Laserová dióda VCSEL

Pri porovnávaní laserov EEL a VCSEL existujú určité jasné rozdiely, vďaka ktorým sú VCSEL v mnohých ohľadoch špičkovou technológiou.

Štruktúra a funkčnosť:

Jeden z najvýraznejších rozdielov je v ich štruktúre. Lasery EEL sú tenké, dlhé a vyžarujú svetlo z okraja, čo obmedzuje ich škálovateľnosť a konzistentnosť výkonu. Na druhej strane VCSEL sú kompaktné a vyžarujú svetlo z povrchu, čo uľahčuje ich hromadnú výrobu pri zachovaní konzistentnosti výkonu. Je to ako porovnávať úzku slamku so široko otvoreným lievikom a rozdiel v dizajne môže mať drastický dopad na funkčnosť.

Energetická účinnosť:

Pokiaľ ide o spotrebu energie, lasery VCSEL sú ďaleko vpredu. Spotrebúvajú oveľa menej energie ako lasery EEL, vďaka čomu sú ideálne pre aplikácie, ktoré vyžadujú efektívny výkon. Toto je obzvlášť dôležité v dátových centrách a spotrebnej elektronike, kde je energetická efektívnosť čoraz väčším problémom. Prečo plytvať energiou, keď môžete dosiahnuť rovnaké alebo dokonca lepšie výsledky s menšou energiou?

Výkon optickej komunikácie:

Technológia VCSEL sa presadila aj v oblasti optických komunikácií. VCSEL, ktoré sú schopné prenášať dáta rýchlejšie a efektívnejšie ako lasery EEL, sa stávajú riešením voľby pre vysokorýchlostný prenos dát. To je dôležité vo svete, ktorý sa čoraz viac spolieha na rýchlu a spoľahlivú výmenu údajov.

Lasery vyžarujúce povrch s vertikálnou dutinou (VCSEL) ponúkajú rôzne výhody oproti iným typom laserov. Tieto výhody zahŕňajú: Povrchové vyžarovanie, poskytujúce flexibilitu dizajnu pre adresovateľné polia; Nízka teplotná závislosť vlnovej dĺžky lasera; Vynikajúca spoľahlivosť; Výrobný proces na úrovni oblátok. Vďaka týmto vlastnostiam sú VCSEL vhodnejšie pre širokú škálu aplikácií ako tradičné diódové lasery a LED diódy s okrajovým vyžarovaním. Technológia BrandNewTech VCSEL zahŕňa epitaxnú štruktúru a dizajn čipu, epitaxný rast, front-end a back-end spracovanie, balenie a pokročilé testovanie a simuláciu. VCSEL je dnes etablovaný svetelný zdroj na prenos dát v spojeniach na krátke vzdialenosti, prepojeniach a lokálnych sieťach (LAN, SANS atď.). V týchto aplikáciách je VCSEL modulovaný na prenos digitálnych signálov. Nedávne práce na analógovej modulácii VCSEL naznačujú, že VCSEL sú vhodnými svetelnými zdrojmi aj na prenos RF a mikrovlnných signálov napr. v sieťach s rádiovým káblom (RoF) používaných pri diaľkovom ovládaní antén v mobilných systémoch pre mobilnú komunikáciu. Existuje mnoho ďalších výhod: Vysoká účinnosť: VCSEL sú vysoko účinné a môžu produkovať veľa svetelného výkonu s relatívne nízkym príkonom. Vďaka tomu sú vhodné pre rôzne aplikácie, kde je dôležitá energetická účinnosť. Nízke náklady: Výroba VCSEL je relatívne jednoduchá, takže ich výroba je lacnejšia ako iné typy laserov. Nízka tvorba tepla: VCSEL generujú veľmi málo tepla, vďaka čomu sú vhodné na použitie v kompaktných zariadeniach, kde je problémom rozptyl tepla. Vysoká spoľahlivosť: VCSEL majú vysokú spoľahlivosť a dlhú životnosť, vďaka čomu sú vhodné pre kritické aplikácie, kde nie sú možné prestoje. Všestrannosť: VCSEL môžu byť navrhnuté tak, aby fungovali na rôznych vlnových dĺžkach a môžu byť modulované pri vysokých rýchlostiach, vďaka čomu sú vhodné pre širokú škálu aplikácií.

