system: [SYSTEM]

user: 2. 商用VCSEL 在当下这个VCSEL产品被广泛需求的时代，世界上各家致力于VCSEL研究与制造的公司均推出了各有千秋的VCSEL产品。本节重点对Princeton optronics，Vixar，Ⅱ-Ⅵ，Finisar，Philips Photonics、华芯半导体科技有限公司这几家公司的最新产品进行介绍。 Princeton Optronics [ 2 ] ：该公司成立于1993年，一直致力于高效率，低功耗VCSEL器件及模块尖端技术的研发，是一家主要从事VCSEL以及基于VCSEL的光学组件和模块的私营公司。 在深度摄像机应用方面，公司开发了830 nm、850 nm和945 nm三种波长的VCSEL器件。其中波长为830 nm的VCSEL阵列连续输出功率为20mW，具有光谱宽度为2.5 nm和成像分辨率高的优点。波 图1. 顶发射VCSEL结构示意图 长为850 nm的VCSEL阵列连续输出功率为1 W，具有光谱宽度为0.8 nm、波长输出稳定和可靠性高的优点。波长为945 nm的VCSEL阵列连续输出功率为2 W，具有光谱宽度小于1 nm、波长输出稳定和可靠性高的优点。这三款器件在3D成像、照明、导航、安全和监控摄像机以及VR方面有着很好的应用。此外，公司还开发了波长为860 nm和940 nm的VCSEL阵列，输出功率分别为2 W和6 W，主要应用于3D成像。 在雷达应用领域，公司开发了波长为808 nm的1 × 8 VCSEL阵列，其准连续输出功率(在200ns脉冲宽度、1%占空比的操作条件下)大于300 mW，具有光谱宽度小于1 nm、波长输出稳定、可靠性高和能够在高达80℃的温度下工作的优点，该产品主要应用在激光雷达、激光制导和无人驾驶汽车方面。 在红外照明应用领域，公司开发了波长为808 nm、850 nm、945 nm、975 nm以及1064 nm的VCSEL器件。其中808 nm的VCSEL阵列最高准输出功率达800 W，光谱宽度为3 nm。波长为850 nm的VCSEL阵列最高连续输出功率达4 W，具有光谱宽度小于2 nm、可靠性高以及能在高温(80℃)下工作的优点。波长为945 nm的VCSEL阵列最高准连续输出功率达8 W，光谱宽度小于1 nm。波长为975 nm的VCSEL阵列最高连续输出功率达100 W，具有光谱宽度小于1 nm、可靠性高、低热阻(~0.16˚C/W)以及能在高温(80℃)下工作的优点。波长为1064 nm的VCSEL阵列最高连续输出功率达40 W，具有光谱宽度小于2 nm、可靠性高以及能在高温(80℃)下工作的优点。这些器件均可应用于夜间和雾天的辅助驾驶、安全和监控摄像机，有些还可应用于医疗以及固态激光泵等方面。 由于VCSEL在红外照明方面的应用广泛，该公司还针对具体应用开发了多种照明器，比如波长为808 nm和976 nm的二维VCSEL照明器件。针对短程监控应用，开发了波长为808 nm和976 nm的紧凑型瓦级照明器模块，全发散角约为20˚(1/e 2 值全宽)；针对诸如爆炸或尘云的不利条件进行检测的军事应用，开发了波长为976 nm的千瓦级照明器，该照明器使用9个高功率VCSEL阵列制作，其中每个阵列的连续输出功率都大于1200 W；针对大于200 m长距离范围的照明，开发了波长为808 nm的100瓦级照明器。 在医疗应用领域，开发了波长为650 nm的高功率(15 W)红色激光器件和阵列，这些阵列具有功率转换效率大于20%、光谱宽度约为1 nm和具有18˚发散角(全角)的圆形光束的特点，可以用于医疗和照明。除此之外还开发了两款波长为688 nm的VCSEL器件，一款为连续输出功率为1 mW的单器件VCSEL，另一款为连续输出功率为2 W的VCSEL阵列。 