VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser) คือเลเซอร์ไดโอดที่เปล่งแสงเป็นลำแสงรูปกรวยในแนวตั้งจากพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ที่ประดิษฐ์ขึ้น VCSEL มีข้อดีมากมายถ้าเปรียบเทียบกับเลเซอร์แบบเปล่งขอบแบบทั่วไป ซึ่งเปล่งแสงที่หนึ่งหรือสองขอบของชิป ไม่ว่าจะใช้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมหรือผู้บริโภคก็ตาม VCSEL มีความยาวคลื่นต่างๆ ความยาวคลื่นมาตรฐานอยู่ในช่วง 760 nm, 850 nm และ 940 nm
ประโยชน์ของ TRUMPF VCSEL
VCSEL คืออะไรกันแน่ และมีประโยชน์อะไรบ้างหากเปรียบเทียบกับไดโอดเลเซอร์อื่นๆ? โครงสร้างใดที่สนับสนุนฟังก์ชั่นพิเศษของอาร์เรย์ VCSEL? เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ VCSEL สองประเภทรวมถึงรายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับการใช้งานเลเซอร์ไดโอดทั่วไปในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมและผู้บริโภคในหน้านี้
VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser) คืออะไร?
ข้อดีของ VCSEL มีอะไรบ้าง?
โปรไฟล์ลำแสงที่ปรับให้ดีที่สุด
รูปร่างของลำแสงกลม ซึ่งสามารถเป็นแบบเกาส์ ความเบี่ยงเบนของลำแสงต่ำ และโหมดแสงที่แตกต่างกัน (มัลติโหมดและโหมดเดี่ยว) กำหนด VCSEL ไว้ล่วงหน้าสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
เหมาะสมอย่างยิ่งกับกับการใช้งานที่มีเทคโนโลยีสูง
เนื่องจากความเร็วในการมอดูเลตที่สูง คุณภาพลำแสง และประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน อาร์เรย์ VCSEL จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีเทคโนโลยีสูง เช่น ระบบเซ็นเซอร์ 3D, LiDAR หรือการสื่อสารข้อมูลด้วยแสง
ประหยัดพื้นที่และค่าใช้จ่าย
เลเซอร์เปล่งแสงในแนวตั้งสามารถประหยัดพื้นที่การติดตั้งและอาร์เรย์ที่มีตัวส่งสัญญาณจำนวนมากสามารถรับรู้ได้ในชิปตัวเดียว ซึ่งช่วยให้ผลิตและทดสอบผลิตภัณฑ์จำนวนมากในระดับเวเฟอร์
ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง
การใช้พลังงานของ VCSEL ในช่วงมิลลิวัตต์ที่ต่ำมากช่วยให้การทำงานมีประสิทธิภาพมากในแอพพลิเคชั่นเคลื่อนที่ หรือแม้กระทั่งในศูนย์ข้อมูล ในขณะที่ลดการใช้พลังงานลงอย่างมาก
เวลาขึ้นและลงที่สั้น
ด้วยเวลาขึ้นและลงที่สั้น จะทำให้สามารถใช้โหมดพัลส์อย่างรวดเร็วด้วย VCSEL นี่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับใช้ในการสื่อสารข้อมูลด้วยแสงและระบบ Time-of-Flight (ToF)
การปล่อยแสงสเปกตรัมด้วยแบนด์วิดท์ที่แคบ
VCSEL ช่วยให้สามารถใช้งานการปล่อยแสงสเปกตรัมด้วยแบนด์วิดท์ที่แคบมาก
ผสานการทำงานได้อย่างง่ายดายในแนวตั้ง
เนื่องจากการปล่อยแสงในแนวตั้งจึงสามารถรวมคุณสมบัติเพิ่มเติม เช่น องค์ประกอบป้องกันภาพสั่นไหวโพลาไรซ์หรือไมโครออปติกส์ได้อย่างง่ายดาย
วิธีการทำงานของ VCSEL
VCSEL ประกอบด้วยชั้นผลึกเอพิแทกซีอย่างต่อเนื่อง ชั้นบนสุดทำหน้าที่เป็นชั้นสัมผัสกับการฉีดกระแสไฟฟ้า ด้านล่างเป็นกระจกบานแรกจากสองบาน ซึ่งเป็นสารเจือคาร์บอนและประกอบด้วย AlGaA หลายชั้นที่มีปริมาณอลูมิเนียมต่างกัน การสะท้อนของกระจกด้านบนมักจะอยู่ที่ประมาณ 99 เปอร์เซ็นต์
รองลงมาจากกระจกด้านบนมีไดอะแฟรมออกไซด์ ซึ่งประกอบด้วยวัสดุปริมาณอลูมิเนียมสูงซึ่งบางส่วนผ่านการออกซิเดชันแบบเปียก ส่วนด้านใน (ไม่มีฟิล์ม) ของไดอะแฟรมออกไซด์ทำหน้าที่เป็นกระแสแออัดและตัวนำแบบออปติคัล ไดอะแฟรมออกไซด์กำหนดพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าแสงที่สำคัญจำนวนมากของ VCSEL
โซนแอคทีฟประกอบด้วยบ่อศักย์ควอนตัม ซึ่งช่วยเพิ่มสมรรถนะ
ด้านล่างของโซนแอกทีฟคือกระจกบานที่สอง ซึ่งเจือซิลิโคนและหนากว่ากระจกด้านบนอย่างมาก ซึ่งช่วยสะท้อนแสงทั้งหมดกลับสู่โซนแอคทีฟ การสะท้อนของกระจกด้านล่างมักจะอยู่ที่ประมาณ 99.9 เปอร์เซ็นต์
VCSEL แบบโหมดเดี่ยวและ VCSEL แบบมัลติโหมดจะแตกต่างกันอย่างไร?
