VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser - laser cu emisie de suprafață cu cavitate verticală) este o diodă laser care emite lumină într-un fascicul în formă de con vertical de la suprafața unei plachete fabricate. VCSEL oferă numeroase avantaje comparativ cu laserele convenționale cu emisie pe margine, la care lumina este emisă de pe una sau două flancuri ale cipului. Fie pentru piața industrială, fie pentru mediul de consum – VCSEL sunt disponibile în diferite lungimi de undă. Lungimile de undă standard sunt în intervalul 760 nm, 850 nm și 940 nm.
Avantajele oferite de VCSEL de la TRUMPF
Ce este VCSEL și ce avantaje oferă în comparație cu alte diode laser? Ce structură face posibilă, în primul rând, funcționalitatea specială a matricelor VCSEL? De asemenea, pe această pagină puteți afla mai multe despre cele două tipuri de VCSEL și toate detaliile despre domeniile tipice de aplicare a diodelor laser în mediul industrial și de consum.
Ce este VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser - laser cu emisie de suprafață cu cavitate verticală)?
Ce avantaje oferă VCSEL?
Profil de fascicul laser optimizat
Forma rotundă a fasciculului laser, care poate fi chiar gaussiană, divergența redusă a fasciculului și diferitele moduri de lumină (Multimode și Singlemode) recomandă VCSEL pentru o varietate de aplicații.
Perfecte pentru aplicații de înaltă tehnologie
Datorită vitezei mari de modulare, calității fasciculului laser și eficienței energetice, matricele VCSEL sunt ideale pentru aplicații de înaltă tehnologie, cum ar fi sisteme de senzori 3D, LiDAR sau comunicații optice de date.
Economisește spațiu și costuri
Cu laserele cu emitere verticală, spațiul de construcție poate fi economisit și pot fi implementate matrice cu mai mulți emițători pe un singur cip. Acest lucru face posibilă fabricarea și controlul unui număr mare de piese la nivel de plachetă
Eficiență energetică ridicată
Puterea electrică absorbită a VCSEL în intervalul de miliwați foarte redus permite o funcționare foarte eficientă în aplicații mobile sau atunci când este utilizat în centre de date cu un consum de energie semnificativ redus în același timp.
Timp scurt de creștere și descreștere
Datorită timpului scurt de creștere și descreștere, cu VCSEL poate fi implementată o funcționare în impulsuri foarte rapidă. Acest lucru este deosebit de important pentru utilizarea în comunicațiile optice de date și în sistemele Time-Of-Flight (ToF).
Emisie spectrală de lumină în bandă îngustă
VCSEL permit emisia de lumină spectrală cu o lățime de bandă extrem de îngustă.
Integrare verticală simplă
Datorită emisiei verticale de lumină, caracteristicile suplimentare precum elementele de stabilizare a polarizării sau micro-sistemele optice pot fi integrate cu ușurință.
Un VCSEL funcționează astfel
Un VCSEL constă din numeroase straturi epitaxiale crescute succesiv. Stratul superior servește ca strat de contact pentru injecția de curent. Prima dintre cele două oglinzi urmează mai jos. Aceasta este dotată cu carbon și constă din mai multe straturi de AlGaAs cu conținut diferit de aluminiu. Reflexivitatea oglinzii superioare este de obicei de aproximativ 99 la sută.
După oglinda superioară urmează ecranul de oxid. Acesta constă dintr-un material cu un conținut ridicat de aluminiu, care este parțial pasivizat prin oxidare umedă. Partea interioară (nepasivizată) a ecranului de oxid este utilizată pentru constricția curentului și ghidarea optică. Ecranul de oxid definește numeroși parametri electro-optici importanți ai unui VCSEL.
Zona activă conține puțurile cuantice. Aceasta este folosită pentru amplificarea puterii.
Sub zona activă se află a doua oglindă, care este dotată cu siliciu și este semnificativ mai groasă decât oglinda superioară. Aceasta servește pentru a reflecta cât mai multă lumină posibil înapoi în zona activă. Reflexivitatea oglinzii inferioare este de obicei de aproximativ 99,9 la sută.
Singlemode VCSEL vs. Multimode VCSEL: Care sunt diferențele?
În prezent, există două tipuri de VCSEL: Singlemode VCSEL și Multimode VSCEL. Un Singlemode VCSEL produce un fascicul luminos cu puritate spectrală ridicată și are o divergență mai mică și o performanță de coerență mai mare decât un Multimode VCSEL. În timp ce Singlemode VCSEL se regăsesc adesea în numeroase aplicații industriale cu sisteme de senzori, Multimode VCSEL foarte compacte sunt utilizate în principal în aplicații mobile pentru consumatori și în senzori cu grad ridicat de integrare.
Care sunt aplicațiile tipice ale matricelor VCSEL?
Time-of-Flight (ToF)
Fie pentru sistem senzorial de distanță, autofocus laser sau pentru sisteme de senzori de adâncime foarte precise – matricele compacte VCSEL sunt adecvate pentru măsurători de la câțiva milimetri până la câțiva metri și sunt recomandate în special pentru aplicații pentru smartphone-uri.
Lumină structurată
Cu VCSEL care reflectă lumină structurată pe o suprafață sub forma unui model de puncte, modelele specificate pot fi mapate și recunoscute cu mare precizie. Diodele emițătoare de lumină joacă un rol important în recunoașterea facială la deblocarea unui smartphone, pentru detectarea securității la efectuarea plăților mobile sau la deschiderea ușilor.
Senzori industriali
Fie în legătură cu senzori de oxigen, unde sunt detectate particule din mediu, fie cu codificatoare optice, folosite pentru poziționare de înaltă precizie: Singlemode VCSEL într-o carcasă TO închisă ermetic rezistă chiar și la cele mai dure condiții de utilizare.
LiDAR
Matricele VCSEL sunt foarte adecvate pentru aplicațiile LiDAR. Timpul foarte scurt de creștere și descreștere a impulsurilor optice fac posibile impulsuri ultrascurte cu putere de vârf ridicată, ceea ce, la rândul său, contribuie la măsurarea la distanță mai mare. Puterea sistemului poate fi crescută semnificativ prin adresabilitatea diferitelor segmente din matricele VCSEL. Prin urmare, VCSEL vor juca un rol important în viitor în conducerea autonomă.
Comunicare optică de date prin fibră de sticlă
Prin soluțiile cu VCSEL și fotodiode, un semnal codificat poate fi trimis, primit la celălalt capăt și, în final, decodat într-un semnal electric. Performanța și fiabilitatea ridicată a componentelor sunt esențiale.
Tratament termic industrial (sisteme de încălzire VCSEL)
Numeroase aplicații industriale, cum ar fi îmbinarea, sudarea, uscarea, etanșarea, înmuierea sau încălzirea pot fi abordate cu sistemele de încălzire VCSEL de mare putere. Sursele de radiație laser pe bază de sisteme VCSEL au capacitatea de a încălzi suprafețe mari cu radiații infraroșii cu lungimi de undă selective țintite.
Contact