在2015年该公司应用新技术开发了780 nm，795 nm和850 nm三种波长的单频VCSEL [ 3 ] ，其输出功率大于100 mW，线宽小于100 kHz，这类VCSEL器件应用于原子钟。 Vixar [ 4 ] ：该公司成立于2005年，在VCSEL技术研发与制造方面战绩颇丰，为生物医学、工业、办公产品、汽车和消费品行业的传感器等应用制造波长在650 nm至1000 nm之间的VCSEL。 在激光测量应用领域，开发了波长为670~690 nm和830~860 nm的单模VCSEL，连续输出功率分别为0.7 mW和1 mW，线宽分别为小于100 MHz和约为50 MHz。 在数据通信应用领域，开发了两款VCSEL，一款是波长为670~690 nm的多模VCSEL，连续输出功率为3.5 mW，调制速度高达10 Gb/s，光谱宽度为1 nm。另一款是波长为765~780 nm的VCSEL，连续输出功率为3 mW，调制速度高达10 Gb/s，光谱宽度为1 nm。 在低光激光治疗应用领域，开发了波长为670~690 nm的多模VCSEL以及高功率VCSEL阵列，连续输出功率分别为6 mW和300 mW，光谱宽度为1 nm。 在原子钟应用领域，开发了波长为790~800 nm和885~905 nm的单模VCSEL，连续功率均为0.1 mW，线宽分别为小于50 MHz和约为50 MHz。 在手势识别传感器、安全红外照明和3D扫描等应用领域，开发了波长为830~860 nm的多模VCSEL阵列，公布的VCSEL阵列输出功率有10 mW， 750 mW， 2 W和10 W，线宽约为1 nm。 Ⅱ-Ⅵ公司 [ 5 ] ：II-VI激光企业有限公司是一家全球性的运营和创新公司，2016年初收购了Anadigics公司，主要进行VCSEL的研发与生产，为业界提供领先的VCSEL激光解决方案。 在数据通信和光互连应用领域，开发了波长为850 nm的高速多模VCSEL，光输出功率为2.5 mW，数据传输速率高达10Gb/s，满足了高速数据通信的严格要求。并且此类VCSEL器件能够在多横向模式或单纵向模式下工作，具有低发散角的圆形对称光束，使其能够很有效地耦合到50/125 mm和62.5/125 mm多模光纤中。除了单器件VCSEL，还有两款波长为850 nm的高速多模VCSEL阵列，一款VCSEL阵列的光输出功率为2.2 mW，数据传输速率为14 Gb/s。另一款VCSEL阵列的光输出功率为2.5 mW，数据传输速率为20 Gb/s。 在感应应用领域，开发了波长为850 nm的低功率单模VCSEL器件，输出功率为1 mW，具有稳定的偏振和对称的圆形高斯光束等特点。除此之外，还有两款波长为850 nm的高功率VCSEL。一款是单器件VCSEL，输出功率达到10 mW，具有功耗低、可靠性高和圆形光束的特点。另一款是可扩展的二维VCSEL阵列，在50℃温度下输出功率最高达到900 mW，具有功率转换效率达到35%和可靠性高的优点，主要应用于手势识别。 还有波长为795 nm的单模VCSEL器件，最大输出功率为1 mW，线宽小于30 MHz，可应用于原子钟光学泵浦。 Finisar [ 6 ] ：该公司成立于1987年，近三十年来，他们提供突破性的光学技术和领先的产品，为电讯设备及服务商、光学显示、安全系统、医疗器械、环保设备、航空及防御体系提供光学组件、模块及子系统。 在数据通信领域，开发了波长为850 nm的VCSEL，传输距离为550 m，数据传输速率达10 Gb/s，有小于0.6 W的低功率损耗，能够应用在高速以太网、光纤通道以及高速数据连接等方面。 