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介绍垂直腔面发射激光器的原理和特点,深入了解三维传感的关键技术组件

作者:baidu.com来源:未知   添加时间:2020-05-15 09:24   浏览次数:

3D感应几乎是当前高端手机的标准设备。苹果最新的iPad还整合了相关技术和功能,为未来现实世界应用的增强现实扩展铺平了道路。LEDinside估计,到2020年,10多种先进型号将采用3D传感技术,而VCSEL的需求和产值也将上升,VCSEL是一个关键组件。

原图:ams

台湾交通大学光电子系的郭教授、陆廷昌教授、王兴宗教授和吴教授带领他们的研究生分析了VCSEL元件,并讨论了和GaN VCSEL元件的特点和应用前景。垂直腔面发射激光器包括一个谐振腔和两个垂直高反射布拉格反射器DBR。通过设计异质结结构和两种不同折射率的材料,VCSEL可以在不需要大电流的情况下,以高发光效率去激活酶。

台湾交通大学的一项研究指出,在设计VCSEL反射镜时,应尽量减小接收光的深度,以减少散射,避免光损耗和热效应。同时,垂直腔面发射激光器的电极也有许多不同的组织设计。大多数高速垂直腔面发射激光器都是氧化型的。砷化镓铝层高温湿法氧化形成的氧化层厚度通常在20-30纳米之间,可以有效降低VCSEL的光损耗,提高转换效率,有利于光通信传输应用。

与传统的高频电缆传输相比,光通信具有重量轻、体积小、延迟低、无信号紊乱、干扰小等优点,能够满足当今高速宽带采集的迫切需求。从外延和工艺技术来看,850 nm VCSEL元件是目前最成熟的产品,主要用于信息评估中心的内部传输系统。

台湾交通大学的学者进一步探索了如何通过过程改进来提高光通信的传输效率。VCSEL的谐振腔布局通常需要更多的反射镜来增强能量,但是内部反射镜材料之间的差异会阻碍电流的内部传输。解决方案包括在加强界面处进行材料处理或更换谐振腔之间的电极。目前,台湾交通大学光电子学已成功制造出40Gbps的高速VCSEL,室温下最高效率为21.2Ghz,5.3毫安。

为了响应无线行动通信而进入5G时代,有必要通过采用四级脉冲幅度调制(PAM-4)编码技术进一步优化传输比特率并大大降低成本来进一步提高传输效率。PAM-4有四个发散级别,可以为每个符号编码两位数据,使相邻数据的速度加倍。2015年,相关报道指出,PAM-4用于直接调制VCSEL芯片,因此在2米和50米的传输距离上,其传输比特率间隔可以达到60Gbps和50Gbps。如果将四种不同的波长组件与四通道小型可插拔(qsfp)收发器模块结合使用,传输速度有望进一步提高至400 Gbps。(文章:LEDinside)

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