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VCSEL(垂直腔面发射激光器)


VCSEL,即垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser),是一种新型结构的半半导体激光器。
中文全称
垂直腔面发射激光器
英文全称
Vertical Cavity Surface Emitting Laser
简称
VCSEL

VCSEL指从垂直于衬底面射出激光的一种新型结构的半半导体激光器,以砷化镓半导体材料为基础研制。


VCSEL主要有三种结构: 45°镜面型、光栅耦合性、垂直腔型。

VCSEL主要结构分两部分:中心是有源区,包括体异质结和量子阱两种结构;其侧向结构可分为增益导引和环行掩埋异质结构两种。


VCSEL的制作过程:VCSEL的各个半导体层是采用分子束外延(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在GaAs衬底上外延生长而形成的,大约需要100多层,每层的厚度只有几纳米,在外延生长过程中要确保整个外延层的均匀性。


VCSEL特点:与传统发射激光器相比优点——

·具有较小的原场发散角,发射光束窄且圆,易与光纤进行耦合;

·阈值电流低;

·调制频率高;

·在很宽的温度和电流范围内均以单纵横模工作;

·不必解理,即可完成工艺制作和检测,成本低;

·易于实现大规模阵列及光电集成。


VCSEL应用领域: VCSEL从诞生起就作为新一代光存储和光通信应用的核心器件,应用在光并行处理、光识别、光互联系统、光存储等领域。随着工艺、材料技术改进,VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散热等领域的优势开始显现,逐渐应用于工业加热、环境监测、医疗设备等商业级应用以及3D感知等消费级应用。未来,随着智能化信息世界的不断发展,VCSEL将广泛应用在消费电子3D成像、物联网、数据中心/云计算、自动驾驶等领域。其中,VCSEL在消费电子领域发挥越来越重要的作用,VCSEL可用来进行智能手机人脸识别、无人机避障、VR/AR、扫地机器人、家用摄像头等。

(1)消费电子3D成像:VCSEL是消费电子视觉成像、三维感应的基础元器件,预计2020年,仅智能手机为VCSEL市场贡献超过20亿美元的收入。

(2)物联网:VCSEL是物联网的重要传感器件,预计2025年,全球将有数十亿设备接入物联网,全球物联网市场有望超过30万亿美元。

(3)数据中心/云计算:VCSEL用于数据中心,预计2020年,全球VCSEL数据通讯的市场规模将达到100亿美元。

(4)自动驾驶:VCSEL应用于自动驾驶中的车身通讯、传感器等,预计到2030年,激光雷达的使用数量将超过3亿枚。



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