og IoT-enheder og -teknologier skifter og vokser. Da det er meget nemt at lave flere lasere på et enkelt array, vil VCSEL'er have et stort potentiale for brug i disse typer nye teknologier i løbet af de næste par årtier, så længe strømmen fortsætter med at klatre op i watt og kilowatt. Næste generations produkter inden for industriel og 3D-sensing vil især kræve store udrulninger af VCSEL'er for at opfylde design- og ydeevnebehov. Når to eller tre VCSEL'er kombineres på en enkelt chip, kan de bruges til højpræcisionshastighedsmåling i sensing-applikationer. For eksempel brugte iPhone X, der blev udgivet i 2017, tre VCSEL'er til at aktivere ansigtsgenkendelse. Gennembrudsprodukter opstår, når VCSEL'er kombineres til tusindvis eller endda millioner ad gangen på en enkelt chip. Ti tusinde VCSEL'er kombineret ville muliggøre udbredt forbrugeradoption af LiDAR-teknologi, såsom til selvkørende biler.