Diode laser VCSEL

Lorsque l’on compare les lasers EEL aux VCSEL, il existe des différences évidentes qui font des VCSEL une technologie supérieure à bien des égards.

Structure et fonctionnalité :

L’une des différences les plus notables réside dans leur structure. Les lasers EEL sont fins, longs et émettent de la lumière depuis le bord, ce qui limite leur évolutivité et la cohérence de leurs performances. Les VCSEL, quant à eux, sont compacts et émettent de la lumière depuis la surface, ce qui les rend plus faciles à produire en série tout en conservant des performances constantes. C'est comme comparer une paille étroite à un entonnoir grand ouvert, et la différence de conception peut avoir un impact considérable sur la fonctionnalité.

Efficacité énergétique :

En matière de consommation électrique, les lasers VCSEL sont loin devant. Ils consomment beaucoup moins d’énergie que les lasers EEL, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant des performances efficaces. Ceci est particulièrement important dans les centres de données et l’électronique grand public, où l’efficacité énergétique constitue une préoccupation croissante. Pourquoi gaspiller de l’énergie quand vous pouvez obtenir des résultats identiques, voire meilleurs, avec moins d’énergie ?

Performances des communications optiques :

La technologie VCSEL fait également sensation dans le domaine des communications optiques. Capables de transmettre des données plus rapidement et plus efficacement que les lasers EEL, les VCSEL deviennent la solution de choix pour la transmission de données à haut débit. Ceci est important dans un monde qui repose de plus en plus sur un échange de données rapide et fiable.

Les lasers à émission de surface et à cavité verticale (VCSEL) offrent divers avantages par rapport aux autres types de lasers. Ces avantages incluent : L'émission de surface, offrant une flexibilité de conception pour les baies adressables ; Faible dépendance à la température de la longueur d'onde du laser ; Excellente fiabilité ; Processus de fabrication au niveau de la tranche. Ces caractéristiques rendent les VCSEL plus adaptés à un large éventail d'applications que les lasers à diodes électroluminescentes et les LED traditionnels. La technologie BrandNewTech VCSEL comprend la structure épitaxiale et la conception de puces, la croissance épitaxiale, le traitement frontal et back-end, le conditionnement, ainsi que les tests et simulations avancés. Le VCSEL est aujourd'hui une source de lumière établie pour la transmission de données dans les liaisons courte distance, les interconnexions et les réseaux locaux (LAN, SANS, etc.). Dans ces applications, le VCSEL est modulé tout ou rien pour la transmission de signaux numériques. Des travaux récents sur la modulation analogique des VCSEL indiquent que les VCSEL constituent également des sources de lumière appropriées pour la transmission de signaux RF et micro-ondes, par exemple dans les réseaux radio sur fibre (RoF) utilisés pour le déport d'antennes dans les systèmes cellulaires de communication mobile. Il existe de nombreux autres avantages : Haute efficacité : les VCSEL sont très efficaces et peuvent produire beaucoup de lumière avec une puissance d'entrée relativement faible. Cela les rend adaptés à une variété d’applications où l’efficacité énergétique est importante. Faible coût : les VCSEL sont relativement simples à fabriquer, ils sont donc moins coûteux à produire que les autres types de lasers. Faible génération de chaleur : les VCSEL génèrent très peu de chaleur, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans des appareils compacts où la dissipation thermique est un problème. Haute fiabilité : les VCSEL ont une fiabilité élevée et une longue durée de vie, ce qui les rend adaptés aux applications critiques pour lesquelles les temps d'arrêt ne sont pas une option. Polyvalence : les VCSEL peuvent être conçus pour fonctionner à diverses longueurs d'onde et peuvent être modulés à des vitesses élevées, ce qui les rend adaptés à une large gamme d'applications.

Les capteurs basés sur VCSEL peuvent mesurer la distance et la vitesse en trois dimensions et sont déjà produits en grandes quantités pour des applications professionnelles et grand public. Il utilise plusieurs principes physiques : Les VCSEL sont utilisés comme éclairage infrarouge pour les caméras de surveillance. Des réseaux haute puissance combinés à des optiques d’imagerie fournissent un éclairage uniforme des scènes sur une portée de plusieurs centaines de mètres. La méthode du temps de vol utilise des VCSEL pulsés comme sources de lumière, soit sous forme d'impulsions uniques intenses avec un faible rapport cyclique, soit sous forme de trains d'impulsions. En raison de la sensibilité à la lumière de fond et de la forte atténuation du signal avec la distance, des puissances laser de plusieurs watts sont nécessaires à des distances allant jusqu'à 100 mètres. Les réseaux VCSEL permettent une évolutivité de puissance et peuvent fournir des impulsions très courtes à des densités de puissance plus élevées. Les applications vont des fonctionnalités étendues des smartphones aux capteurs industriels en passant par le LiDAR automobile pour l'assistance à la conduite et la conduite autonome. L'interférométrie à auto-mélange fonctionne avec des photons laser cohérents qui sont renvoyés dans la cavité. Il est donc insensible à la lumière ambiante. La méthode est utilisée pour mesurer la vitesse et la distance d'une cible avec une très grande précision sur des distances allant jusqu'à un mètre. Les VCSEL monomodes avec photodiodes intégrées et polarisation stabilisée par réseau permettent d'obtenir des produits très compacts et économiques. Outre les applications bien connues des dispositifs de saisie informatiques, de nouvelles applications avec une précision encore plus élevée sont également étudiées, par exemple pour la mesure de la vitesse au sol des automobiles jusqu'à 250 km/h. Toutes les méthodes de mesure exploitent les propriétés connues du VCSEL telles que la robustesse, la stabilité en température et le potentiel d'un boîtier optique et électronique intégré. Cela rend les capteurs VCSEL parfaitement adaptés aux nouvelles applications à grande échelle sur les marchés grand public et automobile.

Actuellement, les VCSEL sont principalement utilisés dans les communications de données. Le marché du VCSEL devrait croître considérablement à mesure que la demande de smartphones, d’appareils et de technologies LiDAR, 5G et IoT évolue et augmente. Puisqu’il est très facile de fabriquer plusieurs lasers sur un seul réseau, les VCSEL auront un grand potentiel d’utilisation dans ces types de technologies émergentes au cours des prochaines décennies, à condition que la puissance continue de grimper en watts et en kilowatts. Les produits de nouvelle génération dans le domaine de la détection industrielle et 3D, en particulier, nécessiteront des déploiements à grande échelle de VCSEL pour répondre aux besoins de conception et de performances. Lorsque deux ou trois VCSEL sont combinés sur une seule puce, ils peuvent être utilisés pour mesurer la vitesse de haute précision dans les applications de détection. Par exemple, l'iPhone X sorti en 2017 utilisait trois VCSEL pour activer la reconnaissance faciale. Des produits révolutionnaires se produisent lorsque les VCSEL sont combinés en milliers, voire en millions à la fois sur une seule puce. La combinaison de dix mille VCSEL permettrait une adoption généralisée de la technologie LiDAR par les consommateurs, par exemple pour les voitures autonomes.