VCSEL laserdiood

Kui võrrelda EEL-lasereid VCSEL-idega, siis on selgeid erinevusi, mis muudavad VCSEL-i mitmel viisil suurepäraseks tehnoloogiaks.

Struktuur ja funktsionaalsus:

Üks silmapaistvamaid erinevusi on nende struktuuris. EEL-laserid on õhukesed, pikad ja kiirgavad valgust servast, mis piirab nende mastaapsust ja jõudluse järjepidevust. VCSELid seevastu on kompaktsed ja kiirgavad pinnalt valgust, muutes nende masstootmise lihtsamaks, säilitades samal ajal jõudluse järjepidevuse. See on nagu kitsa õlekõrre võrdlemine laialt avatud lehtriga ning disaini erinevus võib funktsionaalsust drastiliselt mõjutada.

Energiatõhusus:

Energiatarbimise osas on VCSEL-laserid kaugel ees. Need tarbivad palju vähem energiat kui EEL-laserid, mistõttu on need ideaalsed rakenduste jaoks, mis nõuavad tõhusat jõudlust. See on eriti oluline andmekeskustes ja olmeelektroonikas, kus energiatõhusus on üha suurem murekoht. Milleks raisata energiat, kui vähema energiaga on võimalik saavutada sama või isegi paremaid tulemusi?

Optilise side jõudlus:

VCSEL-tehnoloogia teeb silmapaistvust ka optilise side valdkonnas. VCSEL-id, mis on võimelised andmeid edastama kiiremini ja tõhusamalt kui EEL-laserid, on muutumas kiireks andmeedastuseks valitud lahenduseks. See on oluline maailmas, mis tugineb üha enam kiirele ja usaldusväärsele andmevahetusele.

Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSEL) pakuvad teist tüüpi laserite ees mitmeid eeliseid. Need eelised hõlmavad järgmist: pinnakiirgus, mis tagab adresseeritavate massiivide disaini paindlikkuse; Laseri lainepikkuse sõltuvus madalast temperatuurist; Suurepärane töökindlus; Vahvlitaseme tootmisprotsess. Need funktsioonid muudavad VCSEL-id paljude rakenduste jaoks sobivamaks kui traditsioonilised serva kiirgavad dioodlaserid ja LED-id. BrandNewTech VCSEL-tehnoloogia hõlmab epitaksiaalset struktuuri ja kiibi disaini, epitaksiaalset kasvu, esi- ja tagaotsa töötlemist, pakkimist ning täiustatud testimist ja simulatsiooni. VCSEL on tänapäeval väljakujunenud valgusallikas andmeedastuseks lühimaaühendustes, ühendustes ja kohalikes võrkudes (LAN-id, SANS jne). Nendes rakendustes on VCSEL sisse-välja moduleeritud digitaalsete signaalide edastamiseks. Hiljutine töö VCSEL-ide analoogmodulatsiooni alal näitab, et VCSEL-id on sobivad valgusallikad ka RF- ja mikrolainesignaalide edastamiseks nt raadiosidevõrkudes (RoF), mida kasutatakse mobiilsidesüsteemides antennide kaugjuhtimisel. On veel palju eeliseid: Kõrge kasutegur: VCSEL-id on väga tõhusad ja suudavad suhteliselt väikese sisendvõimsusega toota palju valgust. See muudab need sobivaks mitmesuguste rakenduste jaoks, kus energiatõhusus on oluline. Madalad kulud: VCSELe on suhteliselt lihtne valmistada, seega on nende tootmine odavam kui muud tüüpi laserite puhul. Madal soojuse tootmine: VCSEL-id toodavad väga vähe soojust, mistõttu need sobivad kasutamiseks kompaktsetes seadmetes, kus soojuse hajumine on probleem. Kõrge töökindlus: VCSEL-idel on kõrge töökindlus ja pikk kasutusiga, mistõttu need sobivad missioonikriitiliste rakenduste jaoks, kus seisakuid pole võimalik kasutada. Mitmekülgsus: VCSELe saab konstrueerida töötama erinevatel lainepikkustel ja neid saab moduleerida suurel kiirusel, muutes need sobivaks paljude rakenduste jaoks.

