什么是VCSEL？VCSEL的结构与原理介绍

什么是VCSEL？

VCSEL(Vertical-cavity surface-emitting laser)，即垂直腔面发射激光器，是集高输出功率和高转换效率和高质量光束等优点于一身，相比于LED 和边发射激光器EEL，在精确度、小型化、低功耗、可靠性等角度全方面占优。

VCSEL的结构与原理

VCSEL 器件有两种基本结构，一种是顶发射结构：采用MOCVD 技术在n 型GaAs 衬底上生长而成，以DBR 作为激光腔镜，量子阱有源区夹在n-DBR 和p-DBR 之间。另一种是底发射结构，一般用于产生976-1064nm 波段，通常将衬底减薄到150μm 以下以减少衬底吸收损耗，再生长一层增透膜以提高激光光束质量，最后将增益芯片安装在热沉上。

VCSEL和其它半导体激光器性能对比

有源层体积极小，从而可以获得极低的工作阈值；

波长和阈值对温度变化相对不太敏感；

腔长量级与波长相近，可实现单纵模出射；

可得到较大的驰豫振荡频率，从而实现较高的调制频率；

出射圆形光斑，易于与光纤耦合；

封装简易，且可以形成二维激光阵列；

预期工作寿命达 10 万小时及以上

VCSEL器件的应用领域及市场规模

消费电子3D成像：VCSEL是消费电子视觉成像、三础元器件。例如使用集成VCSEL的泛光照明器和红外点阵投影器进行3D人脸识别；利用集成VCSEL的飞行时间（ToF）测距传感器检测人脸与手机屏幕的距离。

物联网：VCSEL是物联网的重要传感器件，预计2025年，全球将有数十亿设备接入物联网。

数据中心/云计算：过去10年间，商业化大量生产的850nm VCSEL光连线方案，数据传输率已经提高到每通道25Gbit/s，采用VCSEL阵列的平行光纤发射器产品更超过100Gbit/s。大力推进了VCSEL用于数据中心与云计算的短距离的数据传输市场。预计2020年，全球VCSEL数据通讯的市场规模将达到100亿美元。

自动驾驶：VCSEL应用于自动驾驶中的车身通讯、驾驶员防疲劳驾驶传感器等，预计到2030年，激光雷达的使用数量将超过3亿枚。

PL系列窄脉冲电流源是普赛斯仪表针对大功率激光器（VCSEL激光器、大功率LED、激光器阵列）LIV测试而研制的，具有输出电流脉冲窄、输出脉冲电流大、支持脉冲光功率检测等功能。输出脉冲宽度最小可至100nS，输出最大脉冲电流30A。