激光LDVCSEL前景无限,你真的明白为何激光要登上大舞台
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2024年激光直接成像(LDI)设备市场前景分析引言激光直接成像(Laser Direct Imaging,LDI)是一种通过使用激光光源直接将图像转移到PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)上的技术。
随着电子产品的不断发展和更新,LDI技术在PCB制造行业中的应用越来越广泛。
本文将对激光直接成像(LDI)设备市场的前景进行分析。
1. LDI设备市场现状目前,全球LDI设备市场正在快速增长。
随着电子行业对更高性能和更复杂电路板的需求不断增长,传统的光刻技术已经无法满足这些需求。
LDI作为一种非常有效的替代技术,成为了电子制造商的首选。
2. LDI设备市场的驱动因素LDI设备市场的增长受到多个驱动因素的影响。
首先,随着电子设备的微型化和多功能化,印刷电路板上的线路和元器件变得越来越紧凑,要求更高的精度和分辨率。
LDI技术可以提供比传统光刻技术更高的分辨率和精度,满足现代电子产品的要求。
其次,传统的光刻技术需要使用光罩,而LDI技术不需要光罩制造,因此可以节省制造成本和时间。
这使得LDI技术对制造商更加吸引,提高了LDI设备市场的需求。
另外,LDI技术具有更好的灵活性和适应性。
它可以在几乎任何类型的基板上进行图像转移,包括薄膜和曲面基板。
这使得LDI设备市场的应用范围更广,满足了不同制造需求的需求。
3. LDI设备市场的发展趋势未来几年,LDI设备市场有望保持强劲增长。
首先,随着新一代电子产品的不断涌现,对高性能和高精度PCB的需求将继续增长,这将推动LDI设备市场的发展。
其次,随着人们对可持续发展和环保的关注,传统光刻技术所产生的废液和废气问题成为了制造商关注的焦点。
LDI技术可以减少或消除这些废物的产生,因此更环保。
这将使得LDI设备市场在环保产业中的地位提升。
另外,LDI技术的研发和创新也将推动市场的发展。
目前,研究人员正在努力改进LDI设备的分辨率、速度和精度,以满足不断提高的要求。
2024年激光武器市场前景分析1. 引言激光武器是一种利用激光技术进行攻击和防御的现代化武器。
随着科技的不断进步,激光武器在军事领域的应用越来越广泛。
本文将对激光武器市场的前景进行分析。
2. 市场规模与发展趋势激光武器市场在过去几年中表现出快速增长的趋势。
根据市场研究公司的数据,预计未来几年激光武器市场的规模将进一步扩大。
这主要归因于以下几个因素:•技术进步:激光技术不断提升,使得激光武器的性能和效果得到了显著改善。
高功率激光器的发展使得激光武器在瞄准和摧毁目标方面更加精确和有效。
•军事需求:随着战争形态的演变,传统武器已经不能完全满足现代军队的需求。
激光武器具有高射速、高精度和低成本等特点,可以在侦查、打击和防御等方面发挥重要作用,因此受到军队的青睐。
•财政支持:各国政府对激光武器的研发和应用给予了积极的财政支持。
这将进一步推动激光武器市场的发展,促使技术不断创新和改进。
预计未来几年,激光武器市场将继续保持快速增长的态势。
3. 市场竞争与市场份额目前,激光武器市场还处于初级阶段,主要竞争对手包括美国、俄罗斯、以色列、中国等国家和地区。
这些国家在激光武器的研发和生产方面都取得了一定的成果,并在军事装备的使用上取得了一定的突破。
然而,市场份额方面,目前美国在全球激光武器市场占据主导地位。
其技术实力和市场地位使得美国在激光武器的研究、生产和销售方面具有明显优势。
其他国家和地区在市场份额方面仍存在一定差距,需要进一步加大投入和努力提高自身实力。
4. 市场挑战与发展预测激光武器市场面临一些挑战,其中包括技术难题、成本问题和国际法律约束等。
