什么是垂直腔面發(fā)光激光器（VCSEL）

什么是垂直腔面發(fā)光激光器（VCSEL）

VCSEL全名為垂直共振腔表面放射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)，簡稱面射型激光，是光纖通訊所采用的光源之一。有別于LED(發(fā)光二極管)和LD(Laser Diode，激光二極管)等其他光源，VCSEL光源可調(diào)變頻率就達數(shù)Giga Hz，傳輸速率自然也有Giga bps等級。雖然傳統(tǒng)LD也有上述性能，但價格較為昂貴，且發(fā)光的效率遠差于VCSEL。另外VCSEL所需的驅(qū)動電壓和電流很小，使得壽命有千萬小時以上，為其他光源的100倍以上。OPEAK模塊/臺式VCSEL光源是一種高穩(wěn)定、高性價比光源。采用自動精密溫度控制 (ATC) 和功率控制 (APC) 技術(shù)保證了光功率和譜形的長期穩(wěn)定。單模光纖輸出，可選擇多種類型連接器或適配器，方便與外部設備的快速低損耗、快速互連。輸出光功率可調(diào)節(jié)，可選內(nèi)調(diào)制模式。

垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）是一種垂直表面出光的新型激光器。與傳統(tǒng)邊發(fā)射激光器不同的結(jié)構(gòu)帶來了許多優(yōu)勢：小的發(fā)散角和圓形對稱的遠、近場分布使其與光纖的耦合效率大大提高，而不需要復雜昂貴的光束整形系統(tǒng),現(xiàn)已證實與多模光纖的耦合效率竟能大于90％；光腔長度極短，導致其縱模間距拉大，可在較寬的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)單縱模工作，動態(tài)調(diào)制頻率高；腔體積減小使得其自發(fā)輻射因子較普通端面發(fā)射激光器高幾個數(shù)量級，這導致許多物理特性大為改善；可以在片測試，極大地降低了開發(fā)成本；出光方向垂直襯底，可以很容易地實現(xiàn)高密度二維面陣的集成，實現(xiàn)更高功率輸出，并且因為在垂直于襯底的方向上可并行排列著多個激光器，所以非常適合應用在并行光傳輸以及并行光互連等領(lǐng)域，它以空前的速度成功地應用于單通道和并行光互聯(lián)，以它很高的性能價格比，在寬帶以太網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中得到了大量的應用；最吸引人的是它的制造工藝與發(fā)光二極管(LED)兼容，大規(guī)模制造的成本很低。

應用及前景：

在光纖通信方面，目前VCSEL市場空前發(fā)展，并在北美替代高價位的LD用于千兆、萬兆以太數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的建設，導致了高速VCSEL收發(fā)模塊需求爆炸性地增長。雖然目前通信市場萎縮，但據(jù)美國E1ectroniCast公司最近預測，全球用于光通信的VCSEL激光收發(fā)機的需求量在未來5年內(nèi)仍將以每年35％的速率遞增，到2006年將達到20億美元。未來的中國將是最大的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)市場，利用VCSEL／Pin陣列實現(xiàn)10 Gbit／s乃至40 Gbit／s的甚短距離(VSR)并行光互聯(lián)及大容量交換設備和傳輸設備間高密度的背板連接，將會大大促進國內(nèi)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和通信設備的發(fā)展。

VCSEL在其他方面也有不錯的應用前景。在光打印方面，激光打印機中的多邊鏡等光掃描技術(shù)的電子化是多年未能解決的課題，隨著技術(shù)的發(fā)展，已逐步得到改善。如果采用LED陣列，電能消耗是個瓶頸，而導入VCSEL陣列則可以解決這個問題。采用數(shù)千個VCSEL構(gòu)成的陣列形式的多光束將可能成為取代多邊鏡掃描的最好方式。相比過去的單個激光管，VCSEL的陣列集成結(jié)構(gòu)可以同時進行多行的掃描。這可以大大提高激光打印機的掃描速度并相應延長其使用壽命。在光顯示方面，通常的顯示器都是利用紅、綠、藍三元色發(fā)光管構(gòu)成的，如果能夠制成具有紅、綠、藍三元色的激光器，則可以應用在大型顯示器的技術(shù)領(lǐng)域中。目前，波長范圍從藍色覆蓋到紫外波段的GaN系列激光器正處在研究階段。這個系列的VCSEL是解決未來圖像顯示的有力技術(shù)。在照明方面，VCSEL的電光轉(zhuǎn)換效率達到50％以上，遠遠高于目前的照明光源，如果它的波長能從紫外波段覆蓋到可見光區(qū)，可以期待它在照明領(lǐng)域里面也能有著廣泛的應用前景，實現(xiàn)白光照明。例如，可調(diào)節(jié)光線強度的室內(nèi)照明，筆記本電腦的背景燈，交通指示燈以及戶外照明燈等許多方面。另外在氣體檢測、高密度光存儲方面也有希望得到應用。