Giliai pasinerkite į vertikalios zonos paviršiaus skleidžiančius lazerius (VCSELS)

Vertikalios zonos paviršiaus lazeriai (VCSELS) yra transformacinis optoelektronikos pažanga, įgalinanti kompaktišką, efektyvų energiją ir greitą optinį ryšį.Skirtingai nuo tradicinių lazerių, „VCSels“ vertikaliai skleidžia šviesą iš paviršiaus, supaprastindami integraciją į optinius tinklus ir vartotojų prietaisus.Dėl jų keičiamo projektavimo, apskrito pluošto profilio ir greito moduliavimo galimybių jie yra idealūs pritaikymui nuo duomenų centrų iki 3D jutimo.Tęsdamas struktūros ir medžiagų patobulinimus, „VCSEL“ technologija ir toliau peržengia šiuolaikinių fotoninių naujovių ribas.

Katalogas

Pasinerkite į „VCSEL“ technologiją

Vertikalūs ir paviršiaus paviršiaus lazeriai (VCSEL) yra išskirtiniai puslaidininkiniai įtaisai, sukuriantys lazerio šviesą statmenai paviršiui, atskirti juos nuo įprastų kraštų skleidžiančių lazerių, kurie skleidžia šviesą lygiagrečiai substrate.Šis novatoriškas dizainas padarė didelę įtaką optinių ryšių technologijoms, kurios buvo pagrindinė optoelektronikos srities plėtra.„VCSels“, naudodamiesi paprastu integracijos procesu, apskrito spindulio emisijos modeliais, įspūdingomis moduliavimo galimybėmis ir ekonomiškai efektyviu pobūdžiu, ir toliau skatina optinę pažangą.

„VCSels“ siūlo daugybę privalumų, prisidedant prie plačiai paplitusios paraiškos.Jų vientisa integracija į masyvo formatus supaprastina gamybos procesus, todėl susidaro mažesnės gamybos išlaidos.Apskrito pluošto emisija labai pagerina sujungimo efektyvumą su optinėmis pluoštais, padidindama duomenų perdavimo efektyvumą.Nepaprastos moduliavimo galimybės leidžia greitai susisiekti su duomenimis, tenkinant šiuolaikinės interneto infrastruktūros reikalavimus.

Esminė VCSELS sistema

Vertikalaus ritmo paviršiaus lazeriai (VCSEL) turi kruopščiai pagamintą karkasą, apibrėžtą harmoningoje paskirstytų BRAGG atšvaitų (DBR) sąveikoje su sąmoningai įvairiais lūžio rodikliais.Šie sluoksniai svyruoja tarp aukšto ir žemo rodiklio, formuodami kvantinius šulinių aktyvius regionus, auginamus padidintam stimuliuojamam emisijos efektyvumui.Patobulinta emisija atsiranda dėl kruopštaus šių regionų išdėstymo prie stovinčio bangos lauko viršūnės - rafinuotas požiūris, užtikrinantis tvirtą šviesos kartą.

DBRS lūžio rodiklio dinamika DBR

Kintami lūžio rodiklių sluoksniai DBRS daro didelę įtaką šviesos atspindžio, reikalingo „VCSEL“ funkcijai, patobulinimui.Šis atspindintis išdėstymas ne tik riboja šviesą, bet ir pagerina lazerio veikimo galimybes, pritaikant optinio grįžtamojo ryšio sistemą.

Metalo sluoksnio dinamika

Po išvesties diafragma, metalinis sluoksnis vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį sustiprinant optinį grįžtamąjį ryšį „VCSEL“ sistemoje.Tai padeda sustiprinti šviesos atspindį ir stabilizuoti emisijos bangos ilgį, skatinant pastovų lazerio išėjimą, nepaisant svyruojančių veikimo sąlygų.Šiuose sluoksniuose dažnai taikomi kūrybinės inžinerijos principai, siekiant sumažinti numatomus nuostolius, palaikant nuolatinį patikimumą.