虽然激光武器的研发和应用取得了一定的突破,但仍然存在一些技术难题,如高功率激光器的制造和稳定性的保持等。
此外,激光武器的成本较高,其研发和制造所需资源和资金是一个挑战。
这也限制了激光武器市场的进一步扩大和普及。
然而,随着激光技术的进一步发展和成本的降低,以及政府对激光武器的支持,预计激光武器市场将在未来几年保持稳定增长。
垂直腔面发射激光器(VCSEL)的研究进展与应用1.VCSEL的发展历史和优势半导体激光器是信息化社会最具有代表性的关键光电子器件之一,已经在许多领域得到广泛的应用,研究人员在边发射激光器( Edge Emitting Laser,EEL) 的研制过程中遇到了阵列制备工艺复杂、器件测试困难以及输出模式和波长难以控制等问题。
因此,在1977年日本东京工业大学教授Klga提出了一种VCSEL的概念,并在1979年采用GaInAsP材料体系在77K温度下首次实现脉冲输出。
VCSEL是一种在与半导体外延片垂直方向上形成光学谐振腔、发出的激光束与衬底表面垂直的半导体激光器结构。
在这样的面发射半导体激光器结构中,光的输出端和器件底端都需要反射镜,而反射镜的高反射率对降低阈值电流密度起着非常巨大的作用。
因此,人们针对高反射率的反射镜进行了各种研究,例如介质膜分布式布拉格反射镜( Distributed Bragg Reflectiors,DBR)、半导体DBR、复合反射镜以及金属膜反射镜等。
GaAs材料体系的VCSEL从1983年开始研究到1986年实现低阈值的微腔操作,这期间采用两种不同类型的膜以四分之一波长的厚度交替生长而成的DBR能实现光强反射,反射率达到了99%以上。
到了1988年VCSELs器件采用多层SiO2/TiO2介质膜DBR首次实现了850nm的室温连续激射;然而,虽然数对介质膜DBR即可实现高反射率,但是这种结构不导电且散热性差,为了改进这一状况,1986年年首次实现了AlGaAs/GaAs DBR 的VCSEL器件,由于p型AlAs/Al0.1Ga0.9AS DBR具有较高的势垒电阻,因此该器件只在n 侧使用半导体DBR,而另一侧反射镜采用Au/SiO2镜面组成。
为了改进半导体DBR的势垒电阻问题,许多研究机构进行了报道,其中代表性的器件是采用高浓度Zn 掺杂的AlAs层制备p型DBR;此外,为了避免DBR的高势垒电阻问题,VCSEL器件采用光泵浦方式工作,或者减少一侧DBR的层数和一个外部输出耦合镜相结合,实现连续输出。
2024年激光直接成像(LDI)设备市场策略引言激光直接成像(LDI)技术是一种通过激光将数字图像直接转化为光刻胶图案的方法,广泛应用于半导体制造和其他微纳加工领域。
随着半导体行业的不断发展和智能设备的普及,LDI设备市场呈现出巨大的增长潜力。
本文将探讨LDI设备市场的发展趋势,并提出相应的市场策略。
LDI设备市场发展趋势1. 半导体行业的快速发展随着云计算、人工智能和物联网等技术的快速发展,对计算和存储能力的需求越来越大。
这将推动半导体行业的发展,进一步促进LDI设备的需求增长。
2. 微纳加工市场的扩大除了半导体行业,微纳加工市场在医疗、电子、能源等领域也呈现出快速增长的趋势。
LDI设备作为一种高精度、高效率的加工方法,将在微纳加工领域得到广泛应用。
3. LDI技术的优势LDI技术相比传统的光刻技术具有多项优势。
首先,LDI技术免除了光学掩膜的使用,降低了生产成本。
其次,LDI技术可以实现更高的分辨率和更短的加工时间,提高了生产效率。
最后,LDI技术能够灵活适应不同的图案设计,具有更好的应用灵活性。
市场策略1. 品牌建设在LDI设备市场竞争激烈的情况下,品牌建设是市场成功的关键。
公司应该注重提高品牌知名度和美誉度,以增强在市场中的竞争力。
可以通过参加行业展会、举办技术研讨会、发布技术文章等方式来展示公司的技术实力和市场影响力。
