Dioda laserowa VCSEL

Porównując lasery EEL i VCSEL, można zauważyć pewne wyraźne różnice, które czynią VCSEL technologią doskonałą pod wieloma względami.

Struktura i funkcjonalność:

Jedną z najbardziej zauważalnych różnic jest ich struktura. Lasery EEL są cienkie, długie i emitują światło od krawędzi, co ogranicza ich skalowalność i spójność wydajności. Z drugiej strony VCSEL są kompaktowe i emitują światło z powierzchni, co ułatwia ich masową produkcję przy zachowaniu spójności wydajności. To jak porównywanie wąskiej słomki z szeroko otwartym lejkiem, a różnica w konstrukcji może mieć drastyczny wpływ na funkcjonalność.

Efektywność energetyczna:

Jeśli chodzi o zużycie energii, lasery VCSEL są daleko w tyle. Zużywają znacznie mniej energii niż lasery EEL, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających wydajnej wydajności. Jest to szczególnie ważne w centrach danych i elektronice użytkowej, gdzie efektywność energetyczna staje się coraz większym problemem. Po co marnować energię, skoro można uzyskać takie same lub nawet lepsze wyniki przy mniejszym zużyciu energii?

Wydajność komunikacji optycznej:

Technologia VCSEL robi furorę także w dziedzinie komunikacji optycznej. Zdolne do szybszego i wydajniejszego przesyłania danych niż lasery EEL, VCSEL stają się preferowanym rozwiązaniem w przypadku szybkiej transmisji danych. Jest to istotne w świecie, który w coraz większym stopniu opiera się na szybkiej i niezawodnej wymianie danych.

Lasery elektroluminescencyjne z pionową wnęką (VCSEL) oferują różne zalety w porównaniu z innymi typami laserów. Zalety te obejmują: emisję powierzchniową zapewniającą elastyczność projektowania tablic adresowalnych; Zależność niskotemperaturowa długości fali lasera; Doskonała niezawodność; Proces produkcyjny na poziomie płytki. Te cechy sprawiają, że VCSEL są bardziej odpowiednie do szerokiego zakresu zastosowań niż tradycyjne lasery diodowe i diody LED emitujące krawędzie. Technologia BrandNewTech VCSEL obejmuje strukturę epitaksjalną i projektowanie chipów, wzrost epitaksjalny, przetwarzanie front-end i back-end, pakowanie oraz zaawansowane testy i symulacje. VCSEL jest dziś uznanym źródłem światła do transmisji danych w łączach krótkodystansowych, interkonektach i sieciach lokalnych (LAN, SANS itp.). W tych zastosowaniach VCSEL jest modulowany w trybie on-off w celu transmisji sygnałów cyfrowych. Niedawne prace nad analogową modulacją VCSEL wskazują, że VCSEL są odpowiednimi źródłami światła również do transmisji sygnałów RF i mikrofalowych, np. w sieciach radio-over-fibre (RoF) stosowanych w zdalnym przekazywaniu anten w systemach komórkowych do komunikacji mobilnej. Zalet jest znacznie więcej: Wysoka wydajność: diody VCSEL są bardzo wydajne i mogą wytwarzać dużą ilość światła przy stosunkowo niskiej mocy wejściowej. Dzięki temu nadają się do różnorodnych zastosowań, w których ważna jest efektywność energetyczna. Niski koszt: Lasery VCSEL są stosunkowo proste w produkcji, dlatego są tańsze w produkcji niż inne typy laserów. Niskie wytwarzanie ciepła: VCSEL wytwarzają bardzo mało ciepła, dzięki czemu nadają się do stosowania w kompaktowych urządzeniach, w których problemem jest rozpraszanie ciepła. Wysoka niezawodność: VCSEL charakteryzują się wysoką niezawodnością i długą żywotnością, dzięki czemu nadają się do zastosowań o znaczeniu krytycznym, gdzie przestoje nie wchodzą w grę. Wszechstronność: VCSEL można zaprojektować do pracy na różnych długościach fal i można je modulować przy dużych prędkościach, dzięki czemu nadają się do szerokiego zakresu zastosowań.

