VCSEL (vertical cavitiy surface emitting laser) je laserová dioda, která vyzařuje světlo v kuželovitém paprsku vertikálně od povrchu vytvořené desky. VCSEL nabízejí mnoho výhod v porovnání s obvyklými lasery emitujícími u okrajů, u kterých světlo vystupuje u jedné nebo dvou bočních stran čipu. Ať pro průmyslový trh nebo pro spotřebitelské prostředí – VCSEL jsou k dispozici v různých vlnových délkách. Standardní vlnové délky se při tom pohybují v oblasti 760 nm, 850 nm a 940 nm.
![](/filestorage/TRUMPF_Master/_processed_/7/5/csm_TRUMPF-knowledge-page-VCSEL-keyvisual_0ee25bc590.jpg)
Výhody TRUMPF VCSEL
Co je vlastně VCSEL a jaké výhody nabízí v porovnání s jinými laserovými diodami? Jaká konstrukce teprve umožní speciální způsob funkce VCSEL Arrays? Kromě toho zjistěte na této stránce více o dvou typech VCSEL a také všechny detaily k typickým aplikačním polím laserových diod v průmyslovém a spotřebitelském prostředí.
Co je VCSEL (vertical cavitiy surface emitting laser)?
![](/filestorage/TRUMPF_Master/_processed_/4/d/csm_TRUMPF-knowledge-page-VCSEL-production-lab_614ea0cb2f.jpg)
Jaké výhody nabízejí VCSEL?
Kulatý tvar paprsku, který může být dokonce Gaussova tvaru, nízká divergence paprsku a také různé režimy světla (multimode a singlemode) předurčují VCSEL pro velké množství aplikací.
Díky svým vysokým modulačním rychlostem, kvalitě paprsku a energetické efektivitě se VCSEL Arrays optimálně hodí pro high-tech aplikace jako například 3D senzorika, LiDAR nebo optická datová komunikace.
Díky vertikálně emitujícím laserům lze ušetřit výrobní prostor a Arrays s mnoha emitory realizovat na jednom čipu. Tím lze na úrovni desky vyrábět a testovat ve vysokém počtu kusů
Příkon VCSEL ve velmi nízkém miliwatovém rozsahu umožňuje velmi efektivní provoz v mobilních aplikacích, nebo také při používání v datových centrech při současně značně snížené spotřebě proudu.
Díky krátkým dobám nárůstu a poklesu lze s VCSEL realizovat velmi rychlý impulzní provoz. To je především důležité pro použití v optické datové komunikaci a u systémů Time-Of-Flight (ToF).
VCSEL umožňují spektrální emisi světla s extrémně úzkou šířkou pásma.
Na základě vertikální emise světla lze integrovat další funkce jako polarizačně stabilizující prvky nebo mikro optiky.
Takto funguje VCSEL
![](/filestorage/TRUMPF_Master/_processed_/2/b/csm_TRUMPF-knowledge-page-VCSEL-sketch_3a82b7d724.jpg)
VCSEL sestává z mnoha po sobě následovně vytvořených epitaktických vrstev. Nejhornější vrstva slouží jako kontaktní vrstva k proudové injektáži. Pod ní následuje první z obou zrcadel. To je dotováno uhlíkem a sestává z více vrstev AlGaAs s různým obsahem hliníku. Reflektivita horního zrcadla je zpravidla asi okolo 99 procent.
Po horním zrcadle následuje oxidová clona. Ta sestává z materiálu s vysokým obsahem hliníku, který je částečně pasivován mokrou oxidací. Vnitřní (nepasivovaný) díl oxidové clony slouží ke svázání proudu a k optickému vedení. Oxidová clona definuje četné důležité elektrooptické parametry VCSEL.
V aktivní zóně jsou obsaženy kvantové objekty. Ta slouží k zesílení výkonu.
Pod aktivní zónou je druhé zrcadlo, které je dotováno křemíkem a je podstatně silnější než horní zrcadlo. To slouží k odrazu pokud možno veškerého světla zpět do aktivní zóny. Reflektivita dolního zrcadla je zpravidla asi okolo 99,9 procent.
Singlemode VCSEL oproti multimode VCSEL: Kde jsou rozdíly?
![Technologický obrázek režimu Single a Multi laseru VCSEL, TRUMPF Photonic Components](/filestorage/TRUMPF_Master/_processed_/8/1/csm_Photonics-single-multi-mode-VCSEL-technology-picture_b75131193e.jpg)
Aktuálně jsou dva druhy VSCEL: Singlemode VSCEL a multimode VSCEL. Singlemode VCSEL vytváří světelný paprsek s vysokou spektrální čistotou a vykazuje nižší divergenci a také vyšší koherentní výkon než multimode VCSEL. Zatímco se singlemode VCSEL zvláště často nacházejí v četných průmyslových senzorových aplikacích, jsou velmi kompaktní multimode VCSEL používány především v mobilních spotřebitelských aplikacích a vysoce integrovaných senzorech.