2. 技术研发技术创新是提高产品竞争力的重要手段。
公司应不断加大研发投入,致力于提高LDI设备的分辨率、加工速度和稳定性。
同时,与行业研究机构和高校建立合作关系,共同推动技术创新和产业发展。
3. 产品定位根据不同市场需求,公司可以开发多款具有不同规格和配置的LDI设备,并根据客户需求提供定制化服务。
同时,加强产品的售后服务,提供及时、准确的技术支持,提高客户满意度。
4. 渠道拓展积极拓展销售渠道是扩大市场份额的重要手段。
公司可以与半导体制造商、微纳加工设备经销商等建立合作关系,共同推动产品销售。
2024年激光制造市场前景分析激光制造技术是一种基于激光能量进行材料加工或制造的先进制造技术,近年来在各个领域得到了广泛应用。
本文将对激光制造市场的前景进行分析。
1. 市场概述激光制造市场是一个快速发展的市场,涵盖了多个行业领域。
激光技术具有高精度、高效率、灵活性强等优势,适用于各种材料的加工和制造。
随着工业4.0的推进和制造业的智能化发展,激光制造市场将迎来更大的发展机遇。
2. 行业应用分析2.1 制造业激光制造技术在制造业领域具有广泛的应用。
例如,激光切割技术可以用于金属材料、塑料材料的切割,激光焊接技术可以用于焊接不同材料的接口等。
激光制造技术可以提高生产效率,降低成本,提高产品质量,因此在制造业中有很大的市场需求和潜力。
2.2 电子产业随着电子产品市场的快速发展,激光制造技术在电子产业中的应用也在不断增加。
例如,激光打标技术可以用于电子产品的标识和追踪,激光刻蚀技术可以用于 PCB 板的制作等。
激光制造技术在电子产业中的应用可以提高产品的可追溯性和生产效率,满足消费者对高质量和高标准产品的需求。
2.3 汽车行业激光制造技术在汽车行业中的应用也越来越广泛。
例如,激光焊接技术可以用于汽车车身的焊接,激光切割技术可以用于汽车零部件的切割等。
激光制造技术在汽车行业中能够提高产品的质量和耐用性,降低生产成本,满足汽车行业对高效率和高品质生产的需求。
3. 市场竞争分析激光制造市场具有较高的竞争度。
目前,全球范围内有许多激光制造技术和设备的供应商。
竞争主要体现在产品性能、技术创新、品牌知名度等方面。
为了在市场中取得竞争优势,企业需要不断提高产品质量和技术水平,加强品牌建设,提供更好的售后服务。
4. 市场发展趋势4.1 生产智能化随着智能制造的推进,激光制造技术将更加智能化。
例如,激光焊接机器人、激光切割自动化生产线等将会越来越多地应用于工厂生产。
这将提高生产效率,降低成本,推动激光制造市场的发展。
4.2 新兴应用领域随着科技的不断进步,激光制造技术将会在更多领域得到应用。
激光的发展与应用前景展望激光技术始于20世纪60年代,迄今为止已经发展了近60年。
作为一种高度聚焦的能量源,激光技术在各个领域的应用越来越广泛。
本文将探讨激光的发展历程以及未来的应用前景。
第一部分:激光的发展历程激光技术最早出现在科幻作品中,然而,1960年美国物理学家梅澜斯发明了世界上第一台激光器,标志着激光技术的诞生。
最初的激光器是由具有受激发射能力的固体晶体制成的,但是随着科技的进步,激光器的类型也不断扩展,包括气体激光器、液体激光器和半导体激光器等。
这些不同类型的激光器具有不同的特点和应用领域,例如气体激光器广泛应用于切割、焊接和材料加工等领域,而半导体激光器则用于通信和激光照明等领域。
第二部分:激光技术在医疗领域的应用激光技术在医疗领域的应用已经发展了几十年,目前已经成为一种重要的治疗工具。
例如,激光手术已经在眼科、整形外科和皮肤科等领域取得了显著成果。
激光手术具有创伤小、恢复快的特点,对患者来说是一种低风险的治疗方式。
此外,激光技术还可用于准确定位和破坏癌细胞,从而为肿瘤治疗提供了新的途径。
第三部分:激光技术在通信领域的应用随着互联网的快速发展,人们对高速、高容量的通信需求也在不断增加。