VCSEL-põhised andurid suudavad mõõta distantsi ja kiirust kolmes mõõtmes ning neid toodetakse juba suurtes kogustes nii professionaalsete kui ka tarbijarakenduste jaoks. See kasutab mitmeid füüsilisi põhimõtteid: VCSEL-e kasutatakse valvekaamerate infrapunavalgustuseks. Suure võimsusega massiivid koos kujutise optikaga tagavad stseenide ühtlase valgustuse sadade meetrite ulatuses. Lennuaja meetod kasutab valgusallikatena impulss-VCSEL-e, kas intensiivsete üksikute impulssidena madala töötsükliga või impulsside jadadena. Taustvalguse tundlikkuse ja kaugusega signaali tugeva nõrgenemise tõttu on kuni 100 meetri kaugusel vaja mitu vatti laservõimsust. VCSEL-i massiivid võimaldavad võimsuse skaleeritavust ja suudavad edastada väga lühikesi impulsse suurema võimsustihedusega. Rakendused ulatuvad nutitelefonide laiendatud funktsionaalsusest kuni tööstuslike anduriteni kuni autode LiDAR-ni juhi abistamiseks ja autonoomse juhtimise jaoks. Ise segunev interferomeetria töötab koherentsete laserfootonitega, mis hajuvad tagasi õõnsusse. Seetõttu on see ümbritseva valguse suhtes tundlik. Meetodit kasutatakse sihtkiiruse ja kauguse mõõtmiseks väga suure täpsusega kuni ühemeetristel vahemaadel. Integreeritud fotodioodide ja võrega stabiliseeritud polarisatsiooniga üherežiimilised VCSEL-id võimaldavad väga kompaktseid ja kulutõhusaid tooteid. Lisaks arvutisisendseadmete tuntud rakendustele uuritakse ka uusi veelgi suurema täpsusega rakendusi, näiteks autode maakiiruse mõõtmiseks kuni 250 km/h. Kõik mõõtmismeetodid kasutavad VCSEL-i tuntud omadusi, nagu vastupidavus, temperatuuristabiilsus ning integreeritud optika- ja elektroonikapakendite potentsiaal. See muudab VCSEL-i andurid ideaalseks uuteks suuremahulisteks rakendusteks tarbija- ja autoturul.

Praegu kasutatakse VCSEL-e peamiselt andmesides. Eeldatakse, et VCSEL-i turg kasvab märkimisväärselt, kuna nõudlus nutitelefonide, LiDAR-i, 5G- ja IoT-seadmete ja -tehnoloogiate järele muutub ja kasvab. Kuna ühele massiivile on väga lihtne valmistada mitut laserit, on VCSEL-idel suur potentsiaal seda tüüpi uutes tehnoloogiates järgmise paarikümne aasta jooksul kasutamiseks seni, kuni võimsus kasvab jätkuvalt vattides ja kilovattides. Eelkõige tööstus- ja 3D-anduri järgmise põlvkonna tooted nõuavad disaini- ja jõudlusvajaduste rahuldamiseks VCSEL-ide ulatuslikku kasutuselevõttu. Kui kaks või kolm VCSEL-i on ühendatud ühel kiibil, saab neid kasutada ülitäpse kiiruse mõõtmiseks sensorrakendustes. Näiteks 2017. aastal välja antud iPhone X kasutas näotuvastuse võimaldamiseks kolme VCSEL-i. Läbimurdetooted tekivad siis, kui VCSEL-id kombineeritakse korraga tuhandeteks või isegi miljoniteks ühel kiibil. Kümme tuhat VCSEL-i kombineerituna võimaldaks tarbijatel LiDAR-tehnoloogia laialdaselt kasutusele võtta, näiteks isejuhtivate autode jaoks.