VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser), ışığı konik bir ışınla Wafer yüzeyinden dikey şekilde yansıtan bir lazer diyodudur. VCSEL'ler, ışığın çipin bir veya iki yanağından çıktığı klasik kenar emisyonlu lazerlere kıyasla pek çok avantaja sahiptir. VCSEL'ler, endüstriyel piyasada ve tüketici ürünlerinde farklı dalga boylarında kullanılabilir. Standart dalga boyları 760 nm, 850 nm ve 940 nm arasında değişmektedir.
TRUMPF VCSEL'lerin avantajları
VCSEL nedir ve diğer lazer diyotlarına kıyasla hangi avantajlara sahiptir? VCSEL dizilerinin özel çalışma şekli hangi yapı sayesinde mümkün hale geliyor? Bu sayfada ayrıca iki tip VCSEL hakkında daha fazla bilgi edinebilir ve lazer diyotların endüstriyel ve tüketici ortamlarındaki tipik uygulamaları hakkında tüm ayrıntıları öğrenebilirsiniz.
VCSEL (Vertical cavitiy surface emitting laser) nedir?
VCSEL'ler hangi avantajlara sahiptir?
İyileştirilmiş ışın profili
Yuvarlak ve hatta Gauss biçimli olabilen ışın, düşük ışın diverjansı ve farklı ışık modları (çok modlu ve tek modlu), VCSEL'lerin pek çok uygulamada kullanılmasını sağlamaktadır.
Yüksek teknoloji uygulamaları için kusursuz
Yüksek modülasyon hızları, ışın kalitesi ve enerji verimliliği sayesinde VCSEL dizileri, 3D sensörler, LiDAR veya optik veri iletişimi gibi yüksek teknoloji uygulamaları için idealdir.
Yer ve paradan tasarruf sağlar
Dikey yayılımlı lazer ile yapı hacminden tasarruf edilebilir ve tek çip üzerinde birden fazla yayıcılı diziler oluşturulabilir. Bu sayede Wafer düzeyinde çok sayıda üretim ve test yapılabilmektedir
Yüksek enerji verimliliği
VCSEL'lerin miliwatt düzeyindeki düşük enerji tüketimi, mobil uygulamalarda veya veri merkezlerinde çok düşük elektrik tüketimi ile verimli çalışmalara olanak sağlamaktadır.
Kısa artış ve düşüş süreleri
Kısa artış ve düşüş süreleri sayesinde, VCSEL ile çok hızlı pals modu gerçekleştirilebilir. Bu da özellikle optik veri iletişiminde ve Time Of Flight (ToF) sistemlerinde önemlidir.
Dar bantlı spektral ışık yayılımı
VCSEL'ler, olağanüstü dar bant genişliğinde spektral ışık yayılımı sağlar.
Basit dikey entegrasyon
Dikey ışık emisyonu sayesinde polarizasyon sabitlemeli elemanlar veya mikro optikler gibi ek özellikler kolayca entegre edilebilmektedir.
VCSEL'in çalışma şekli
VCSEL birbirini izleyerek büyüyen pek çok epitaksiyel katmandan oluşur. En üst katman, akım enjeksiyonuna temas katmanı görevi görür. Altında iki aynadan ilki yer alır. Ayna karbon içerir ve farklı oranlarda alüminyum içeren çok sayıda AlGaAs katmanından oluşur. Üst aynanın yansıtıcılığı yaklaşık %99'dur.
Üst aynadan sonra oksit paneli gelir. Bu da ıslak oksidasyon ile kısmen pasifleştirilen ve yüksek oranda alüminyum içeren bir malzemeden oluşur. Oksit panelinin iç (pasifleştirilmemiş) bölümü, akımı dolandırma ve optik yönlendirme sağlar. Oksit paneli, bir VCSEL'nin çoğu önemli elektrooptik parametresini tanımlar.
Aktif bölgede kuantum kuyuları bulunur. Bunlar gücün artırılmasını sağlar.
Aktiv bölgenin altında, silisyum içeren ve üst aynadan çok daha kalın olan ikinci ayna bulunur. Bu ayna, aktif bölgeye olabildiğince tüm ışıkların yansıtılmasını sağlar. Alt aynanın yansıtıcılığı yaklaşık %99,9'dur.
Tek modlu VCSEL ile çok modlu VCSEL arasındaki farklar nelerdir?
Halen iki tip VSCEL mevcuttur: Tek modlu VSCEL ve çok modlu VSCEL. Tek modlu VCSEL, yüksek spektral saflıkta bir ışık huzmesi oluşturur ve çok modlu VCSEL'e kıyasla daha düşük diverjans ve daha yüksek uyumluluk performansı ortaya koyar. Tek modlu VCSEL endüstriyel sensör uygulamalarında yoğun rağbet görürken kompakt tasarımlı çok modlu VCSEL'ler özellikle tüketici uygulamalarında ve yüksek entegre sensörlerde kullanılmaktadır.
VCSEL dizilerinin tipik uygulamaları nelerdir?
Time of Flight (ToF)
VCSEL diziler mesafe sensörü, lazer otomatik odak veya yüksek hassasiyete sahip derinlik sensörleri gibi alanlarda, milimetre düzeyinden metre düzeyine kadar ölçüm yapmaya uygundur ve özellikle akıllı telefon uygulamaları için idealdir.
Yapılandırılmış ışık
Yapılandırılmış ışığı bir yüzeye nokta deseni şeklinde yansıtan VCSEL'ler, belirli desenleri yüksek hassasiyetle görüntülemek ve tanımak için kullanılabilir. Bu sayede akıllı telefon kilidini açma, mobil ödeme veya kapı açmada kullanılan yüz algılama özelliği için ışık diyotları önemli rol oynamaktadır.
Endüstriyel sensörler
İster ortamda partiküllerin tespit edildiği oksijen sensörleri bağlamında olsun, ister yüksek hassasiyetli konumlandırma için kullanılan optik enkoderler bağlamında olsun, hava geçirmez şekilde kapatılmış bir TO gövdesi içindeki tek modlu VCSEL'ler zorlu çalışma koşullarına bile dayanıklıdır.
LiDAR
VCSEL diziler LiDAR uygulamaları için idealdir. Optik palsların çok kısa artış ve düşüş süreleri, yüksek azami güçlerde ultra kısa palslamayı mümkün hale getirmekte ve daha yüksek mesafe ölçümü yapılabilmektedir. Sistem performansı, VCSEL dizilerinde farklı segmentleri adresleme sayesinde ciddi ölçüde artırılabilir. Bu bakımdan VCSEL'ler gelecekte otonom sürüşte önemli rol oynayacaktır.
Fiberglas üzerinden optik veri iletişimi
VCSEL ve fotodiyot çözümleri ile kodlanmış bir sinyal gönderilebilir, diğer uçta alınabilir ve elektrik sinyaline dönüştürülebilir. Bu noktada bileşenlerin yüksek performansı ve güvenilirliği belirleyici öneme sahiptir.
Endüstriyel ısıl işlem (VCSEL ısıtma sistemleri)
Birleştirme, kaynak yapma, kurutma, yapıştırma, yumuşatma veya ısıtma gibi sayısız endüstriyel uygulamada, VCSEL ısıtma sistemleri ile adresleme yapılabilir. VCSEL dizilerine dayanan lazer kaynakları, yönlendirilmiş, dalga boyu seçici kızılötesi radyasyon ile geniş alanları ısıtabilir.
İletişim