激光通信技术因其高速、安全的特点被认为是未来通信的重要方向。
激光通信利用激光脉冲传输信息,具有比传统电信号传输更高的带宽和传输速度。
此外,激光通信还具有抗干扰能力强、难以窃听的特点,可以在军事通信和机密文件传输等领域发挥重要作用。
第四部分:激光技术在工业领域的应用激光技术在工业领域的应用也越来越广泛。
激光切割、激光焊接和激光打标等成为现代工业生产中重要的工具。
激光切割技术可以在减少材料浪费的同时提高生产效率,激光焊接技术可以实现高精度的焊接,激光打标技术可以在各种材料上实现标记和编码。
这些激光应用不仅提高了生产效率,还提高了产品质量和精度。
第五部分:未来激光技术的挑战与展望尽管激光技术在各个领域都取得了重要的进展,但仍存在一些挑战和限制。
2023年VCSEL芯片行业市场分析现状VCSEL芯片(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)是一种垂直腔面发射激光器,具有发光效率高、功耗低、方向性好等优点,被广泛应用于光通信、光电子设备和传感器等领域。
随着5G、光通信和人工智能等技术的快速发展,VCSEL芯片市场呈现出快速增长的趋势。
在光通信领域,VCSEL芯片被广泛应用于数据中心、无线通信和光纤通信等领域。
由于VCSEL芯片具有高速信号传输、低功耗和高密度封装等特点,能够满足高带宽和低延迟的通信需求,成为数据中心和无线通信的重要光源。
根据市场研究机构的数据,全球VCSEL芯片市场在2020年达到了约16亿美元,预计到2025年将达到近40亿美元,年均复合增长率达到20%以上。
在光电子设备领域,VCSEL芯片被应用于人脸识别、手势识别、3D深度感知和光学传感等应用。
由于VCSEL芯片具有高亮度、高方向性和调制速度快等特点,能够提供高质量的光源,使得光电子设备在人工智能、增强现实和虚拟现实等领域有了更好的应用效果。
根据市场研究机构的数据,全球VCSEL芯片市场在2020年达到了约10亿美元,预计到2025年将达到约25亿美元,年均复合增长率达到15%以上。
在传感器领域,VCSEL芯片被应用于机器视觉、汽车安全和智能手机等领域。
由于VCSEL芯片具有高解析度、低功耗和抗干扰能力强等特点,能够提供精准的测距、测速和光学信号传输功能,使得传感器在安全监控、自动驾驶和人机交互等领域有了更广泛的应用。
根据市场研究机构的数据,全球VCSEL芯片市场在2020年达到了约6亿美元,预计到2025年将达到约15亿美元,年均复合增长率达到20%以上。
然而,VCSEL芯片市场也面临一些挑战。
首先,VCSEL芯片的制造工艺比较复杂,需要高精度加工和封装技术,增加了生产成本和制造难度。
其次,VCSEL芯片的市场竞争激烈,国内外企业都在积极投入研发和生产,形成了一定的竞争格局。
2023年VCSEL芯片行业市场发展现状VCSEL芯片是垂直腔面发射激光器芯片的简称。
它具有小尺寸、低功耗、高效率、高速度、高性能等优点,广泛应用于数据通信、3D结构光、光电探测等领域。
据市场研究机构的报告显示,VCSEL芯片市场规模正呈现出逐年增长的趋势,预计到2026年将达到640亿美元,深受行业的关注和追捧。
VCSEL芯片最初在通讯领域应用,用于构建高速光纤通信网络,后逐渐应用于消费电子领域,如手持设备和虚拟现实系统。
近年来,随着3D传感技术的发展,VCSEL芯片在工业机器人、自动驾驶汽车、人脸识别和其他光电探测领域得到广泛应用。
VCSEL芯片市场的应用细分领域主要包括数据通信、工业、医疗、军事和消费电子等领域。
其中,数据通信是VCSEL芯片市场的最大应用领域。
由于VCSEL芯片在高速率(高达400 Gbps)和短距离(高达300米)通信领域的卓越性能,因此,数据中心、服务器、网络通信设备等领域持续增长,为VCSEL芯片市场的增长提供了强大的推动力。
