Kuingia kwa kina ndani ya wima-wima uso-wa-lasers (VCSELs)

Wima-cavity uso-kutoa lasers (VCSELs) inawakilisha maendeleo ya mabadiliko katika optoelectronics, kuwezesha compact, ufanisi wa nishati, na mawasiliano ya kasi ya juu.Tofauti na lasers za jadi, VCSELs hutoa mwanga kutoka kwa uso, kurahisisha ujumuishaji katika mitandao ya macho na vifaa vya watumiaji.Ubunifu wao mbaya, wasifu wa boriti ya mviringo, na uwezo wa haraka wa moduli huwafanya kuwa bora kwa matumizi kutoka vituo vya data hadi kuhisi 3D.Pamoja na maboresho yanayoendelea katika muundo na vifaa, teknolojia ya VCSEL inaendelea kushinikiza mipaka ya uvumbuzi wa kisasa wa picha.

Katalogi

Kujitenga katika teknolojia ya VCSEL

Wima-cavity uso-kutoa lasers (VCSELs) ni vifaa tofauti vya semiconductor ambavyo hutoa taa ya laser inayoelekeza kwa uso, ikitofautisha kutoka kwa lasers za kawaida zinazotoa makali ambazo hutoa mwanga sambamba na substrate.Ubunifu huu wa ubunifu umeathiri sana teknolojia za mawasiliano ya macho, ikifanya kazi kama maendeleo muhimu katika ulimwengu wa optoelectronics.VCSEL, na mchakato wao rahisi wa ujumuishaji, mifumo ya chafu ya boriti ya mviringo, uwezo wa kuvutia wa moduli, na asili ya gharama nafuu, endelea kuendesha maendeleo ya macho.

VCSEL zinatoa faida nyingi, zinachangia matumizi yao ya kuenea.Ushirikiano wao usio na mshono katika muundo wa safu hurahisisha michakato ya utengenezaji, na kusababisha gharama za uzalishaji wa chini.Uzalishaji wa boriti ya mviringo inaboresha sana ufanisi wa kuunganishwa na nyuzi za macho, kuongeza ufanisi wa usambazaji wa data.Uwezo wa kushangaza wa moduli huruhusu mawasiliano ya data haraka, kukidhi mahitaji ya miundombinu ya kisasa ya mtandao.

Mfumo muhimu wa VCSEL

Lasers ya wima-wima-inayotoa lasers (VCSELs) zina mfumo ulioundwa kwa uangalifu, unaofafanuliwa na maingiliano ya kupendeza ya maonyesho ya Bragg yaliyosambazwa (DBRs) na fahirisi za kukusudia za kukusudia.Tabaka hizi zinaongeza kati ya fahirisi za juu na za chini, kuchagiza maeneo yenye kazi vizuri yaliyopandwa kwa ufanisi ulioinuliwa wa uzalishaji.Uzalishaji ulioimarishwa unatokana na uwekaji wa uangalifu wa mikoa hii kwenye uwanja wa wimbi uliosimama, njia iliyosafishwa kuhakikisha kizazi chenye nguvu.

Mienendo ya index ya kuakisi katika DBRS

Tabaka za index zinazobadilika katika DBRS zinaathiri sana uboreshaji wa tafakari ya mwanga muhimu kwa utendaji wa VCSEL.Mpangilio huu wa kutafakari sio tu unajumuisha mwanga lakini pia huongeza uwezo wa utendaji wa laser kwa kuunda mfumo mzuri wa maoni.

Nguvu za safu ya chuma

Chini ya aperture ya pato, safu ya chuma inachukua jukumu muhimu katika kuimarisha maoni ya macho ndani ya mfumo wa VCSEL.Inasaidia katika kuimarisha tafakari ya taa na kuleta utulivu wa uzalishaji, kukuza pato thabiti la laser licha ya hali ya kushuka kwa joto katika operesheni.Kanuni za uhandisi wa ubunifu mara nyingi hutumika katika tabaka hizi ili kupunguza hasara zinazotarajiwa, kusaidia kuegemea endelevu.

