VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）的全称是垂直腔面发射激光器。它是一种半导体激光器，其激光束垂直于芯片表面发射，与传统的边发射激光器（EEL）相比，具有窄光谱、低功耗、低温漂等优点。VCSEL广泛应用于3D成像、光通信、光互连、光存储等领域。
VCSEL基本结构组成
VCSEL（垂直腔面发射激光器）的基本结构组成主要包括以下多层组件：
1有源增益区（核心部分）：由多重量子阱层构成，用于产生和放大激光光束。
2顶部和底部反射镜：采用分布式布拉格反射镜（DBR），反射率高达99%，确保激光在垂直方向上高效发射、。
3氧化物层：形成发光窗口，调整光束为圆形光斑，限制横向模式、。
4电流注入层（电极层）：涂覆P型半导体材料（如铝、镓、砷），用于电流扩散和控制。
5附加层：位于底部，提供电流注入和扩散，实现电子控制。
6:基座：由氮化硼等材料制成，作为支撑结构。
这些组件协同工作，实现低能耗、单模输出和高光束质量。
图1 VCSEL 典型结构示意图
VCSEL工作原理
VCSEL（垂直腔面发射激光器）是一种激光二极管，其激光束垂直于芯片表面发射，不同于传统激光器的边缘发射方式。
其核心工作原理基于布拉格反射器和量子阱结构：电流注入时，载流子在垂直腔体中激发光子，通过反射镜形成共振，最终输出高质量激光束。
VCSEL光束呈完美圆形，且光束质量优异，易于与光纤耦合，实现高效信号传输。
此外，它支持单模输出和波长稳定，适用于需要精确波长控制的场景。
阈值电流低，能耗小，延长设备续航并提升能效。
图2 工作流程示意图
VCSEL常用材料
VCSEL（垂直腔面发射激光器）的常用材料体系主要包括有源区材料和DBR（分布式布拉格反射镜）材料。常用的有源区材料体系包括GaAs/AlGaAs、InGaAs、GaInNAs/GaAs等，这些材料通常用于构建多量子阱（MQW）结构，以控制激光的阈值、波长和输出特性。
而DBR材料体系则根据所需波长选择，常见的有GaAs/AlGaAs、InGaAsP/InP、AlGaInAs/InP等，这些材料具有高折射率差、高热导率和低光学吸收率，以实现高效的光反馈和热管理。
此外，VCSEL的衬底材料通常为GaAs或InP，其中GaAs适用于短波长（如850 nm）的VCSEL，而InP则适用于长波长（如1310 nm和1550 nm）的VCSEL。在实际应用中，为了提高器件的热性能和功率输出，有时还会采用金刚石或SiC等高热导率材料作为热沉。
上一篇：陶瓷灯珠的主要特点和应用
下一篇：没有了