随着人工智能、物联网等技术的迅速发展,VCSEL芯片也在工业、医疗、军事等领域得到广泛应用和推广。
例如,VCSEL芯片可以实现以毫秒为单位的高速响应和高精度检测,为工业机器人、自主驾驶汽车、自动化和安全系统等提供管理和控制。
虽然VCSEL芯片有良好的市场前景,但是仍面临一些挑战,如发射功率的提高、成本的降低以及能耗的优化等问题。
其中,成本是广大消费电子厂商所关注的问题,这意味着VCSEL芯片的价格降低将成为市场竞争的焦点。
因此,VCSEL芯片制造商需要不断提高生产效率、降低成本、提升性能,并进一步加强技术创新和产业合作,以满足日益增长的市场需求。
总的来说,VCSEL芯片市场前景非常广阔,未来几年内将继续保持快速发展势头。
在市场竞争中,VCSEL芯片制造商需要不断提高技术水平、降低成本,不断拓展应用领域,以满足用户需求。
2024年VCSEL芯片市场环境分析1. 简介垂直腔面发射激光器(VCSEL)芯片是一种特殊类型的半导体激光器,具有高效率、小尺寸、低功耗等优点。
VCSEL芯片广泛应用于光通信、3D传感、光鼠标以及面部识别等领域。
本文将对VCSEL芯片市场环境进行分析,探讨其现状以及未来发展趋势。
2. 市场规模VCSEL芯片市场在过去几年经历了快速增长。
随着光通信、消费电子以及汽车行业对高速通信和传感技术的需求增加,VCSEL芯片市场规模持续扩大。
根据市场研究报告,预计到2025年,全球VCSEL芯片市场规模将超过100亿美元。
3. 市场驱动因素3.1 光通信需求增加随着云计算、物联网和5G等技术的快速发展,对高速光通信的需求不断增加。
VCSEL芯片作为光通信的核心组件之一,具有较高的传输速率和稳定性,因此受到广泛关注。
3.2 3D传感技术应用扩大VCSEL芯片在3D传感领域具有广泛的应用前景。
随着面部识别、虚拟现实和增强现实等技术的快速发展,对高分辨率、高精度的3D传感器需求不断增加,从而推动了VCSEL芯片市场的增长。
3.3 消费电子市场需求增长VCSEL芯片在消费电子产品中的应用越来越广泛。
例如,光鼠标、面容识别和手势识别等消费电子产品都需要VCSEL芯片来实现高精度的光束发射和接收。
随着人们对消费电子产品功能的要求不断提高,对VCSEL芯片的需求也将进一步增加。
4. 市场竞争格局VCSEL芯片市场竞争激烈,存在许多国际和本土的厂商。
其中,美国、中国和欧洲是全球VCSEL芯片市场的主要玩家。
这些厂商通过不断加大研发投入,提高生产技术,降低成本,以及与相关行业的合作,来增强自身在市场竞争中的地位。
5. 发展趋势展望5.1 技术不断创新随着技术的不断创新,VCSEL芯片将具备更高的功率、更高的光谱范围和更低的功耗。
这将进一步推动VCSEL芯片市场的发展,并在光通信、3D传感和消费电子领域发挥更重要的作用。
5.2 垂直整合持续加强VCSEL芯片市场的竞争将进一步加剧,厂商将通过垂直整合来获得更多的竞争优势。
2024年VCSEL芯片市场前景分析引言垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,简称VCSEL)是一种半导体激光器,具有高速、低功耗和高密度集成等特点。
近年来,VCSEL芯片在通信、工业制造、人脸识别等领域得到了广泛应用,并且市场需求持续增长。
本文将对VCSEL芯片市场前景进行分析,并探讨其发展趋势。
市场概况目前,VCSEL芯片市场规模正在不断扩大。
主要的应用领域包括数据通信、3D传感、光学传感等。
根据市场研究报告,VCSEL芯片市场预计在未来几年内以高速增长,年复合增长率达到15%以上。
1. 数据通信领域数据通信领域是VCSEL芯片的主要应用之一。
随着云计算、物联网等技术的快速发展,对高速、高可靠性的数据传输需求不断增加。
VCSEL芯片作为高速数据传输的关键元器件之一,在数据中心内的应用得到广泛认可。