Makeup ya nyenzo na muundo

Tabaka za semiconductor katika VCSEL kawaida huwa na vifaa kama gallium arsenide (GAAS) na alumini arsenide (ALAS), iliyowekwa ndani ya ujenzi wa hewa ili kuweka katikati na kuzuia taa.Udhibiti sahihi juu ya mali ya nyenzo ni muhimu kwa kupata sifa maalum za uzalishaji.

Ushawishi wa safu ya oksidi iliyooksidishwa

Safu ya oksidi iliyooksidishwa hufanya kama ngao muhimu ya kuhami joto, ikifunga mwanga ndani ya mipaka iliyoainishwa ya laser.Inazuia uzalishaji usiohitajika wa baadaye, kuhakikisha kuwa boriti ya laser inabaki kuelekezwa.Matumizi haya ya kukusudia ya mali ya kuhami yanaonyesha uelewa wa kisasa wa fizikia ya macho, kwani tabaka hizi zinazuia upotezaji wa upotezaji na kukuza ushirika wa boriti.

Mambo ya kimuundo na uboreshaji wa utendaji

Vitu vya miundo, pamoja na DBRs za juu za kuonyesha, kando na msimamo halisi wa mikoa inayofanya kazi, hushawishi sana utendaji wa VCSEL.Zinaathiri sana uwezo wa macho wa laser kwa kusimamia usawa dhaifu wa utoaji wa taa na tafakari.Kukumbatia mikakati ya kubuni inayoendelea, vifaa hivi vimeunganishwa kwa uangalifu ili kukidhi mahitaji sahihi ya kiteknolojia, kutoa mwanga juu ya mitazamo ya maendeleo ya laser.

Sifa tofauti za VCSEL

Usanifu wa kompakt na ufanisi wa utendaji

Wima-cavity uso-kutoa lasers (VCSELs) inasimama nje kwa sababu ya muundo wao wa kipekee wa muundo, ulioonyeshwa na mkoa wa kazi unaofanya kazi na cavity iliyoratibiwa.Uhandisi huu unaofikiria unachangia kupunguzwa kwa vizingiti vya vizingiti na kuwezesha operesheni ya hali ya longitudinal moja, kuongeza ufanisi katika utendaji wa laser.Mahitaji ya nguvu ndogo huendeleza uhifadhi wa nishati na gharama za chini za uendeshaji, kutoa VCSELs zinazovutia sana matumizi anuwai ya kiteknolojia.

Uwezo wa harakati za data za haraka

VCSEL zinajulikana kwa ustadi wao katika kuunga mkono usambazaji wa data SWIFT, unaoendeshwa na frequency yao ya kupumzika ya kupumzika.Ubora huu unawapa nguvu kushughulikia idadi kubwa ya habari na agility na usahihi, hali muhimu katika mazingira ya sasa yanayotawaliwa na data kubwa na mtiririko wa habari wa kasi.Wataalamu katika tasnia wanatambua kuwa teknolojia za mawasiliano za kusafisha zina athari kubwa kwa ufanisi wa kiutendaji na mafanikio ya kibiashara.

Uzalishaji wa taa ya wima na ujumuishaji wa mfumo

VCSEL zinaonyesha tabia ya wima ya wima ambayo inawezesha kufungwa kwa taa nyepesi, kuwezesha uundaji wa moja kwa moja wa safu mbili-mbili.Mali hii huongeza shida na kubadilika, kupanua matumizi yao kutoka kwa vifaa vya watumiaji hadi mfumo wa mawasiliano.Profaili ya boriti ya mviringo, iliyothibitishwa kupitia tathmini kamili ya vitunguu, inahakikishia pato thabiti na hurahisisha ujumuishaji.Uwezo wa ubunifu wa ujumuishaji wa moja kwa moja kwa kutumia wafers wa epitaxial huvutia watafiti na wahandisi, kutengeneza njia ya mbinu za uzalishaji wa gharama nafuu zaidi.

Utumiaji mpana katika mitandao ya macho

Ndani ya mawasiliano ya macho, VCSEL zinawasilisha kubadilika kwa kushangaza, ikichanganyika kwa miundombinu iliyopo wakati wa kuhakikisha busara ya kifedha.Vipengee vyao vya kipekee vinawafanya kuwa sawa kwa safu tofauti za hali, kutoa utendaji mzuri huku kukiwa na hali zinazohitajika.Uwezo wa VCSELs katika wigo mkubwa wa matumizi unaangazia mabadiliko yao na uboreshaji, na kusisitiza thamani yao na uwezo zaidi.

