VCSEL laserdiode

Når man sammenligner EEL-lasere med VCSEL-er, er det noen klare forskjeller som gjør VCSEL-er til en overlegen teknologi på mange måter.

Struktur og funksjonalitet:

En av de mest bemerkelsesverdige forskjellene er strukturen deres. EEL-lasere er tynne, lange og sender ut lys fra kanten, noe som begrenser deres skalerbarhet og ytelseskonsistens. VCSEL-er, derimot, er kompakte og sender ut lys fra overflaten, noe som gjør dem lettere å masseprodusere samtidig som ytelsen opprettholdes. Det er som å sammenligne et smalt sugerør med en vidåpen trakt, og forskjellen i design kan ha en drastisk innvirkning på funksjonaliteten.

Strømeffektivitet:

Når det gjelder strømforbruk, er VCSEL-lasere langt fremme. De bruker mye mindre strøm enn EEL-lasere, noe som gjør dem ideelle for applikasjoner som krever effektiv ytelse. Dette er spesielt viktig i datasentre og forbrukerelektronikk, hvor energieffektivitet er en økende bekymring. Hvorfor kaste bort energi når du kan få samme eller enda bedre resultater med mindre energi?

Optisk kommunikasjonsytelse:

VCSEL-teknologien gjør også en sprut innen optisk kommunikasjon. I stand til å overføre data raskere og mer effektivt enn EEL-lasere, er VCSEL-er i ferd med å bli den foretrukne løsningen for høyhastighets dataoverføring. Dette er viktig i en verden som i økende grad er avhengig av rask og pålitelig datautveksling.

Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs) gir ulike fordeler i forhold til andre typer lasere. Disse fordelene inkluderer: Overflateutslipp, som gir designfleksibilitet for adresserbare arrays; Lav temperaturavhengighet av laserbølgelengden; Utmerket pålitelighet; Produksjonsprosess på wafer-nivå. Disse funksjonene gjør VCSEL-er mer egnet for et bredt spekter av bruksområder enn tradisjonelle kant-emitterende diodelasere og LED-er. BrandNewTech VCSEL-teknologi inkluderer epitaksial struktur og brikkedesign, epitaksial vekst, front-end og back-end prosessering, pakking og avansert testing og simulering. VCSEL er i dag en etablert lyskilde for dataoverføring i kortdistanseforbindelser, sammenkoblinger og lokale nettverk (LAN, SANS, etc.). I disse applikasjonene er VCSEL på-av-modulert for overføring av digitale signaler. Nylig arbeid med analog modulering av VCSEL-er indikerer at VCSEL-er er egnede lyskilder også for overføring av RF- og mikrobølgesignaler i f.eks. radio-over-fiber (RoF)-nettverk som brukes i antennefjerning i mobilsystemer for mobilkommunikasjon. Det er mange flere fordeler: Høy effektivitet: VCSEL-er er svært effektive og kan produsere mye lys med relativt lav inngangseffekt. Dette gjør dem egnet for en rekke bruksområder der energieffektivitet er viktig. Lave kostnader: VCSEL-er er relativt enkle å produsere, så de er rimeligere å produsere enn andre typer lasere. Lav varmegenerering: VCSELer genererer svært lite varme, noe som gjør dem egnet for bruk i kompakte enheter der varmespredning er et problem. Høy pålitelighet: VCSEL-er har høy pålitelighet og lang levetid, noe som gjør dem egnet for virksomhetskritiske applikasjoner der nedetid ikke er et alternativ. Allsidighet: VCSEL-er kan utformes for å operere på en rekke bølgelengder og kan moduleres ved høye hastigheter, noe som gjør dem egnet for et bredt spekter av bruksområder.

VCSEL-baserte sensorer kan måle avstand og hastighet i tre dimensjoner og produseres allerede i store mengder for profesjonelle og forbrukerapplikasjoner. Den bruker flere fysiske prinsipper: VCSEL-er brukes som infrarød belysning for overvåkingskameraer. Høyeffektarrayer kombinert med bildeoptikk gir jevn belysning av scener over en rekkevidde på hundrevis av meter. Time-of-flight-metoden bruker pulserte VCSELer som lyskilder, enten som intense enkeltpulser med lav driftssyklus eller som pulstog. På grunn av følsomhet for bakgrunnslys og den sterke dempingen av signalet med avstand, kreves lasereffekter på flere watt på avstander opp til 100 meter. VCSEL-arrayer muliggjør skalerbarhet for strøm og kan levere svært korte pulser ved høyere effekttettheter. Applikasjonene spenner fra utvidet funksjonalitet i smarttelefoner til industrielle sensorer til bil-LiDAR for førerassistanse og autonom kjøring. Selvblandende interferometri fungerer med koherente laserfotoner som er spredt tilbake i hulrommet. Den er derfor ufølsom for omgivelseslys. Metoden brukes til å måle målhastighet og distanse med svært høy nøyaktighet over avstander på opptil én meter. Single-mode VCSELer med integrerte fotodioder og gitterstabilisert polarisering muliggjør svært kompakte og kostnadseffektive produkter. I tillegg til de velkjente bruksområdene til datamaskininndataenheter, undersøkes også nye bruksområder med enda høyere presisjon, for eksempel for måling av bakkehastighet i biler opp til 250 km/t. Alle målemetoder utnytter kjente VCSEL-egenskaper som robusthet, temperaturstabilitet og potensialet for integrert optikk og elektronisk emballasje. Dette gjør VCSEL-sensorer ideelt egnet for nye storskalaapplikasjoner i forbruker- og bilmarkedet.

For tiden brukes VCSEL-er primært i datakommunikasjon. VCSEL-markedet forventes å vokse betydelig ettersom etterspørselen etter smarttelefoner, LiDAR, 5G og IoT-enheter og -teknologier skifter og vokser. Siden det er veldig enkelt å lage flere lasere på en enkelt matrise, vil VCSEL-er ha stort potensiale for bruk i denne typen fremvoksende teknologier i løpet av de neste tiårene så lenge kraften fortsetter å klatre opp i watt og kilowatt. Spesielt neste generasjons produkter innen industriell og 3D-sensing vil kreve store distribusjoner av VCSELer for å møte design- og ytelsesbehov. Når to eller tre VCSEL-er kombineres på en enkelt brikke, kan de brukes til høypresisjonshastighetsmåling i sensingapplikasjoner. For eksempel brukte iPhone X utgitt i 2017 tre VCSEL-er for å aktivere ansiktsgjenkjenning. Banebrytende produkter oppstår når VCSEL-er kombineres til tusenvis eller til og med millioner om gangen på en enkelt brikke. Ti tusen VCSEL-er kombinert sammen ville muliggjøre utbredt forbrukeradopsjon av LiDAR-teknologi, for eksempel for selvkjørende biler.