在感应应用领域，开发了波长为850 nm的VCSEL，在低电流(7~15 mA)驱动下能够提供高的输出功率(1.5 mW)，频率大于1 GHz。 在手势识别和3D相机应用领域，开发了波长为860 nm的二维VCSEL阵列，在室温下能够达到大于500 mW的连续输出功率，在窄脉冲(小于10 ns)和低占空比注入(小于1%)条件下，可以达到10 W的峰值功率。此阵列在脉冲工作条件下能够发射高斯形光束，并且上升和下降时间小于1 ns。 Philips Photonics [ 7 ] ：该公司成立于1891年，是应用于数据通信、消费和工业的VCSEL技术、设计和制造的全球领先制造商。公司拥有非常全面的产品组合，从用于数据通信的高速VCSEL到用于安全、监控和夜视应用的红外照明模块，从用于感测应用的单模VCSEL到用于精确测量速度和距离的智能激光多普勒传感器。还有为工业加热和光泵浦应用提供红外辐射模块。 在数据通信应用领域，开发了高速VCSEL，其中波长为850 nm的VCSEL器件有两款产品，一款输出功率为1.5 mW，速度可高达14 Gb/s，调制带宽为3 DB。另一款输出功率为2 mW，速度可达到5 Gb/s，调制带宽为3 DB。除此之外，公司还提供了很多数据通信VCSEL阵列，根据具体要求VCSEL可以具有单模或多模操作，最高达到24 mW的光输出功率。 在工业热处理的很多应用领域，公司提供了很好的解决方案，将数十瓦到数十千瓦的红外输出功率聚集到特定的目标区域，能量强度在传统的端面发射激光器和LED之间。该系统是基于高功率VCSEL阵列的模块组合，模块简单并且坚固，能够很容易地以紧凑方式集成到产品上，公司能够根据客户的特定需求给出量身定制的解决方案。比如应用红外功率系统制作了准连续输出功率为500 W的倒装发光泵浦模块和连续输出功率为100 W的正装发光泵浦模块。 在红外照明应用领域，开发的VCSEL器件能够达到6 W的光功率输出，具有光谱宽度为2 nm、可靠性高以及功率转换效率高等特点，主要波长有808 nm、850 nm、940 nm和980 nm。该技术可以应用于监控、车牌识别和3D相机等。 在感应应用领域，开发了基于飞利浦激光多普勒技术的双眼激光传感器产品系列。这些双眼激光传感器可以被应用于消费者和专业产品的输入设备，例如PC外围设备，游戏应用和轨迹球设备。该公司开发的双眼激光传感器是第一个也是唯一完全集成、高精度、超快速和低功耗的3D动态感应导航传感器，并且符合1级人眼安全要求。 国内方面江苏华芯半导体科技有限公司 [ 8 ] 于2017年3月2日宣布，其自主开发的30 G VCSEL芯片已通过客户测试，并实现规模量产。该VCSEL芯片完全采用自主创新的专利技术，特别是独有的纳米层精确控制与补偿外延技术和芯片BCB平整制程，使得该芯片具备高频、高温、高湿以及复杂电磁环境工作的能力，可大大降低数据中心的耗电量。此款850 nm中心波长的VCSEL芯片的主要参数为：功率大于3.5 mW@6 mA，RMS谱宽小于0.4 nm，阈值电流0.8~1.2 mA，斜率效率0.5~0.7 W/A。 对于商用VCSEL产品可以将其大体划分为三个阶段，第一阶段为在VCSEL发现之初，由于它的独特优势比如圆形对称光斑、阈值电流低、无腔面阈值损伤等，迅速引起了人们的广泛关注与研究热潮，也成功地在很多领域取代了边发射激光器以及LED的地位；第二阶段为发现了VCSEL易于二维集成的特性，由此使得VCSEL器件的输出功率得到了前所未有的提高，解决了例如远距离照明、医疗应用等很多领域的难题；第三个阶段为发现了VCSEL单器件的可调制性，使其迅速应用在了传感器等领域。希望在未来可以发现更多VCSEL到目前为止还未开发的新性能，使其更好地服务于我们的生活。