Faida za VCSEL

Ujumuishaji wa VCSEL katika teknolojia za macho hufungua anuwai ya maendeleo ya kuahidi, ikialika utafutaji wa kina.

Ubora ulioimarishwa wa boriti na ujumuishaji usio na mshono

VCSEL hutoa mihimili ya mviringo ya duru ya chini ambayo wanandoa vizuri na nyuzi za macho na vifaa.Kitendaji hiki kinarahisisha ujumuishaji ndani ya mitandao ya macho ngumu, ikinufaisha matumizi mengi ya mawasiliano ya simu.Wakati wa kuunda miundombinu ya mawasiliano, ujumuishaji huu ni muhimu katika kupunguza uharibifu wa ishara na kuongeza utulivu wa mfumo mzima.Kwa kuongezea, ubora sahihi wa boriti huongeza usahihi wa usambazaji wa data, ukizingatia mahitaji ya mitandao inayokuja ya kasi kubwa.

Moduli ya kipekee ya kasi ya juu

Uwezo wa VCSELs kufikia moduli ya kasi ya juu ni muhimu kwa mifumo ya nyuzi za macho.Viwanda vinatumia uwezo huu kukidhi mahitaji ya data yanayokua kila wakati, kudumisha nguvu na kuunganishwa kwa haraka kwa umbali mrefu.Uwezo wa moduli ya haraka ni muhimu katika kujenga miundo ya mawasiliano ambayo yote ni yenye nguvu na mbaya.

Ubunifu wa ubunifu na kiuchumi

Asili ngumu ya VCSELs inahakikisha kizingiti cha chini cha mikondo na inawezesha shughuli za mode moja, wakati ufanisi wao wa uongofu wa umeme mara nyingi huzidi 50%.Ufanisi huu husababisha matumizi ya chini ya nishati na kupungua kwa pato la joto, kuendana na malengo makubwa ya uendelevu.Kwa maneno ya vitendo, umuhimu wa kupunguzwa kwa nguvu unaweza kupunguza gharama za kiutendaji kwa muda mrefu.

Kubadilika katika mifumo ya data ya kasi kubwa

Uwezo wa VCSEL kupangwa katika safu mbili-mbili huongeza utendaji wa mifumo ya data ya kasi kubwa.Kubadilika hii hutoa kubadilika katika usanidi unaohitajika ili kutoa suluhisho zinazoweza kurekebishwa kwa mahitaji maalum ya tasnia.Kwa kuruhusu upimaji kabla ya hatua ya ufungaji, michakato ya utengenezaji imeratibiwa, kusawazisha ubora na ufanisi - njia inayopata umaarufu katika sekta zinazoongoza mitambo na teknolojia smart.

Majukumu yanayotarajiwa katika teknolojia zilizojumuishwa

VCSEL zinaonyesha uwezekano wa kuahidi katika maendeleo ya mitambo ndogo kwa mizunguko ya macho, na kupendekeza jukumu muhimu katika mabadiliko ya teknolojia zilizojumuishwa.Uwezo huu huruhusu miniaturization na kupunguza gharama ya vifaa vya macho wakati wa kuboresha utendaji -lengo linalofuatwa na utafiti wa ubunifu na timu za maendeleo ulimwenguni.Kutarajia matumizi ya siku zijazo, uwezo wa mabadiliko ya VCSEL katika uwanja unaoibuka wa kiteknolojia umeonyeshwa.

Mageuzi ya teknolojia ya VCSEL

Teknolojia ya VCSEL (wima ya uso-inayotoa laser) imeona maendeleo thabiti kwa miongo kadhaa, na timu nyingi za utafiti zikichangia maboresho ya utendaji.Maendeleo ya mapema hufuata kazi ya Soda et al.Mnamo 1979, ambayo iliweka msingi wa kile kinachoweza kuwa moja ya aina ya laser inayotumika sana katika mifumo ya kisasa ya mawasiliano ya macho.