预计未来几年,数据中心市场规模将持续扩大,从而推动VCSEL芯片市场需求的增长。
2. 3D传感领域VCSEL芯片在3D传感领域也有广泛应用。
例如,手机的人脸识别技术中采用的结构光原理,就需要VCSEL芯片的支持。
此外,VCSEL芯片还可用于实现3D相机、手势识别等应用。
随着智能手机和智能家电市场的进一步发展,对VCSEL芯片的需求将持续增加。
3. 光学传感领域VCSEL芯片在光学传感领域的应用也具有潜力。
例如,在汽车领域,VCSEL芯片可用于实现车辆的距离测量、环境感知等功能。
此外,VCSEL芯片还可应用于工业制造中的精密测量、光学指纹识别等领域。
随着这些领域的发展,对VCSEL芯片的需求将进一步增加。
发展趋势随着技术的不断进步,VCSEL芯片的性能将得到进一步提升。
例如,光输出功率、调制速度和波长范围等方面都将有所改进,以满足不同应用场景的需求。
此外,VCSEL芯片的制造成本也将逐渐降低,加速市场普及。
除了技术进步,行业竞争也将推动VCSEL芯片市场的发展。
激光LDVCSEL前景无限,你真的明白为何激光要登上大舞台激光的种类可以分为:气体激光、液体激光、固体激光与半导体激光,严格来说,半导体激光也是固体激光的一种,但是由于目前商业上半导体激光的使用量很大,例如:光学读取头、光通讯光源、激光指示器等,所以激光已经深刻影响着我们的生活,而激光二极管又可以分为边射型激光与面射型激光,这次参加2017年VCSELs(面射型激光)创新技术与应用研讨会的主题就是面射型激光。
在进入主题前,我还是恢复我的风格,用科普式的语言说起!激光二极管(LD:Laser Diode)1、激光二极管的定义前面介绍的四种激光,只有半导体激光的体积最小,成本最低,而且只需要外加一颗小小的电池就可以使用,因此可以广泛地应用在各种电子产品中。
2、激光二极管的种类激光二极管(LD)的构造如图四(a)所示,外观呈圆柱形,通常会依照封装的不同而有不同的形状,但是真正发光的部分只有「芯片(Die)」而已,芯片的尺寸与海边的一粒砂子差不多,这么小的一个芯片就可以发出很强的光,由于激光二极管的芯片很小,所以一片两吋的砷化镓晶圆就可以制作数千个芯片,切割以后再封装,形成如图四(b)的外观,激光二极管的制程与硅晶圆的制程相似,都是利用黄光微影、掺杂技术、蚀刻技术、薄膜成长制作。
图四边射型激光二极管LD的外观与构造激光二极管有很多的应用,我在去年八月第一篇行家说文章已经介绍了激光的显示与照明两个用途,并且分析了这两个用途的前景尤其是氮化镓绿光激光成功之后可能的激光电视与激光投影前景。
而激光照明的应用也特别介绍了激光用在汽车照明的未来。
(标题:激光会是下一代照明与显示的主角吗?)今天这两项应用也得到了诺贝尔物理奖中村修二教授的鼓吹,相信大家都已经有了比较轮廓式的了解。
今天我会把主题放在原理与工艺跟LED比较相近的面射型激光VCSEL的介绍,也许大家会比较陌生,但是认识这项技术与它的应用前景对从事光电行业的人会有很大的帮助,当然我在台湾参加2017年VCSELs(面射型激光)创新技术与应用研讨会之后,在我的微信朋友圈承诺要带一些干货给广大的读者,现在就给大家分享分享这个激光新技术与未来它的无限前景!(Kenichi Iga教授是VCSEL的首次提出者)面射型激光最初应用的光通信产业是怎么回事?由于面射型激光VCSEL最初的应用是光通信产业,所以当然首先要介绍光通信产业。
首先帮大家初浅的介绍光通信(Optocommunication industry)产业,激光是光通信的主角之一,其实光通信是一个很庞大的产业,光通信产业大概可以分为「光的主动组件」与「光的被动组件」两大类产业,其中主动组件的复杂度较高,被动组件比较简单,但是某些被动组件仍然有其复杂度,如果没有一定的技术能力无法顺利量产,我们简单说明如下:光的主动组件光的主动组件是指「负责光讯号的产生与接收的组件,与光电能量的转换有关」,产生光讯号通常是指将电能转换成光能;接收光讯号通常是指将光能转换成电能。
