VCSEL turi plačią taikymo sritį ir sparčiai tobulėja 3D veido atpažinimo, papildytosios realybės, automobilių salono jutimo, taip pat savarankiškai važiuojančių automobilių (pvz., LIDAR) ir mašinų matymo srityse.
I. Kas yra VCSEL lazeris?
VCSEL lazeris yra vertikalaus ertmės paviršiaus spinduliuojančio lazerio (VCSEL) santrumpa. Puslaidininkinis lazerinis diodas skleidžia labai efektyvų šviesos spindulį vertikaliai nuo viršutinio paviršiaus. 1977 m. tyrimų grupė, vadovaujama Tokijo instituto prof. Kenichi Iga. of Technology pirmą kartą pasiūlė pagaminti vertikalaus ertmės paviršiaus spinduliavimo lazerį (VCSEL). 1977 m. Tokijo technologijos instituto profesoriaus Kenichi Iga vadovaujama tyrimų grupė pirmą kartą pasiūlė idėją pagaminti vertikalios ertmės paviršių spinduliuojantį lazerį (VCSEL), o 1979 m. – pirmąjį VCSEL lazerį, kuris galėtų būti valdomas impulsiniu būdu 77 laipsnių temperatūroje. K buvo realizuotas.
VCSEL lazeris susideda iš paskirstyto Bragg reflektoriaus (DBR) viršuje ir apačioje bei šviesą skleidžiančios zonos struktūros centre.
VCSEL turi keletą pranašumų, palyginti su kitų tipų lazeriais, įskaitant:
1. Gamybos ir integravimo paprastumas: VCSEL yra gana paprasta pagaminti naudojant standartinius puslaidininkinius procesus ir juos galima integruoti su kitais elektroniniais komponentais, kad susidarytų labai integruotos sistemos.
2. Didelis efektyvumas: didelis VCSEL elektrinis-optinis konversijos efektyvumas leidžia pasiekti didelę šviesos išeigą esant mažai galiai, pvz., optiniams ryšiams, optinei saugyklai ir kitose srityse.
3. Didelė sparta: VCSEL gali pasiekti kelių gigabitų per sekundę (Gbps) greitį, todėl jie tinkami didelės spartos duomenų perdavimui.
4. Siauras spindulys: VCSEL spindulys yra labai siauras, todėl galima geriau fokusuoti ir nustatyti padėtį, tinka LIDAR, optiniams ryšiams ir kitoms sritims.
5. Ilgas tarnavimo laikas: VCSEL turi ilgą tarnavimo laiką ir gali išlaikyti stabilią produkciją ilgą laiką.
6. Maža kaina: palyginti žemos VCSEL gamybos sąnaudos leidžia gaminti masinę gamybą ir yra tinkamas didelio masto reikmėms.
VCSEL turi pranašumų dėl gamybos sąnaudų, galios konversijos efektyvumo, greičio, integracijos ir kt., todėl jis plačiai naudojamas optiniuose ryšiuose, optinėje saugykloje, LIDAR, biomedicinoje ir kitose srityse. „Yole Research“ duomenimis, pasaulinė VCSEL rinka išaugs nuo 1,2 mlrd. USD 2021 m. iki 2,4 mlrd. USD iki 2026 m., o CAGR tuo laikotarpiu sieks 13,6 proc.
Antra, kodėl VCSEL su DPC substratu
DPC keraminis pagrindas turi daug savybių, tokių kaip didelis šilumos laidumas, aukšta izoliacija, didelis linijos tikslumas, didelis paviršiaus lygumas ir šiluminio plėtimosi koeficientas, suderintas su lustu, gali būti vertikaliai sujungtas ir kt., o tai labai atitinka VCSEL kapsuliavimo reikalavimus ir turi platų VCSEL taikymo perspektyvų spektrą.
1. Geras šilumos išsklaidymas
VCSEL lusto konversijos efektyvumas yra mažas, todėl kyla rimtų šilumos išsklaidymo problemų, DPC substrato vertikalus sujungimas, vidinio nepriklausomo laidaus kanalo susidarymas, pati keramika yra ir izoliatorius, bet ir šilumos išsklaidymo, kad būtų pasiektas termoelektrinis atskyrimas.
2. Didelis patikimumas
VCSEL lusto galios tankis yra labai didelis, reikia atsižvelgti į lusto ir pagrindo šiluminio plėtimosi neatitikimą, kurį sukelia streso problema, ir keraminį pagrindą su dideliu VCSEL atitinkančiu šiluminio plėtimosi koeficientu. Be to, DPC keraminis substratas gali realizuoti metalinį rėmą ir keraminį pagrindą iš vientiso liejimo, sandariai integruoto, išvengiant papildomo įklijavimo proceso, suderinimo tikslumo ir kitų problemų, taip pat klijų senėjimo problemų patikimumo.
3. Vertikalus sujungimas
VCSEL paketai turi būti nustatyti iki objektyvo virš lusto, tai yra, substratas turi būti pagamintas į trimatę kamerą, DPC substratas turi labai patikimų vertikalių sujungimo pranašumų vertikaliam eutektiniam suvirinimui.