Takwimu maarufu katika utafiti wa VCSEL, IGA na timu yake waliathiri sana mfumo wa kinadharia na muundo wa vitendo wa VCSEL za mapema.Kazi yao ilisaidia kuunda darasa la vifaa sasa vinajulikana kwa compactness, ufanisi wa nishati, na usahihi.

Kupanua wigo wa maombi

Kadiri utendaji wa VCSEL ulivyoboreka, matumizi yake ya vitendo yaliongezeka katika anuwai ya mawimbi na viwanda.Leo, VCSEL zinapatikana kawaida katika transceivers ya macho, mifumo ya kuhisi ya 3D, viunganisho vya masafa mafupi, na hata vifaa vya uthibitishaji wa biometriska.Uwezo wao wa wimbi huruhusu ujumuishaji katika mifumo kutoka vituo vya data hadi matumizi ya LIDAR.

Awamu ya mapema: Uchunguzi wa haraka na miundo ya mfano

Katika miaka inayoongoza hadi 2000, watafiti ulimwenguni walipendekeza miundo mingi ya VCSEL, kujaribu vifaa, usanidi wa cavity, na mikakati ya uzalishaji.Sehemu kubwa ya kugeuza ilikuja mnamo 1994, wakati Huffaker et al.ilianzisha mbinu ya oxidation ya msingi wa MESA.Kwa kuweka muundo wa Mesa ndani ya tabaka za algaAs na kuchagua oksidi za al-tajiri, waliunda tabaka za juu za kupinga za Al-oksidi ambazo zilizuia mtiririko wa sasa.Njia hii ya kufungwa oksidi ilipunguza sana kizingiti cha sasa, kufikia chini kama 225 µA.

Muundo huu wa oksidi mwishowe ukawa muundo wa kimsingi wa VCSEL za kisasa zilizo na oksidi.Kupunguzwa kwa kizingiti cha sasa sio tu kuboresha ufanisi lakini pia kupunguza mzigo wa mafuta-kuu katika mifumo ya macho ya hali ya juu.

Kuunganisha muundo na utendaji

Mnamo 2013, IGA ilipendekeza mfano rahisi wa uchambuzi unaounganisha kizingiti cha VCSEL sasa, bandwidth ya moduli, na kiasi cha mkoa unaotumika.Ufahamu muhimu ulikuwa huu: kadiri kiwango kinachofanya kazi kinapungua, kizingiti cha sasa kinashuka.Kwa kulinganisha:

VCSEL ya kawaida ina kiasi cha kazi cha takriban 0.06 µm³.

Laser ya kawaida inayotoa makali ina kiasi cha kazi cha karibu 60 µ³.

Tofauti hii ya ukubwa wa mpangilio tatu inaelezea kwa nini VCSEL mara nyingi hufanya kazi chini ya 1 Ma, wakati strip lasers bado zinahitaji makumi ya milliamps.Faida hizi hutafsiri moja kwa moja kwa matumizi ya chini ya nguvu na uwezo bora wa ujumuishaji.

Awamu ya kukomaa: Changamoto za uboreshaji na mabadiliko

Baada ya 2000, umakini ulibadilika kwenda kwa utendaji wa utendaji.VCSEL zilizo na oksidi zilipata matumizi mengi katika transceivers ya macho kwa sababu ya vizingiti vyao vya chini vya sasa na utulivu wa mafuta.Walakini, viwango vya data vinavyoongezeka vilianzisha changamoto mpya - haswa katika kusimamia matumizi ya nguvu na maoni ya mafuta.

Biashara ya vitendo iliibuka: Kusukuma kasi ya juu ya moduli mara nyingi ilimaanisha kuongezeka kwa sasa, ambayo iliinua joto na kuegemea.

Ili kuondokana na hii, YC Chang na wenzake walianzisha tabaka nyingi za oksidi-oksidi (hadi tano) na kuongezeka kwa aina ya P-aina kwenye tabaka za juu.Upinzani huu wa mfululizo uliopunguzwa, kuwezesha operesheni ya kasi kubwa na kuchora nguvu ya chini.Katika vipimo, kifaa kilifanikiwa:

15 GHz modulation bandwidth

Kwa 0.9 mA tu ya gari la sasa

Kusababisha tu 1.2 MW ya matumizi ya nguvu

Hili lilikuwa hatua kuu, kuonyesha kuwa kasi na ufanisi wa nguvu zinaweza kusawazishwa na muundo makini wa muundo.