由于一般数据的处理与运算都是使用计算机,计算机是使用电讯号处理数据,所以当我们要将数据传送到光纤网络时,必须先将电讯号转换成光讯号,如图五所示,图中传送端「光发射模块(Transmitter)」的功能就是将电讯号转换成光讯号,我们可以想象成它是将电讯号的「0」与「1」转换成光讯号的「暗」与「亮」,光讯号在光纤中经过了数百公里的传送以后,到达接收端,这个时候必须将光讯号转换成电讯号,如图五所示,图中接收端「光接收模块(Receiver)」的功能就是将光讯号转换成电讯号,我们可以想象成它是将光讯号的「暗」与「亮」转换成电讯号的「0」与「1」,再交给计算机进行处理与运算,这就是整个光纤网络与计算机工作的基本原理。
图五光纤网络与计算机工作的基本原理光的主动组件包括下列几种,此次主题是激光二极管,其它组件将会在未来开专题详细介绍:激光二极管(LD):将电讯号转换成光讯号。
光放大器(Amplifier):放大光讯号。
光侦测器(Detector):将光讯号转换成电讯号。
光的被动组件光的被动组件是指「负责光讯号的传递与调变的组件,与光电能量的转换无关」。
光的被动组件包括下列几种,未来我将会开专题详细介绍:光纤(Fiber):传递光讯号光连接器(Connector):连接光纤。
光耦合器(Coupler):将二信道光讯号汇合成一信道。
光分离器(Splitter):将一信道光讯号分开成二信道。
光隔绝器(Isolator):阻止光讯号反射。
光衰减器(Attenuator):降低光讯号强度。
光交换器(Optical switch):改变光讯号前进方向。
光电调制器(Modulator):调变光讯号。
波长多任务器(WDM:Wavelength Division Multiplexing):将不同波长(不同颜色)的光同时送入一条光纤中传输。
初级波长多任务器(CWDM:Coarse WDM):将8种以下的波长(颜色)的光同时送入一条光纤中传输。
高密度波长多任务器(DWDM:Dense WDM):将16种以上的波长(颜色)的光同时送入一条光纤中传输,包括薄膜滤光片、数组波导光栅与光纤光栅等三种技术。
面射型激光有哪些特殊工艺与LED区别较大?回到主题了,现在开始介绍激光二极管,激光二极管用波长来分类,应用会有很大的差别,目前可见光激光大部分应用在光储存光照明与光显示,红外光大部分用在光通信与光感应,为什么光通信大部分使用红外光激光呢?如图六(a)所示,由于光纤在红外波段的衰减最小,尤其是在1550nm 波段,而1310nm波段虽然衰减没有1550nm小,但是因为在这个波段色散最小,如图六(b),所以1310nm波长的激光也常常用于中长距离光纤通讯用光源。
而红外的850nm与980nm光源也被使用于较短距离的末端网络系统,由于用量大,要求低,所以也常常用红外LED代替激光。
图六硅基光纤(SiO2)在不同发射光谱的衰减与色散示意图色散的定义:光纤的输入端光脉冲信号经过长距离传输以后,在光纤输出端,光脉冲波形发生了时域上的展宽,这种现象即为色散。
由于宽带与大数据系统要求越来越多的数据传输,如图七所示,光通信的发光元器件又可以分类为LED,边射型与面射型激光二极管LD三种,图七为三种发器件的构造与原理,图七(a)的LED除了可以用于照明与显示以外,红外光LED也是早期常用的光通信末端器件,制造简单与价格比激光便宜是LED的优势。
图七(c)是VCSEL的结构图,VCSEL是垂直共振腔面射型激光(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)的简称,是一种半导体激光,其发光垂直于顶面射出,VCSEL芯片相比边射型激光二极管,工艺比较简单,如图七(b)所示,VCSEL与激光由边缘射出的边射型激光二极管有所不同。
