VCSEL（垂直腔面发射激光器）发明于20世纪80年代中期。然而，在相对较短的时间内，VCSEL就确立了其在光纤通道、以太网和系统内通信等短距离应用领域的卓越技术地位。
在接下来的几年里，VCSEL取代了边射激光器，成为短距离数据通信和局域网的首选技术。VCSEL 的成功主要归功于其比边射激光器更低的制造成本和更高的可靠性。
在本博客中，我们探讨了 VCSEL 的优势，以了解为什么它们被视为最有效的激光器之一，以及为什么它们被用于各种行业。
什么是VCSEL？
垂直腔面发射激光二极管 (VCSEL) 是一种基于半导体的激光二极管，其光或光束从其顶面垂直发射。这种类型的激光器比从侧面发射光的边发射激光器 (EEL) 或从侧面和顶部发射光的发光二极管 (LED) 具有更大的优势。VCSEL 具有光束质量更高、效率更高、制造更简便等优势。它们还能实现更高的数据传输速率，并广泛应用于高速光通信、3D 传感和激光打印等应用。
此外，VCSEL 的制造方式多种多样，最常见的是将其集成到晶圆上，晶圆表面可以集成数千个二极管。这种晶圆级集成可实现大批量生产并提高成本效益。另一种选择是将其制成阵列，即将多个 VCSEL 组合在一起，从而提高输出功率，从而支持需要更高功率水平或更广泛覆盖范围的应用。阵列还能改善光束整形，并提高高性能系统的可靠性。
VCSEL 的结构由在基板上层层叠加生长的半导体材料层组成。这通常在用于 VCSEL 和边发射器件的分子束外延 (MBE) 或金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 生长反应器中完成。这些材料的精确分层对于实现所需的光学特性和性能特征至关重要。有关 VCSEL 及其特性的更多信息，请访问此处……
成型的晶圆经过进一步加工，制成单个器件。下一节将探讨 VCSEL 激光器的优势。
垂直腔面发射激光器的六大优势
与许多激光器一样，VCSEL 用于光通信。垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 在长波长通信技术中的应用也比其他通信技术更广泛，例如城域网、存储网络和光纤到户通信。
VCSEL 技术提供的众多优势可以概括如下：
- 波长均匀性和光谱宽度：生长技术已发展到VCSEL晶圆的腔波长标准偏差小于2纳米的水平。这种精度使得制造VCSEL二维阵列时，阵列元件之间的波长差异最小。对于要求多个VCSEL具有高精度和均匀性的应用而言，这种一致性至关重要。
- 高温工作：由于 VCSEL 器件可在高达 80 摄氏度的温度下工作，因此采用这种方法的冷却系统非常紧凑、耐用且便携。这种设计优势使 VCSEL 能够用于各种对空间和热管理至关重要的应用，例如紧凑型电子设备和高性能光学系统。
- 波长稳定性：由于VCSEL的激光波长由短法布里-珀罗腔固定，因此其相对稳定，波长漂移极小。与可在多种纵模下工作的边缘发射器不同，VCSEL设计为仅以单纵模工作，从而确保输出波长稳定一致。
- 可制造性： VCSEL 的制造能力一直是这项技术的重要卖点。VCSEL 的优势在于其更简单的制造工艺，从而实现了高良率和高可靠性。相比之下，边缘发射型激光器通常面临良率低以及与灾难性光学损伤 (COD) 相关的可靠性问题等挑战，这使得其生产更加复杂且一致性较差。
- 可扩展性： VCSEL 在高功率应用领域的一个根本优势在于，它们可以轻松加工成单片二维阵列，而边缘发射激光器则无法做到这一点。这些二维阵列能够在单个芯片上高效集成多个激光器，从而提高功率输出和性能。此外，将边缘发射激光器阵列堆叠放置需要复杂且热效率低下的安装策略，这会使组装和冷却过程更加复杂。
- 成本：二维 VCSEL 阵列易于加工和散热，因此比等效的边缘发射条状堆叠结构更容易封装。这得益于其更简单的集成方式和高效的散热方法。超高功率阵列的散热可利用现有的硅片行业散热技术来实现，这些技术成熟且经济高效。因此，高功率模块的总成本将大幅降低，使 VCSEL 技术在一系列应用中更具经济可行性。
以上就是对VCSEL及其优势的基本了解。想了解VCSEL的应用，请查看博客：VCSEL在各行各业的应用。
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