Medžiagos makiažas ir dizainas

Puslaidininkių sluoksniai VCSELS paprastai susideda iš tokių medžiagų, kaip galio arsenidas (GaAs) ir aliuminio arsenidas (ALAS), išgraviruotos į oro konstrukcijas, kad būtų galima centralizuoti srovę ir suvaržyti šviesą.Šis tikslus medžiagų savybių kontrolė yra labai svarbi norint pasiekti specifinius išmetamųjų teršalų bruožus.

Oksiduoto ALAS sluoksnio įtaka

Oksiduotas ALAS sluoksnis veikia kaip nepakeičiamas izoliacinis skydas, ribojantis šviesą apibrėžtoje lazerio ribose.Tai išvengia nepageidaujamos šoninės emisijos, užtikrinant, kad lazerio pluoštas išlieka nukreiptas.Šis tyčinis izoliacinių savybių pritaikymas parodo sudėtingą optinės fizikos supratimą, nes šie sluoksniai atmeta difrakcijos nuostolius ir sustiprina pluošto darną.

Struktūriniai elementai ir tobulinimas

Struktūriniai elementai, įskaitant didelį atspindžio DBR, kartu su tiksliu aktyviųjų regionų padėtimi, daro didelę įtaką „VCSEL“ veikimui.Jie daro didelę įtaką lazerio optiniam meistriškumui, valdydami subtilų šviesos emisijos ir atspindžio balansą.Šie komponentai, įgyvendinantys progresyvias projektavimo strategijas, yra kruopščiai suderintos, kad atitiktų tikslius technologinius reikalavimus, parodydami pažangiausias lazerio kūrimo perspektyvas.

Išskirtiniai VCSels atributai

Kompaktiška architektūra ir eksploatavimo efektyvumas

Vertikalios ritmo paviršiaus lazeriai (VCSELS) išsiskiria dėl savo unikalios konstrukcijos konstrukcijos, kuriai būdingas kompaktiškas aktyvioji sritis ir supaprastinta ertmė.Ši apgalvota inžinerija prisideda prie sumažintų slenksčių srovių ir palengvina stabilų vieno išilginio režimo veikimą, padidindamas lazerio efektyvumo efektyvumą.Minimalios galios būtinybės skatina energijos taupymą ir mažesnes veiklos išlaidas, todėl VCSELS yra ypač patrauklios įvairioms technologinėms reikmėms.

Greito duomenų judėjimo galimybė

„VCSels“ pasižymi savo įgūdžiais palaikant „Swift“ duomenų perdavimą, kurį lemia jų padidintas atsipalaidavimo virpesių dažnis.Ši kokybė įgalina juos apdoroti didelius informacijos kiekius, susijusius su judrumu ir tikslumu, - kritinis aspektas dabartiniame kraštovaizdyje, kuriame dominuoja dideli duomenys ir pagreitinta informacijos srautas.Pramonės profesionalai pripažįsta, kad komunikacijos technologijų tobulinimas daro didelę įtaką veiklos efektyvumui ir komercinei sėkmei.

Vertikali šviesos emisija ir sistemos integracija

„VCSels“ pasižymi vertikaliu emisijos bruožu, palengvinančiu efektyvų šoninės šviesos uždarumą, leidžiantį tiesmukiškai sukurti dvimatį masyvą.Ši savybė padidina mastelį ir lankstumą, išplėsdama savo naudingumą nuo kompaktiškų vartotojų prietaisų iki išplėstinių ryšių sistemų.Apskrito pluošto profilis, patikrintas atliekant išsamius vaflių vertinimus, užtikrina pastovų išvestį ir palengvina integraciją.Novatoriškas tiesioginės integracijos potencialas, naudojant epitaksialinius vaflius, sužavi tyrėjus ir inžinierius, sudarydamas kelią ekonomiškesnėms gamybos metodikoms.

Platus pritaikomumas optiniuose tinkluose

Optiniuose ryšiuose „VCSels“ pateikia nepaprastą pritaikomumą, sklandžiai susimaišiusi su esamomis infrastruktūromis, užtikrinant fiskalinį apdairumą.Dėl išskirtinių savybių jie tampa tinkami įvairiems scenarijams, užtikrinant tvirtą našumą, esant reikalaujančioms sąlygoms.VCSELS universalumas plačiame programų spektre pabrėžia jų nuolatinę evoliuciją ir tobulinimą, dar labiau skatina jų vertę ir potencialą.

