VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser) е лазерен диод, който излъчва светлината в конусен лъч, вертикално от повърхността на произведена пластина. VCSEL предлагат много предимства в сравнение с обикновените, излъчващи от ръба лазери, при които светлината излиза от един или два ръба по периферията на чипа. Независимо дали за промишления пазар или за потребителската среда – VCSEL са налични в различни дължини на вълната. Стандартите дължини на вълната се движат в диапазона 760 nm, 850 nm и 940 nm.
Предимствата на TRUMPF VCSEL
Какво е VCSEL и какви предимства предлага в сравнение с други лазерни диоди? Каква конструкция прави възможен специалния принцип на действие на матриците от VCSEL? Освен това на тази страница научете повече за двата вида VCSEL и всички подробности за типичните области на приложение на лазерните диоди в промишлената и потребителската среда.
Какво е VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser)?
Какви предимства предлагат VCSEL?
Оптимизиран профил на лъча
Кръглата форма на лъча, която може да е дори Гаусова, малката разходимост и различните светлинни режими (многорежимен и еднорежимен) предопределят VCSEL за множество приложения.
Перфектни за високотехнологични приложения
Благодарение на високите си скорости на модулация, качеството на лъча и енергийната ефективност, матриците от VCSEL подхождат оптимално за високотехнологични приложения, като напр. 3D сензорна система, LiDAR или оптичен обмен на данни.
Спестява място и разходи
Благодарение на вертикално излъчващия лазер може да се спести инсталационен обем и да се реализират матрици с много излъчватели на един чип. Благодарение на това върху повърхността на пластината могат да се произвеждат и тестват големи количества детайли
Висока енергийна ефективност
Консумираната мощност на VCSEL в рамките на няколко миливата позволява много ефективна работа в мобилни приложения или при използването в центрове за данни при същевременно значително намалено потребление на ток.
Кратки времена за нарастване и спадане
С VCSEL може да се реализира много бърз импулсен режим, благодарение на краткото време за нарастване и спадане. Това е важно основно за използването в оптичния обмен на данни и при системи за измерване на временната разлика между излъчения и отразения лъч (ToF).
Теснолентово спектрално излъчване на светлина
VCSEL позволяват спектрално излъчване на светлина с изключително тясна ширина на лентата.
Лесна вертикална интеграция
Благодарение на вертикалното излъчване на светлина лесно могат да се интегрират допълнителни функции, като елементи за стабилизиране на поляризацията или микрооптики.
Така функционира VCSEL
VCSEL се състои от множество последователни епитаксиални слоеве. Най-горният слой служи като контактен слой към токовото инжектиране. Под него следва първото от двете огледала. То е легирано с въглерод и се състои от няколко слоя от AlGaAs с различно съдържание на алуминий. Отражателната способност на горното огледало по принцип е 99 процента.
След горното огледало идва оксидната бленда. Тя се състои от материал с високо съдържание на алуминий, който е частично пасивиран чрез мокра оксидация. Вътрешната (непасивирана) част на оксидната бленда служи за прокарване на ток и оптичен водач. Оксидната бленда определя многобройни важни електрооптични параметри на VCSEL.
В активната зона се съдържат квантовите ями. Тя служи за усилване на мощността.
Под активната зона е второто огледало, легирано със силиций и значително по-дебело от горното огледало. То служи за отражение на максимум от цялата светлина обратно в активната зона. Отражателната способност на долното огледало по принцип е 99,9 процента.
Еднорежимен VSCEL срещу многорежимен VCSEL: Какви за разликите?
Има два вида VSCEL: еднорежимен VSCEL и многорежимен VCSEL. Еднорежимният VSCEL генерира светлинен лъч с висока спектрална чистота и има много малка разходимост, както и по-висока кохерентна мощност от многорежимен VCSEL. Докато еднорежимни VSCEL има често в многобройни промишлени приложения на сензори, много компактните многорежимни VCSEL се използват предимно в мобилни потребителски приложения и високоинтегрирани сензори.
Кои са типичните приложения на матрици от VCSEL?
Измерване на временната разлика между излъчения и отразения лъч (ToF)
Дали за сензорна система за разстояние, автоматичен фокус за лазери или за сензорна система за дълбочина с висока прецизност – компактните матрици от VCSEL са подходящи за измерванията от няколко милиметра до много метри и са предназначени преди всичко за приложения за смартфони.
Структурирана светлина
Зададени модели могат да се изобразяват и разпознават с най-висока прецизност с VCSEL, които хвърлят върху повърхност структурирана светлина под формата на точков модел. Така светлинните диоди играят важна роля в разпознаването на лица при отключването на смартфон, разпознаване с цел безопасност при мобилно плащане или при отваряне на врати.
Промишлени сензори
Независимо дали комбинация със сензори за кислород, при които се установяват частици в околната среда, или при оптични енкодери, които се използват за позициониране с най-висока прецизност – еднорежимните VCSEL в херметичен корпус TO издържат и при най-трудните експлоатационни условия.
LiDAR
Матриците от VCSEL са много подходящи за LiDAR приложения. Много ниските времена на повишаване и спадане на оптичния импулс позволяват изключително кратки импулси с високи върхови мощности, което допринася за измерване на по-големи разстояния. Мощността на системата може значително да се повиши благодарение на възможността за адресиране на различни сегменти върху матриците от VCSEL. С това VCSEL ще играят в бъдеще важна роля за автономното шофиране.
Оптичен обмен на данни чрез стъкловлакно
Чрез решенията с VCSEL и фотодиоди може да се изпрати кодиран сигнал, да се получи на другия край и накрая да се декодира в електрически сигнал. Решаващи са високата производителност и надеждност на компонентите.
Промишлена термообработка (системи за нагряване с VCSEL)
Със системите за нагряване с VCSEL с голяма мощност могат да се адресират многобройни промишлени приложения като съединяване, заваряване, сушене, запечатване, пластифициране или нагряване. Лъчевите генератори, базирани на матриците от VCSEL, са в състояние да затоплят големи площи с насочено инфрачервено лъчение с контролирана дължина на вълната.
Контакт