Vipimo vya maambukizi ya kasi ya data

Kutumia muundo huo wa muundo, timu ya YC Chang pia ilipata usambazaji wa data isiyo na makosa kwa 35 Gbps ndani ya mwaka huo huo-alama ya miingiliano ya msingi wa laser.

Kando, mnamo 2011, kikundi cha Petter Westbergh kililenga mienendo ya moduli kwa 850 nm.Matokeo yao yalionyesha kuwa kupunguza maisha ya Photon -inayozingatia 3 PS - iliyotolewa katika upelekaji wa bandwidth ya 23 GHz.Katika kiwango hiki, viwango vya data vinaweza kufikia hadi 40 Gbps na uharibifu mdogo wa ishara.Kuchukua muhimu ni kwamba kupunguza maisha ya Photon lazima iwe na usawa na athari za uchafu ili kuzuia uboreshaji wa ishara au upotoshaji wa wimbi.

Maendeleo yaliyoendelea na hali ya sasa

Kufikia 2015, riba ya ulimwengu kwa kasi ya juu, yenye nguvu ya chini ilisababisha rekodi zaidi za utendaji.Kupitia mbinu kama za kusisimua za umeme na utunzaji wa mafuta ulioboreshwa, maabara ya utafiti ilionyesha usambazaji wa data nyuma-kwa-nyuma kwa 71 Gbps kwa kutumia VCSEL fupi-wavelength.Mafanikio haya sasa ni ya msingi kwa viungo vya macho vya utendaji wa juu vinavyotumika katika vituo vya data na majukwaa ya kuhisi azimio kubwa.

Matumizi anuwai ya VCSEL

Mawasiliano ya nyuzi ya kasi ya juu

VCSEL za muda mrefu, haswa katika 1300nm na 1550nm, zinashikilia mahali pa ushawishi katika mawasiliano ya macho ya gigabit-kwa-sekunde.Kwa kupunguza utawanyiko wa nyuzi, huongeza kuegemea na ufanisi katika mitandao ya data.Maboresho kama haya yanaonekana katika nafasi zote za kibiashara na za makazi, ambapo unganisho linaloweza kutegemewa linaunga mkono maisha ya kila siku na mwingiliano wa watu.

Suluhisho za Mawasiliano ya Dijiti

Katika mitandao ya kisasa ya mitaa, VCSEL zinawezesha usambazaji mzuri wa data na kiuchumi, kuzoea mahitaji ya bandwidth inayokua.Uwepo wao unajisikia sana katika vituo vya data, ambapo huchangia kwa kiasi kikubwa kubadilishana haraka na uhifadhi wa habari, kujibu hali ya nguvu ya ukuaji wa dijiti.Uwezo huu wa kukidhi kiu ya data unaonyesha mazingira yanayotokea ya mwingiliano wa dijiti.

Uunganisho wa macho

Kupelekwa kwa VCSEL 1300nm katika usindikaji wa macho sambamba kunasaidia uboreshaji wa mitandao, mifumo ya kompyuta, na usindikaji wa habari.Hii inakuza miundo ya miundombinu yenye nguvu ambayo inasaidia mahitaji tata ya computational na usimamizi bora wa data.Ujumuishaji laini wa teknolojia tofauti hutoka kutoka kwa utunzaji wa data ulioimarishwa, kipengele kinachotafutwa sana katika enzi ya leo ya data.

Hifadhi ya macho na zaidi

Zaidi ya kutumikia kama chanzo cha kusoma/kuandika taa katika uhifadhi wa macho, VCSEL zinaingia katika maeneo mapya kama maonyesho ya kawaida na uchapishaji wa laser.Wao huongeza utendaji na ufanisi wa uhifadhi wa macho, kuinua kasi na uwezo wote.Ndani ya maeneo ya viwandani, ufikiaji wa maendeleo kama haya huchangia kupunguza gharama za kiutendaji na kuongeza tija kupitia uwezo wa haraka na sahihi wa data na uwezo wa usindikaji.