„VCSEL“ pranašumai

VCSELS integracija į optines technologijas atrakina įvairius perspektyvius pokyčius, kviesdami išsamius tyrinėjimus.

Sustiprinta pluošto kokybė ir vientisa integracija

VCSEL sukuria mažą divergencijos žiedinių sijų, kurios sklandžiai susieja su optiniais pluoštais ir komponentais.Ši funkcija supaprastina integraciją į sudėtingus optinius tinklus, naudodama kelias telekomunikacijų programas.Kūrimo ryšių infrastruktūrose šis susijungimas padeda sumažinti signalo blogėjimą ir sustiprinti bendrą sistemos stabilumą.Be to, tiksli spindulio kokybė padidina duomenų perdavimo tikslumą, patenkinant būsimų greitųjų tinklų reikalavimus.

Išskirtinė greitaeigių moduliacija

VCSELS potencialas pasiekti didelę greitį moduliaciją yra esminė plačioms optinio pluošto sistemoms.Pramonės įmonės panaudoja šią galimybę patenkinti nuolat kylančius duomenų reikalavimus, palaiko tvirtą ir greitą ryšį dideliais atstumais.Greito moduliacijos judrumas yra būtinas konstruojant ryšių struktūras, kurios yra atsparios ir keičiamos.

Novatoriškas ir ekonomiškas dizainas

Kompaktiškas „VCSels“ pobūdis užtikrina žemą srovių ribą ir įgalina vieno režimo operacijas, o jų elektro-optinio konversijos efektyvumas dažnai viršija 50%.Šis efektyvumas sumažina energijos sunaudojimą ir sumažėjusį šilumos produkciją, suderinant su didesniais tvarumo tikslais.Praktiškai sumažinta galios būtinybė per ilgą laiką gali žymiai sumažinti veiklos sąnaudas.

Pritaikomumas didelės spartos duomenų sistemose

VCSELS gebėjimas suskirstyti į dvimatį masyvą žymiai padidina greitųjų duomenų sistemų veikimą.Šis pritaikomumas suteikia konfigūracijos lankstumą, reikalingą norint pasiūlyti pritaikomus sprendimus, pritaikytus konkretiems pramonės reikalavimams.Leisdami bandymus prieš pakavimo etapą, gamybos procesai yra supaprastinti, subalansuojant kokybę ir efektyvumą - metodą, įgyjantį populiarumą sektoriuose, panaudojant automatizavimą ir intelektualiąsias technologijas.

Būsimi vaidmenys integruotose technologijose

„VCSels“ rodo perspektyvų potencialą mikremchaninėje pažangoje laminuotoms optinėms grandinėms, o tai rodo lemiamą vaidmenį rengiant integruotas technologijas.Ši galimybė leidžia miniatiūrizuoti ir sumažinti optinius prietaisus, tuo pačiu pagerinant našumą - tikslą, kurio siekia novatoriškos tyrimų ir plėtros komandos visame pasaulyje.Numatant būsimų programų, pabrėžiamas VCSELS transformacinis VCSEL potencialas kylančiose technologinėse srityse.

VCSEL technologijos raida

„VCSEL“ (vertikalios ritmo paviršiaus lazeriu) technologija per kelis dešimtmečius pastebėjo stabilų pažangą, o daugybė tyrimų komandų prisidėjo prie našumo tobulinimo.Ankstyvieji pokyčiai atsekė Soda ir kt.1979 m., Kuris padėjo pagrindus dėl to, kas taps vienu plačiausiai naudojamų lazerinių tipų šiuolaikinėse optinių ryšių sistemose.

Ryški „VCSEL Research“ figūra IGA ir jo komanda turėjo didelę įtaką ir ankstyvojo VCSEL teorinei sistemai, ir praktiniam projektavimui.Jų darbas padėjo formuoti prietaisų klasę, dabar žinomą dėl kompaktiškumo, energijos vartojimo efektyvumo ir tikslumo.