ปัจจุบันมี VSCEL สองประเภท: VSCEL แบบโหมดเดี่ยวและ VSCEL แบบมัลติโหมด VCSEL แบบโหมดเดี่ยวจะสร้างลำแสงที่มีความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมสูงและมีความเบี่ยงเบนน้อยและสมรรถนะการเชื่อมโยงที่สูงกว่า VCSEL แบบมัลติโหมด ในขณะที่พบ VCSEL แบบโหมดเดี่ยวได้บ่อยเป็นพิเศษในแอพพลิเคชั่นเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมจำนวนมาก จะมีการใช้ VCSEL แบบมัลติโหมดที่มีขนาดกะทัดรัดมากนั้นในแอพพลิเคชั่นสำหรับผู้บริโภคแบบเคลื่อนที่และเซ็นเซอร์แบบบูรณาการขั้นสูงเป็นหลัก
การใช้งานทั่วไปของอาร์เรย์ VCSEL เป็นอย่างไร?
Time-of-Flight (ToF)
ไม่ว่าจะเป็นการตรวจจับระยะห่าง การโฟกัสอัตโนมัติด้วยเลเซอร์ หรือการตรวจจับความลึกที่มีความแม่นยำสูง อาร์เรย์ VCSEL ขนาดกะทัดรัดนี้เหมาะสำหรับการตรวจวัดตั้งแต่สองสามมิลลิเมตรจนถึงหลายเมตร เหมาะสมอย่างยิ่งกับแอพพลิเคชั่นสมาร์ทโฟน
แสงที่มีโครงสร้าง
ด้วย VCSEL ที่ฉายแสงที่มีโครงสร้างลงบนพื้นผิวในรูปแบบของลายจุด จึงสามารถถ่ายภาพและตรวจจับรูปแบบที่ระบุได้อย่างแม่นยำ เช่น ไดโอดแสงมีบทบาทสำคัญในการจดจำใบหน้าเมื่อปลดล็อคสมาร์ทโฟน เพื่อการจดจำความปลอดภัยเมื่อชำระเงินผ่านมือถือ หรือเมื่อเปิดประตู
เซ็นเซอร์อุตสาหกรรม
ไม่ว่าจะอยู่ในบริบทของเซ็นเซอร์ออกซิเจน ซึ่งตรวจพบอนุภาคในสิ่งแวดล้อม หรือเอ็นโค้ดเดอร์ออปติคัล ซึ่งใช้สำหรับการจัดตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง: VCSEL แบบโหมดเดี่ยวในตัวเรือน TO ที่ปิดผนึกแน่นสามารถทนต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรงได้
LiDAR
อาร์เรย์ VCSEL เหมาะสมอย่างยิ่งกับการใช้งาน LiDAR เวลาขึ้นและลงที่ต่ำมากของพัลส์ออปติคัลทำให้การพัลส์เป็นจังหวะสั้นๆ เป็นพิเศษด้วยกำลังสูงสุด ซึ่งจะทำให้การวัดระยะห่างสูงขึ้น สามารถเพิ่มสมรรถนะของระบบได้ด้วยการเรียกเซ็กเมนต์ต่างๆ ที่อาร์เรย์ VCSEL อย่างเห็นได้ชัด ดังนั้น VCSEL จึงมีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีรถยนต์ไร้คนขับในอนาคต
การสื่อสารข้อมูลด้วยแสงผ่านเส้นใยแก้ว
โซลูชัน VCSEL และโฟโตไดโอดช่วยให้สามารถส่งสัญญาณที่เข้ารหัสแล้วรับที่ปลายอีกด้านหนึ่ง และถอดรหัสเป็นสัญญาณไฟฟ้าในที่สุด โดยประสิทธิภาพสูงและความแม่นยำของส่วนประกอบมีความสำคัญอย่างยิ่ง
กระบวนการทำความร้อนอุตสาหกรรม (ระบบทำความร้อน VCSEL)
สามารถเรียกใช้การใช้งานด้านอุตสาหกรรมต่างๆ จำนวนมากมาย ได้แก่ การตอกเชื่อม การเชื่อม การแห้งตัว การปิดผนึก การอ่อนตัว หรือการทำความร้อน โดยใช้ระบบทำความร้อน VCSEL แบบสมรรถนะสูง แหล่งกำเนิดลำแสงเลเซอร์จากอาร์เรย์ VCSEL สามารถให้ความร้อนแก่พื้นที่ขนาดใหญ่ด้วยรังสีอินฟาเรเตอร์แบบเลือกทิศทางและความยาวคลื่น
การติดต่อ