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VCSEL レーザーダイオードの利点と分類。

2021-11-24

VCESLの正式名称は垂直共振器型面発光レーザであり、半導体エピタキシャルウエハに対して垂直方向に光共振器が形成され、レーザ光が基板面に対して垂直に出射される半導体レーザ構造である。 VCSEL は LED や端面発光レーザー EEL と比較して、精度、小型化、低消費電力、信頼性の点で優れています。

製品の利点
他との性能比較半導体レーザー、VCSEL の利点は次のとおりです。
1. 出射ビームは円形で、発散角が小さく、光ファイバーなどとの結合が容易です。光学部品、効率が高いです。
2. 高速変調が実現でき、長距離高速光ファイバ通信システムへの応用が可能です。
3. 活性領域のサイズが小さく、単一縦モードと低しきい値動作を実現するのが容易です。
4. 電気光変換効率は 50% を超える可能性があり、予想動作寿命は 100,000 時間以上です。
5. 2次元配列の実現が容易で、並列光論理処理システムへの適用が可能で、高速・大容量のデータ処理を実現し、高出力デバイスへの適用が可能です。
6. デバイスをパッケージ化する前にチップをテストし、製品をスクリーニングできるため、製品のコストが大幅に削減されます。
7. 積層型光集積回路への応用が可能であり、マイクロマシーン等の技術も利用可能です。

分類
1. 構造による分類
VCSEL デバイスは、その構造に応じてトップエミッション構造とボトムエミッション構造に分類されます。
トップエミッション構造は、MOCVD技術を使用し、レーザーキャビティミラーとしてDBRを使用してn型GaAs基板上に成長し、量子井戸活性領域はn-DBRとp-DBRの間に挟まれています。
976～1064nm帯の生成にはボトムエミッション構造が一般的です。通常、基板の吸収損失を減らすために基板は 150μm 未満に薄くされ、その後、レーザービームの品質を向上させるために反射防止コーティングの層が成長します。最後に、ゲインチップをヒートシンク上に実装します。
2. 用途別分類
VCSELは用途に応じてPSシリーズ、TOFシリーズ、SLシリーズに分けられます。
PS シリーズ VCSEL は、従来の LED 光源を置き換えるために近接センサーの分野で使用できる低電力 VCSEL チップです。応用分野には、近距離センシング、3Dセンシング、生物医学などが含まれます。
TOFシリーズVCSELは、飛行時間型センシング技術(D-TOF、i-TOF)を通じて光源の3D形状を復元でき、その応用分野には顔認識、補助カメラ、ライダー、AR/VRなどが含まれます。
SL シリーズ VCSEL は、照射された物体の反射光スポットの変形を解析することで、物体の距離や形状などの情報を計算する構造化光 (SL) VCSEL レーザーです。応用分野としては顔認識、AR/VRなどが挙げられます。

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