Išplėtimo taikymo sritis

Tobulėjant „VCSEL“ našumui, jo praktiniai naudojimo būdai išsiplėtė įvairiuose bangos ilgio ir pramonės šakose.Šiandien VCSEL dažniausiai randamos optiniuose siųstuvuose, 3D jutimo sistemose, trumpo nuotolio sujungimuose ir net biometriniuose autentifikavimo įtaisuose.Jų bangos ilgio derinimas leidžia integruoti sistemas nuo duomenų centrų iki „LiDAR“ programų.

Ankstyvasis etapas: greitas tyrinėjimas ir prototipų struktūros

Per metus iki 2000 m. Tyrėjai visame pasaulyje pasiūlė daugybę „VCSEL“ dizainų, eksperimentuodami su medžiagomis, ertmės konfigūracijomis ir išmetamųjų teršalų strategijomis.Pagrindinis posūkio taškas atsirado 1994 m., Kai Huffaker ir kt.įvedė MESA pagrįstą oksidacijos metodą.Išdavę Mesa struktūrą į dumblių sluoksnius ir selektyviai oksiduojančius Al turtingus regionus, jie suformavo palaidotus didelio atsparumo Al oksido sluoksnius, kurie veiksmingai apribojo srovės srautą.Šis oksido uždarumo metodas žymiai sumažino slenksčio srovę, siekiančią net 225 µA.

Ši oksiduota struktūra ilgainiui tapo pagrindiniu modernių oksido konfinuotų VCSELS konstrukcijomis.Slenkstinės srovės sumažėjimas ne tik pagerino efektyvumą, bet ir sumažino šiluminę apkrovą-dėl didelio tankio optinių sistemų.

Susiejimo struktūra su našumu

2013 m. IGA pasiūlė paprastą analitinį modelį, susiejantį VCSEL slenksčio srovę, moduliacijos pralaidumą ir aktyvaus regiono tūrį.Pagrindinė įžvalga buvo tokia: mažėjant aktyviam tūriui, slenkstinė srovė sumažėja.Palyginimui:

Tipiško VCSEL aktyvusis tūris yra maždaug 0,06 µm³.

Įprasto krašto skleidžiančios juostelių lazerio aktyvioji tūris yra apie 60 µm³.

Šis trijų laipsnių dydžio skirtumas paaiškina, kodėl VCSEL dažnai veikia žemiau 1 mA, o juostelių lazeriams vis dar reikia dešimčių miliamių.Šie pelnai tiesiogiai reiškia mažesnį energijos suvartojimą ir geresnį integracijos potencialą.

Brendimo etapas: tobulinimo ir moduliavimo iššūkiai

Po 2000 m. Dėmesys perėjo prie našumo optimizavimo.Dėl žemų srovės slenksčių ir šiluminio stabilumo oksido konfinuotos VCSEL buvo plačiai naudojami optiniuose siųstuvuose.Tačiau didėjant duomenų sparta buvo surinkti naujų iššūkių, ypač valdant energijos suvartojimą ir šiluminį grįžtamąjį ryšį.

Atsirado praktinis kompromisas: didesnio moduliavimo greičio padidinimas dažnai reiškė didėjančią srovę, kuri padidino temperatūrą ir pablogėjo patikimumas.

Norėdami tai įveikti, „YC Chang“ ir kolegos pristatė kelis giliavandenių oksido sluoksnius (iki penkių) ir padidino p tipo dopingą viršutiniuose sluoksniuose.Šis sumažintas serijos pasipriešinimas, leidžiantis greitajam veikimui su mažesne galia.Bandymuose pasiektas įrenginys:

15 GHz moduliacijos pralaidumas

Vos 0,9 Ma važiavimo srovės

Dėl to tik 1,2 MW galios suvartojama

Tai buvo pagrindinis etapas, parodantis, kad greičio ir energijos efektyvumą galima subalansuoti su kruopščiu konstrukciniu dizainu.

