A VCSEL (vertical cavity surface emitting laser - függőleges üregű felületkibocsátó lézer) olyan lézerdióda, amely függőleges irányban, kúp alakú sugárban bocsátja ki a fényt egy legyártott lapka felületéről. A VCSEL-ek számos előnyt kínálnak a hagyományos, széleken sugárzó lézerekkel szemben, amelyek a chip egy vagy két szélén bocsátják ki a fényt. Mind az ipari piacra, mind pedig a fogyasztói környezetbe szánt VCSEL-ek különböző hullámhosszakkal kaphatók. A szabványos hullámhosszok a 760 nm, 850 nm és 940 nm tartományba esnek.
A TRUMPF VCSEL előnyei
Mi is az a VCSEL és milyen előnyöket kínál más lézerdiódákkal szemben? Mi az a struktúra, amely a VCSEL tömbök különleges működési módját egyáltalán lehetővé teszi? Ezen az oldalon többet megtudhat a VCSEL-ek két típusáról, valamint a lézerdiódák tipikus ipari és fogyasztói alkalmazásainak minden részletéről.
Mi is az a VCSEL (függőleges üregű felületkibocsátó lézer)?
Milyen előnyei vannak a VCSEL-eknek?
Optimalizált sugárprofil
A kerek, akár Gauss-alakú fénysugár, az alacsony sugárdivergencia és a különböző fénymódok (multimódusú és egymódusú) lehetővé teszik a VCSEL-ek alkalmazását a legkülönbözőbb területeken.
Tökéletesen alkalmasak high-tech alkalmazásokhoz
Nagy modulációs sebességüknek, sugárminőségüknek és energiahatékonyságuknak köszönhetően a VCSEL tömbök ideálisak az olyan csúcstechnológiai alkalmazásokhoz, mint a 3D érzékelők, a LiDAR vagy az optikai adatkommunikáció.
Helyet és költségeket takarít meg
A függőlegesen kibocsátó lézerek révén az építőtérfogat csökkenthető és egy chipen több emitterrel rendelkező tömbök valósíthatók meg. Ez lehetővé teszi a nagy volumenű gyártást és a tesztelést lapkaszinten.
Nagy energiahatékonyság
A VCSEL-ek nagyon alacsony, milliwattos tartományba eső energiafogyasztása lehetővé teszi a nagyon hatékony működést mobil alkalmazásokban vagy akár adatközpontokban is az áramfogyasztás egyidejű csökkentése mellett.
Rövid felfutási és lecsengési idők
A rövid felfutási és lecsengési időknek köszönhetően a VCSEL-rel nagyon gyors impulzus üzemmód valósítható meg. Ez különösen fontos az optikai adatkommunikációban és a Time-Of-Flight (ToF) rendszerekben való felhasználás szempontjából.
Keskeny sávszélességű spektrális fény kibocsátása
A VCSEL-ek rendkívül keskeny sávszélességű spektrális fény kibocsátását teszik lehetővé.
Egyszerű függőleges integráció
A függőleges fénykibocsátásnak köszönhetően könnyen integrálhatók további funkciók, például polarizáció-stabilizáló elemek vagy mikrooptikák.
Így működik egy VCSEL
A VCSEL sok egymás után növesztett epitaxiális rétegből áll. A legfelső réteg az árambefecskendezéshez szükséges érintkezőrétegként szolgál. Alatta következik a két tükör közül az első. Ez szénnel adalékolt; több, különböző alumíniumtartalmú AlGaAs rétegből tevődik össze. A felső tükör visszaverő képessége általában kb. 99 százalék.
A felső tükör után következik az oxidblende. Ez nagy alumíniumtartalmú anyagból áll, amelyet nedves oxidációval részben passziváltak. Az oxidblende belső (nem passzivált) része áramszűkítésre és optikai vezetésre szolgál. Az oxidblende a VCSEL számos fontos elektrooptikai paraméterét határozza meg.
Az aktív zóna tartalmazza a kvantumkutakat. Ez a teljesítmény erősítésére szolgál.
Az aktív zóna alatt található a második tükör, amely szilíciummal adalékolt és lényegesen vastagabb, mint a felső tükör. Ez arra szolgál, hogy a lehető legtöbb fényt visszaverje az aktív zónába. Az alsó tükör fényvisszaverő képessége körülbelül 99,9 százalék.
Egymódusú VCSEL összehasonlítása többmódusúakkal: Miben rejlenek a különbségek?
Jelenleg kétféle VSCEL létezik: egymódusú és többmódusú VSCEL. Az egymódusú VCSEL nagy spektrális tisztaságú fénynyalábot hoz létre; kisebb divergenciájú és nagyobb koherens teljesítménnyel rendelkezik, mint a többmódusú VCSEL. Míg az egymódusú VCSEL-eket különösen gyakran alkalmazzák számos ipari szenzoros alkalmazásban, addig a nagyon kompakt, többmódusú VCSEL-ek elsősorban a mobil fogyasztói alkalmazásokban és a magas fokon integrált integrált érzékelőkben kapnak szerepet.
Melyek a VCSEL tömbök tipikus alkalmazásai?
Time-of-Flight (ToF)
Legyen szó távolságérzékelésről, lézeres autofókuszról vagy nagy pontosságú mélységérzékelésről, a kompakt VCSEL-tömbök alkalmasak a néhány millimétertől akár több méterig terjedő mérésekhez és különösen jól alkalmazhatók okostelefonokban.
Strukturált fény
A VCSEL-ekkel, amelyek pontmintázat formájában strukturált fényt vetítenek egy felületre, előzetesen megadott minták nagy pontossággal leképezhetők és detektálhatók. A fénykibocsátó diódák például fontos szerepet játszanak az arcfelismerésben az okostelefonok feloldásakor, a biztonsági felismerésében mobiltelefonnal történő fizetés esetén vagy ajtónyitáskor.
Ipari érzékelők
Legyen szó akár oxigénérzékelőkről, amelyek a környezetben lévő részecskéket érzékelik vagy optikai kódolókról, amelyeket nagy pontosságú pozicionálásra használnak: az egymódusú VCSEL-ek a hermetikusan zárt TO burkolatukban még a zord üzemi körülményeknek is ellenállnak.
LiDAR
A VCSEL tömbök kiválóan megfelelnek a LiDAR alkalmazásokhoz. Az optikai impulzusok nagyon alacsony felfutási és lecsengési ideje lehetővé teszi a nagy csúcsteljesítményű, ultrarövid impulzusok alkalmazását, ami viszont elősegíti nagyobb távolságok mérését. A rendszer teljesítménye jelentősen növelhető a VCSEL tömbök különböző szegmenseinek címezhetősége révén. A VCSEL-ek így a jövőben fontos szerepet fognak játszani járművezető nélküli közlekedésben.
Optikai adatkommunikáció optikai szálon keresztül
A VCSEL- és a fotodióda-megoldások révén kódolt jelet lehet küldeni, a kommunikációs rendszer másik végén fogadni, majd végül elektromos jellé dekódolni. A komponensek nagy teljesítménye és megbízhatósága e tekintetben döntő fontosságú.
Ipari hőkezelés (VCSEL fűtési rendszerek)
A nagy teljesítményű VCSEL fűtési rendszerekkel számos ipari alkalmazás - például illesztés, hegesztés, szárítás, lezárás, lágyítás vagy felhevítés - megvalósítható. A VCSEL tömb alapú sugárforrások nagy felületeket irányított, hullámhossz-szelektív infravörös sugárzással tudnak felmelegíteni.
Kapcsolat