Czujniki oparte na VCSEL mogą mierzyć odległość i prędkość w trzech wymiarach i są już produkowane w dużych ilościach do zastosowań profesjonalnych i konsumenckich. Wykorzystuje kilka zasad fizycznych: VCSEL są używane jako oświetlenie podczerwone w kamerach monitorujących. Matryce dużej mocy w połączeniu z optyką obrazującą zapewniają równomierne oświetlenie scen na dystansie setek metrów. Metoda czasu przelotu wykorzystuje impulsowe diody VCSEL jako źródła światła w postaci intensywnych pojedynczych impulsów o niskim cyklu pracy lub w postaci ciągów impulsów. Ze względu na wrażliwość na światło tła i silne tłumienie sygnału wraz z odległością, na odległościach do 100 metrów wymagana jest moc lasera rzędu kilku watów. Macierze VCSEL umożliwiają skalowalność mocy i mogą dostarczać bardzo krótkie impulsy przy wyższych gęstościach mocy. Zakres zastosowań sięga od rozszerzonej funkcjonalności smartfonów, przez czujniki przemysłowe, aż po samochodowy LiDAR do wspomagania kierowcy i jazdy autonomicznej. Interferometria samomieszająca wykorzystuje spójne fotony laserowe, które są rozpraszane z powrotem do wnęki. Jest zatem niewrażliwy na światło otoczenia. Metodę tę stosuje się do pomiaru prędkości i odległości celu z bardzo dużą dokładnością na dystansach do jednego metra. Jednomodowe VCSEL ze zintegrowanymi fotodiodami i polaryzacją stabilizowaną siatką umożliwiają tworzenie bardzo kompaktowych i opłacalnych produktów. Oprócz dobrze znanych zastosowań komputerowych urządzeń wejściowych, badane są również nowe zastosowania o jeszcze większej precyzji, takie jak pomiar prędkości jazdy w samochodach do 250 km/h. Wszystkie metody pomiarowe wykorzystują znane właściwości VCSEL, takie jak wytrzymałość, stabilność temperaturowa i potencjał zintegrowanych opakowań optyki i elektroniki. To sprawia, że ​​czujniki VCSEL idealnie nadają się do nowych zastosowań na dużą skalę na rynku konsumenckim i motoryzacyjnym.

Obecnie VCSEL są wykorzystywane głównie w transmisji danych. Oczekuje się, że rynek VCSEL znacznie wzrośnie wraz ze zmianą i wzrostem popytu na smartfony, urządzenia i technologie LiDAR, 5G i IoT. Ponieważ bardzo łatwo jest wyprodukować wiele laserów w jednym układzie, VCSEL będą miały ogromny potencjał do wykorzystania w tego typu nowych technologiach w ciągu następnych kilku dekad, o ile moc będzie nadal rosła w watach i kilowatach. W szczególności produkty nowej generacji do zastosowań przemysłowych i wykrywania 3D będą wymagały zastosowania na dużą skalę czujników VCSEL, aby spełnić potrzeby w zakresie projektowania i wydajności. Kiedy dwa lub trzy VCSEL są połączone w jednym chipie, można je wykorzystać do bardzo precyzyjnych pomiarów prędkości w zastosowaniach czujnikowych. Na przykład iPhone X wydany w 2017 roku korzystał z trzech VCSEL, aby umożliwić rozpoznawanie twarzy. Przełomowe produkty powstają, gdy VCSEL są łączone w tysiące, a nawet miliony na jednym chipie. Połączenie dziesięciu tysięcy VCSEL umożliwiłoby powszechne przyjęcie przez konsumentów technologii LiDAR, np. w samochodach autonomicznych.