VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser) คือเลเซอร์ไดโอดที่เปล่งแสงเป็นลำแสงรูปกรวยในแนวตั้งจากพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ที่ประดิษฐ์ขึ้น VCSEL มีข้อดีมากมายถ้าเปรียบเทียบกับเลเซอร์แบบเปล่งขอบแบบทั่วไป ซึ่งเปล่งแสงที่หนึ่งหรือสองขอบของชิป ไม่ว่าจะใช้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมหรือผู้บริโภคก็ตาม VCSEL มีความยาวคลื่นต่างๆ ความยาวคลื่นมาตรฐานอยู่ในช่วง 760 nm, 850 nm และ 940 nm
![](/filestorage/TRUMPF_Master/_processed_/7/5/csm_TRUMPF-knowledge-page-VCSEL-keyvisual_0ee25bc590.jpg)
ประโยชน์ของ TRUMPF VCSEL
VCSEL คืออะไรกันแน่ และมีประโยชน์อะไรบ้างหากเปรียบเทียบกับไดโอดเลเซอร์อื่นๆ? โครงสร้างใดที่สนับสนุนฟังก์ชั่นพิเศษของอาร์เรย์ VCSEL? เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ VCSEL สองประเภทรวมถึงรายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับการใช้งานเลเซอร์ไดโอดทั่วไปในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมและผู้บริโภคในหน้านี้
VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser) คืออะไร?
![](/filestorage/TRUMPF_Master/_processed_/4/d/csm_TRUMPF-knowledge-page-VCSEL-production-lab_614ea0cb2f.jpg)
ข้อดีของ VCSEL มีอะไรบ้าง?
รูปร่างของลำแสงกลม ซึ่งสามารถเป็นแบบเกาส์ ความเบี่ยงเบนของลำแสงต่ำ และโหมดแสงที่แตกต่างกัน (มัลติโหมดและโหมดเดี่ยว) กำหนด VCSEL ไว้ล่วงหน้าสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
เนื่องจากความเร็วในการมอดูเลตที่สูง คุณภาพลำแสง และประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน อาร์เรย์ VCSEL จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีเทคโนโลยีสูง เช่น ระบบเซ็นเซอร์ 3D, LiDAR หรือการสื่อสารข้อมูลด้วยแสง
เลเซอร์เปล่งแสงในแนวตั้งสามารถประหยัดพื้นที่การติดตั้งและอาร์เรย์ที่มีตัวส่งสัญญาณจำนวนมากสามารถรับรู้ได้ในชิปตัวเดียว ซึ่งช่วยให้ผลิตและทดสอบผลิตภัณฑ์จำนวนมากในระดับเวเฟอร์
การใช้พลังงานของ VCSEL ในช่วงมิลลิวัตต์ที่ต่ำมากช่วยให้การทำงานมีประสิทธิภาพมากในแอพพลิเคชั่นเคลื่อนที่ หรือแม้กระทั่งในศูนย์ข้อมูล ในขณะที่ลดการใช้พลังงานลงอย่างมาก
ด้วยเวลาขึ้นและลงที่สั้น จะทำให้สามารถใช้โหมดพัลส์อย่างรวดเร็วด้วย VCSEL นี่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับใช้ในการสื่อสารข้อมูลด้วยแสงและระบบ Time-of-Flight (ToF)
VCSEL ช่วยให้สามารถใช้งานการปล่อยแสงสเปกตรัมด้วยแบนด์วิดท์ที่แคบมาก
เนื่องจากการปล่อยแสงในแนวตั้งจึงสามารถรวมคุณสมบัติเพิ่มเติม เช่น องค์ประกอบป้องกันภาพสั่นไหวโพลาไรซ์หรือไมโครออปติกส์ได้อย่างง่ายดาย
วิธีการทำงานของ VCSEL
![](/filestorage/TRUMPF_Master/_processed_/2/b/csm_TRUMPF-knowledge-page-VCSEL-sketch_3a82b7d724.jpg)
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?
![ภาพเทคโนโลยีเลเซอร์ VCSEL แบบโหมดเดี่ยวและมัลติโหมด, TRUMPF Photonic Components](/filestorage/TRUMPF_Master/_processed_/8/1/csm_Photonics-single-multi-mode-VCSEL-technology-picture_b75131193e.jpg)
ปัจจุบันมี VSCEL สองประเภท: VSCEL แบบโหมดเดี่ยวและ VSCEL แบบมัลติโหมด VCSEL แบบโหมดเดี่ยวจะสร้างลำแสงที่มีความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมสูงและมีความเบี่ยงเบนน้อยและสมรรถนะการเชื่อมโยงที่สูงกว่า VCSEL แบบมัลติโหมด ในขณะที่พบ VCSEL แบบโหมดเดี่ยวได้บ่อยเป็นพิเศษในแอพพลิเคชั่นเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมจำนวนมาก จะมีการใช้ VCSEL แบบมัลติโหมดที่มีขนาดกะทัดรัดมากนั้นในแอพพลิเคชั่นสำหรับผู้บริโภคแบบเคลื่อนที่และเซ็นเซอร์แบบบูรณาการขั้นสูงเป็นหลัก