图七LED,边射型激光LD与面射型激光VCSEL三种发光器件的结构示意图面射型激光二极管VCSEL与LED工艺很相近,但是两个特殊工艺与LED区别较大,一个是DBR反射层形成共振腔镜面的工艺技术,另一个就是限制电流的氧化技术。
DBR反射镜技术典型的VCSEL结构如图九所示,其发光区由多量子阱组成,发光区上下两边分别由多层四分之一波长厚的高低折射率交替的外延材料形成的DBR,相邻层之间的折射率差使每组迭层的Bragg波长附近的反射率达到极高(>99%)的水平,需要制作的高反射率反射镜的对数依据每对层的折射率而定,典型的量子阱数为1至4个,它们被置于共振腔驻波图形的最大处附近,以便获得最大的受激辐射效率而进行来回反射与震荡。
出射光方向可以是顶部或衬底,这主要取决于衬底材料对所发出的激射光是否透明以及上下DBR究竟那一个取值更大一些。
图九VCSEL的结构示意图电流限制技术为了达到比LED更低的功耗,限制VCSEL中的电流,达到低闸值电流,可以达到器件低电流,高效率的目的。
如图十所示,有三种主要的方法来限制VCSEL中的电流,依照其特性分成三种:掩埋隧道结VCSEL,离子植入VCSEL 和氧化型VCSEL。
图十(a)为第一种结构,掩埋隧道结VCSEL由于结构复杂,而且需要使用分子束外延MBE制造,量产困难,目前仅止于学术研究。
在上世纪90年代前期,电子通讯公司较倾向于使用离子植入的VCSEL。
如图十(b)所示,通常使用氢离子H+植入VCSEL结构中,除了共振腔以外,其它区域用离子植入破坏共振腔周围的晶格结构,使电流被限制,缺点是光限制效果不好。
所以上世纪90年代中期以后,这些公司们纷纷进而使用氧化型VCSEL的技术。
如图十(c)所示,氧化型VCSEL是利用VCSEL共振腔周围材料的氧化反应来限制电流,因此在氧化型VCSEL中,电流的路径就会被氧化共振腔所限制。
图十三种不同的限制VCSEL电流的技术与结构示意图目前业界主流技术已经大部分转至氧化型VCSEL结构器件,但是也产生了生产上的困难。
要将AlAs砷化铝氧化成Al2O3氧化层的氧化率与铝的含量有非常大的关系。
只要铝的含量有些微的变化,就会改变其氧化率而导致共振腔的规格会过大或过小于标准规格。
不过这个困难在这次论坛有了让人雀跃的好消息,法国的AET Technology公司设计了一台可以精密控制氧化速率的设备,适用于六寸芯片量产,精密控制氧化过程可以省去过去工程师用试错修正来调试参数,让VCSEL在批量生产良率跨入了一个里程碑。
为什么说面射型激光商机无限?由于VCSEL是光从垂直于半导体衬底表面方向出射的一种半导体激光器,具有模式好、低闸值电流、稳定性好、寿命长、调制速率高、集成高、发散角小、耦合效率高、价格便宜等很多优点。
因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器,所以非常适合应用在并行光传输以及并行光互连等领域,VCSEL可以用来在光纤网络中高速传输数据。
其相比传统电缆系统可以以更快的速度传输更大的数据量。
速度达到每秒40G,是这一领域美国目前的最高速度纪录。
由于其体积很小,这种VCSEL装置还拥有很高的能源效率,相比传统的电线要节能100倍。
但与此同时其传输数据的精确性也非常高。
目前VCSEL以空前的速度成功地应用于单通道和并行光互联,以它很高的性能价格比,在宽带以太网、高速数据通信网中得到了大量的应用,因此VCSEL已经是大数据中心的互联最重要的传输器件。
同理未来物联网(IOT)、智慧屋(Smart House)的数据中心传输(Data Center Comm.)与感应端监控,VCSEL会是主角。
而将来需要高速传输的HDMI 、HD TV、USB 3.1Type C 10G以上、Optical –Modem都需要VCSEL。
甚至虚拟实境VR、虚拟键盘VCSEL都会占据一席之地。