今年是激光誕生60周年，是值得紀(jì)念的一年。激光是20世紀(jì)以來(lái)，繼原子能、電腦和半導(dǎo)體之后，人類(lèi)科學(xué)史上的又一重大發(fā)明，被稱(chēng)為「最快的刀」、「最準(zhǔn)的尺」和「最亮的光」。雷射的誕生使人類(lèi)掌握了一種無(wú)與倫比的強(qiáng)大光源和工具，推進(jìn)科技進(jìn)步，并照亮我們的生活。
近20年來(lái)，由于光纖通訊的普及到近期的3D感測(cè)應(yīng)用的展開(kāi)，尤其是在IoT、Automobile、AR/VR/MR以及AI等等的應(yīng)用上，三五族化合物半導(dǎo)體雷射引起廣泛的討論及研究。垂直共振腔面射型雷射（VCSEL）不僅廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通訊，更是3D視覺(jué)成像的重要組件，為3D視覺(jué)提供成像光源。
隨著行動(dòng)裝置的普及和線上服務(wù)與社群網(wǎng)路的蓬勃，全球網(wǎng)路資訊流量以驚人的速度成長(zhǎng)，傳統(tǒng)低頻寬、壽命低與易受電磁波干擾的電纜線漸漸被光纖所取代，而VCSEL應(yīng)用于光通訊中有耗能低、光纖耦合損耗低、調(diào)變效率高與封裝整合容易等特點(diǎn)，所以發(fā)展出高速的VCSEL將會(huì)提升光通訊系統(tǒng)中的傳輸頻寬，就其發(fā)展歷史以及高速VCSEL的工作原理、動(dòng)態(tài)特性、制造方式和在光通訊傳輸?shù)膽?yīng)用等，本文有詳細(xì)的描述。
3D攝影鏡頭在傳統(tǒng)攝影鏡頭的基礎(chǔ)上引入基于飛行時(shí)間測(cè)距TOF(Time of Flight)或結(jié)構(gòu)光(Structured Light)的3D感測(cè)技術(shù)，目前這兩種主流3D感測(cè)技術(shù)均為主動(dòng)感測(cè)，因此3D攝影鏡頭與傳統(tǒng)照相鏡頭相比，主要增加紅外光源、光學(xué)組件和紅外光感測(cè)器等部分，其中最關(guān)鍵的部分就是紅外光源，主動(dòng)感測(cè)的3D攝影技術(shù)通常使用紅外光來(lái)檢測(cè)目標(biāo)，早期3D感測(cè)系統(tǒng)一般都使用LED作為紅外光源，但是隨著VCSEL技術(shù)的成熟，性價(jià)比已經(jīng)超越紅外線LED。
而在技術(shù)方面，由于LED不具有共振腔，導(dǎo)致光束更加發(fā)散，在耦合性方面很差，而VCSEL有精確度、小型化、低功耗和可靠性方面的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在常見(jiàn)的3D攝影鏡頭系統(tǒng)一般都采用VCSEL作為紅外光源，多應(yīng)用于各種消費(fèi)性電子，諸如鼠標(biāo)、手機(jī)鏡頭以及車(chē)用光達(dá)等。
VCSEL如能發(fā)射藍(lán)光和綠光，就能用于高分辨率打印、高密度光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及生化感測(cè)等領(lǐng)域。氮化鎵(GaN)是一個(gè)很優(yōu)秀的光電材料，尤其是在紫外光、藍(lán)光及綠光等波段。本文回顧了氮化鎵系列VCSEL的設(shè)計(jì)與制作方式及當(dāng)中所面臨的一些挑戰(zhàn)，討論電激發(fā)的GaN VCSEL的磊晶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及未來(lái)的應(yīng)用前景。
未來(lái)，世界將持續(xù)邁向智慧化發(fā)展，VCSEL將廣泛應(yīng)用在消費(fèi)性電子3D感測(cè)成像、物聯(lián)網(wǎng)IoT、數(shù)據(jù)中心、云端計(jì)算和自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。其中，VCSEL在消費(fèi)電子領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，VCSEL可用于進(jìn)行智能型手機(jī)的人臉識(shí)別，無(wú)人機(jī)避障、VR / AR和掃地機(jī)器人等。
現(xiàn)有VCSEL廠商主要包括歐美的Broadcom、Lumentum、Finisar、II-VI、Philips Photonics、ams及Osram等，中國(guó)大陸的廠商則為三安光電、乾照光電、華燦光電、睿熙科技、縱慧、聚飛、山西唐晶量子、江蘇長(zhǎng)光華芯等。臺(tái)灣廠商方面，穩(wěn)懋、華立捷、全新光電、光環(huán)科技、聯(lián)亞光電和晶成半導(dǎo)體等，也持續(xù)耕耘相關(guān)領(lǐng)域。
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