Senzory na báze VCSEL dokážu merať vzdialenosť a rýchlosť v troch rozmeroch a už sa vyrábajú vo veľkých množstvách pre profesionálne a spotrebiteľské aplikácie. Využíva niekoľko fyzikálnych princípov: VCSEL sa používajú ako infračervené osvetlenie pre sledovacie kamery. Vysokovýkonné polia v kombinácii so zobrazovacou optikou poskytujú rovnomerné osvetlenie scén v rozsahu stoviek metrov. Metóda doby letu využíva impulzné VCSEL ako svetelné zdroje, buď ako intenzívne jednotlivé impulzy s nízkym pracovným cyklom, alebo ako sledy impulzov. Kvôli citlivosti na svetlo pozadia a silnému útlmu signálu so vzdialenosťou sú potrebné výkony lasera niekoľko wattov na vzdialenosť až 100 metrov. Polia VCSEL umožňujú škálovateľnosť výkonu a môžu poskytovať veľmi krátke impulzy pri vyšších hustotách výkonu. Aplikácie siahajú od rozšírených funkcií v smartfónoch cez priemyselné senzory až po automobilový LiDAR pre asistenciu vodiča a autonómne riadenie. Samozmiešavacia interferometria pracuje s koherentnými laserovými fotónmi, ktoré sú rozptýlené späť do dutiny. Je teda necitlivý na okolité svetlo. Metóda sa používa na meranie cieľovej rýchlosti a vzdialenosti s veľmi vysokou presnosťou na vzdialenosti do jedného metra. Jednomódové VCSEL s integrovanými fotodiódami a mriežkou stabilizovanou polarizáciou umožňujú veľmi kompaktné a cenovo výhodné produkty. Okrem dobre známych aplikácií počítačových vstupných zariadení sa skúmajú aj nové aplikácie s ešte vyššou presnosťou, ako napríklad na meranie pozemnej rýchlosti v automobiloch do 250 km/h. Všetky meracie metódy využívajú známe vlastnosti VCSEL, ako je robustnosť, teplotná stabilita a potenciál pre integrované balenie optiky a elektroniky. Vďaka tomu sú snímače VCSEL ideálne vhodné pre nové rozsiahle aplikácie na spotrebiteľských a automobilových trhoch.

VCSEL sa v súčasnosti používajú predovšetkým v dátovej komunikácii. Očakáva sa, že trh VCSEL výrazne porastie, keďže dopyt po smartfónoch, LiDAR, 5G a IoT zariadeniach a technológiách sa posúva a rastie. Keďže je veľmi jednoduché vyrobiť viacero laserov na jednom poli, VCSEL budú mať v priebehu niekoľkých nasledujúcich desaťročí veľký potenciál na použitie v týchto typoch vznikajúcich technológií, pokiaľ výkon bude stúpať do wattov a kilowattov. Najmä produkty novej generácie v oblasti priemyselného a 3D snímania budú vyžadovať rozsiahle nasadenie VCSEL, aby sa splnili požiadavky na dizajn a výkon. Keď sú dva alebo tri VCSEL kombinované na jednom čipe, môžu byť použité na vysoko presné meranie rýchlosti v snímacích aplikáciách. Napríklad iPhone X vydaný v roku 2017 používal tri VCSEL na umožnenie rozpoznávania tváre. Prelomové produkty sa vyskytujú, keď sú VCSEL kombinované do tisícov alebo dokonca miliónov naraz na jednom čipe. Desaťtisíc VCSEL kombinovaných by umožnilo široké spotrebiteľské prijatie technológie LiDAR, napríklad pre autá s vlastným riadením.