Didelės spartos duomenų perdavimo etapai

Naudodama tą patį struktūrinį išdėstymą, „YC Chang“ komanda taip pat pasiekė duomenų perdavimą be klaidų, esant 35 GBP per tuos pačius metus-kompaktiškų lazerio pagrindu sukurtų jungčių etaloną.

Atskirai, 2011 m. Petterio Westbergho grupė daugiausia dėmesio skyrė moduliacijos dinamikai, esant 850 nm.Jų išvados parodė, kad fotonų eksploatavimo laikas - nuokrypis apie 3 ps - pakilo moduliacijos pralaidumu - 23 GHz.Šiame lygyje duomenų sparta gali pasiekti iki 40 Gbps su minimaliu signalo pablogėjimu.Pagrindinis pasirodymas buvo tas, kad fotono eksploatavimo laikas sumažinti turi būti kruopščiai subalansuotas su slopinimo efektu, kad būtų išvengta signalo viršijimo ar bangos formos iškraipymų.

Tęstinė pažanga ir dabartinė būsena

Iki 2015 m. Pasaulinis susidomėjimas greitaeigiu, mažos galios „VCSels“ lėmė tolesnius rezultatų rekordus.Naudodamiesi tokiais metodais kaip elektrinės išankstinės pabrėžiamos ir optimizuoto šiluminio valdymo, tyrimų laboratorijos parodė duomenų perdavimą 71 Gbps, naudodamos trumpojo bangos ilgio VCSEL.Šie pasiekimai dabar yra pagrindiniai aukštos kokybės optinės jungtys, naudojamos duomenų centruose ir didelės skiriamosios gebos jutimo platformose.

Įvairus VCSEL naudojimas

Greitaeigis optinio pluošto ryšys

Ilgojo bangos ilgio „VCSels“, ypač esant 1300 nm ir 1550 nm, užima įtakingą vietą gigabito už sekundę optiniuose ryšiuose.Sušvelnindami pluošto dispersiją, jie padidina patikimumą ir efektyvumą duomenų tinkluose.Tokie patobulinimai rezonuoja tiek komercinėse, tiek gyvenamosiose erdvėse, kur patikimas ryšys palaiko kasdienį žmonių gyvenimą ir sąveiką.

Skaitmeninio ryšio sprendimai

Šiuolaikiniuose vietiniuose tinkluose „VCSels“ palengvina veiksmingą ir ekonomišką duomenų perdavimą, pritaikydami nuolat augančius LAN pralaidumo reikalavimus.Jų buvimas stipriai jaučiamas duomenų centruose, kur jie labai prisideda prie greito mainų ir informacijos saugojimo, reaguodami į dinaminį skaitmeninio augimo pobūdį.Šis gebėjimas patenkinti duomenų troškulį atspindi nuolat besikeičiančią skaitmeninės sąveikos kraštovaizdį.

Optiniai sujungimai

1300 nm VCSELS diegimas optiniame lygiagrečiame apdorojime padeda tobulinti tinklų kūrimo, skaičiavimo sistemų ir informacijos apdorojimą.Tai skatina stipresnius infrastruktūros dizainus, kurie palaiko sudėtingus skaičiavimo poreikius ir optimizuotą duomenų valdymą.Sklandus įvairių technologijų integracija, atsirandanti dėl patobulinto duomenų tvarkymo,-funkcija, kurios labai ieškoma šiandienos į duomenis orientuotoje eroje.

Optinis saugojimas ir už jos ribų

VCSELS yra ne tik kaip skaitymo/rašymo šviesos šaltinis, bet ir skverbiasi į naujas teritorijas, tokias kaip virtualūs ekranai ir lazerio spausdinimas.Jie padidina optinio saugojimo funkcionalumą ir efektyvumą, padidindami greitį ir talpą.Pramoninėse sferose tokių pažangų svertas prisideda prie veiklos išlaidų mažinimo ir produktyvumo padidinimo sumažinant greitą ir tikslų duomenų gavimo ir apdorojimo galimybes.