Diodo laser VCSEL

Quando si confrontano i laser EEL con i VCSEL, ci sono alcune chiare differenze che rendono i VCSEL una tecnologia superiore sotto molti aspetti.

Struttura e Funzionalità:

Una delle differenze più notevoli è nella loro struttura. I laser EEL sono sottili, lunghi ed emettono luce dal bordo, il che ne limita la scalabilità e la coerenza delle prestazioni. I VCSEL, d’altro canto, sono compatti ed emettono luce dalla superficie, rendendoli più facili da produrre in serie pur mantenendo la costanza delle prestazioni. È come confrontare una cannuccia stretta con un imbuto spalancato e la differenza nel design può avere un impatto drastico sulla funzionalità.

Efficienza energetica:

Quando si tratta di consumo energetico, i laser VCSEL sono molto più avanti. Consumano molta meno energia rispetto ai laser EEL, rendendoli ideali per applicazioni che richiedono prestazioni efficienti. Ciò è particolarmente importante nei data center e nell’elettronica di consumo, dove l’efficienza energetica è una preoccupazione crescente. Perché sprecare energia quando puoi ottenere gli stessi risultati, o addirittura migliori, con meno energia?

Prestazioni delle comunicazioni ottiche:

La tecnologia VCSEL si sta affermando anche nel campo delle comunicazioni ottiche. Capaci di trasmettere dati in modo più veloce ed efficiente rispetto ai laser EEL, i VCSEL stanno diventando la soluzione preferita per la trasmissione dati ad alta velocità. Ciò è significativo in un mondo che fa sempre più affidamento su uno scambio di dati veloce e affidabile.

I laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL) offrono vari vantaggi rispetto ad altri tipi di laser. Questi vantaggi includono: emissione superficiale, che fornisce flessibilità di progettazione per array indirizzabili; Bassa dipendenza dalla temperatura della lunghezza d'onda del laser; Affidabilità eccellente; Processo di produzione a livello di wafer. Queste caratteristiche rendono i VCSEL più adatti per un'ampia gamma di applicazioni rispetto ai tradizionali laser e LED a diodi a emissione laterale. La tecnologia BrandNewTech VCSEL comprende la struttura epitassiale e la progettazione del chip, la crescita epitassiale, l'elaborazione front-end e back-end, il confezionamento, nonché test e simulazioni avanzati. Il VCSEL è, oggi, una sorgente luminosa consolidata per la trasmissione di dati in collegamenti a breve distanza, interconnessioni e reti locali (LAN, SANS, ecc.). In queste applicazioni il VCSEL è modulato on-off per la trasmissione di segnali digitali. Un recente lavoro sulla modulazione analogica dei VCSEL indica che i VCSEL sono sorgenti luminose adatte anche per la trasmissione di segnali RF e microonde, ad esempio, nelle reti radio su fibra (RoF) utilizzate nella comunicazione remota di antenne nei sistemi cellulari per la comunicazione mobile. Ci sono molti altri vantaggi: Alta efficienza: i VCSEL sono altamente efficienti e possono produrre molta luce con una potenza in ingresso relativamente bassa. Ciò li rende adatti a una varietà di applicazioni in cui l'efficienza energetica è importante. Basso costo: i VCSEL sono relativamente semplici da produrre, quindi sono meno costosi da produrre rispetto ad altri tipi di laser. Bassa generazione di calore: i VCSEL generano pochissimo calore, il che li rende adatti all'uso in dispositivi compatti in cui la dissipazione del calore è un problema. Elevata affidabilità: i VCSEL hanno un'elevata affidabilità e una lunga durata, che li rendono adatti per applicazioni mission-critical in cui i tempi di inattività non sono un'opzione. Versatilità: i VCSEL possono essere progettati per funzionare a una varietà di lunghezze d'onda e possono essere modulati ad alte velocità, rendendoli adatti a un'ampia gamma di applicazioni.

I sensori basati su VCSEL possono misurare la distanza e la velocità in tre dimensioni e sono già prodotti in grandi quantità per applicazioni professionali e di consumo. Utilizza diversi principi fisici: i VCSEL vengono utilizzati come illuminazione a infrarossi per le telecamere di sorveglianza. Gli array ad alta potenza combinati con l'ottica di imaging forniscono un'illuminazione uniforme delle scene su un raggio di centinaia di metri. Il metodo del tempo di volo utilizza VCSEL pulsati come sorgenti luminose, sia come impulsi singoli intensi con un ciclo di lavoro basso sia come treni di impulsi. A causa della sensibilità alla luce di fondo e della forte attenuazione del segnale con la distanza, per distanze fino a 100 metri sono necessarie potenze laser di diversi Watt. Gli array VCSEL consentono la scalabilità della potenza e possono fornire impulsi molto brevi a densità di potenza più elevate. Le applicazioni spaziano dalle funzionalità estese degli smartphone ai sensori industriali fino al LiDAR automobilistico per l'assistenza alla guida e la guida autonoma. L'interferometria automiscelante funziona con fotoni laser coerenti che vengono dispersi nella cavità. È quindi insensibile alla luce ambientale. Il metodo viene utilizzato per misurare la velocità e la distanza del bersaglio con altissima precisione su distanze fino a un metro. I VCSEL monomodali con fotodiodi integrati e polarizzazione stabilizzata a reticolo consentono prodotti molto compatti ed economici. Oltre alle ben note applicazioni dei dispositivi di input dei computer, vengono studiate anche nuove applicazioni con una precisione ancora maggiore, come ad esempio per la misurazione della velocità al suolo automobilistica fino a 250 km/h. Tutti i metodi di misurazione sfruttano le proprietà VCSEL note come robustezza, stabilità della temperatura e il potenziale per l'ottica integrata e il packaging elettronico. Ciò rende i sensori VCSEL ideali per nuove applicazioni su larga scala nei mercati consumer e automobilistico.

Attualmente, i VCSEL vengono utilizzati principalmente nelle comunicazioni di dati. Si prevede che il mercato VCSEL crescerà in modo significativo man mano che la domanda di smartphone, LiDAR, 5G e dispositivi e tecnologie IoT cambia e cresce. Poiché è molto semplice realizzare più laser su un singolo array, i VCSEL avranno un grande potenziale per l’uso in questi tipi di tecnologie emergenti nei prossimi decenni finché la potenza continuerà a salire fino a raggiungere watt e kilowatt. I prodotti di prossima generazione nel campo del rilevamento industriale e 3D, in particolare, richiederanno grandi implementazioni di VCSEL per soddisfare le esigenze di progettazione e prestazioni. Quando due o tre VCSEL vengono combinati su un singolo chip, possono essere utilizzati per la misurazione della velocità ad alta precisione nelle applicazioni di rilevamento. Ad esempio, l’iPhone X rilasciato nel 2017 utilizzava tre VCSEL per abilitare il riconoscimento facciale. I prodotti rivoluzionari si verificano quando i VCSEL vengono combinati in migliaia o addirittura milioni alla volta su un singolo chip. Diecimila VCSEL combinati insieme consentirebbero un’adozione diffusa da parte dei consumatori della tecnologia LiDAR, ad esempio per le auto a guida autonoma.