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图片来源:Tatiana Popova/Shutterstock.com
垂直腔面发射激光器(vcsel)是近年来许多技术进步的关键，与边缘发射激光器(EELs)和发光二极管(LEDs)相比，它有几个优势。vcsel每天都有新的应用。
要求具有高分辨率、高速触发响应以及短集成时间规格的光谱仪来测试这些设备制造商和设备集成商的VCSEL。世界上最值得信赖的仪器供应商，支持具有VCSEL技术这是Avantes。
VCSEL结构介绍
垂直腔面发射激光器是一种基于半导体的光源，采用标准的薄膜沉积技术进行大规模生产。这些技术包括使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)在砷化镓(GaAs)晶片上沉积薄膜。相干光束从vcsel的表面发射出来。
该结构由两块平行于水面的极反射分布布拉格反射镜组成。它是由低折射率和高折射率交替层制成的，能够产生强反射率。通常，为了形成二极管结，dbr被掺杂，它们被用来传递载流子信号，以刺激有源区域的发射。
光反馈由载波信号通过的有源激光介质提供。反射矩阵之间的光由激发激光传播的有源激光介质放大，这在往返增益超过往返损耗的电流下是可能的。
由于垂直方向增益区域比其他半导体激光器短，VCSEL激光器具有较低的激光传播阈值电流。具有最低折射率的DBR随后被用于相干光发射。
VCSEL的优势
VCSEL的垂直设计使其比边缘发射器具有许多优势。在测试边缘发射激光器之前，必须完成沉积过程，并且必须从晶圆上模切元件。如果使用薄膜或晶圆中存在缺陷，将浪费制造时间和材料。亚博网站下载
相比之下，vcsel可以使用普通的半导体薄膜沉积方法批量生产，并且可以在生产的许多阶段进行测试。这包括晶圆测试，它可以在一个三英寸的晶圆上同时处理数千个vcsel。这提高了生产效率，降低了成本。
VCSEL设计还可以将多个元件连接到二维空间，这是一个优点，因为它增加了功率输出，更大的输出孔径允许更好的光纤耦合效率，因为它产生了更低的输出光束发散角。
由于采用分布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector, DBRs)来降低阈值电流以实现激光传输，使得vcsel的功耗比其他激光器低。即便如此，它们仍能产生高功率输出。利用vcsel的特性，通过微电子机械系统调节有源区域反射层的厚度来实现波长的可维持性。
VCSEL技术的应用现状
自40年前引入vcsel以来，它们已在数百个市场和行业中得到广泛应用，包括商业和工业领域。今天，vcsel随处可见。信号处理是这些器件的关键功能之一，可以采取传感或通信的形式。
VCSEL的信号处理能力——在1310 nm和1550 nm波段发射——对光纤通信至关重要，因为它提供形成电磁载波的光脉冲，可以对其进行调制，以便为互联网、电缆和电话传输信号。（拉森）
VCSEL最常见和最广泛使用的功能是计算机上的激光鼠标(VCSEL Wiki)。其他常见的VCSEL应用包括微型原子钟、激光打印机、装备车辆上的防撞系统和移动设备上的面部识别(VCSEL Wiki)。
vcsel的未来
在圣母大学的电气工程系，由Kitsmiller, Drummer, Johnson，等人研究了频域漫射光谱学(fd-DOS)的使用，采用近红外可调谐VCSELs，以开发一种小型化系统，可在无创生物医学成像中进行高分辨率深层组织扫描。
由于微型光源的商业可用性，非侵入性监测，特别是可穿戴式传感器的进展受到技术限制，微型光源能够在650 nm至1350 nm的第一个生物诊断窗口中产生相干近红外光。
精度、灵敏度和空间分辨率可以通过增加光谱含量来提高，然而，系统的尺寸和复杂性可以通过增加激光或LED组件来增加。这与开发手持和可穿戴传感器和监控设备的目标相竞争。
Avantes光谱仪在VCSEL制造和测试
许多VCSEL制造商和集成商使用Avantes AvaSpec仪器来测试这些设备的性能。AvaSpec-ULS4096CL-EVO是VCSEL表征中常用的三种光谱仪AvaSpec-ULS3648-USB2，以及新款Mini4096CL。许多客户已经发现，这些仪器构成了一个可行的替代品，更昂贵的光谱分析仪(OSA)，他们的许多常见的血管sel测试。
现在生产的许多VCSEL发射近红外。高分辨率光栅（1200或1800槽/mm）在NIR中闪耀的是这些仪器的常见配置。由于被测设备的固有功率，可以使用提供最高分辨率的5微米或10微米狭缝。但是，这可能会导致一定程度的信号衰减。客户列举了以下一些重要优点：这些仪器的优点：易于软件集成，适当的灵敏度可实现测试的高速转速表时间，以及高分辨率和像素计数。
本应用中使用的Avantes光谱仪测量了一系列典型的VCSEL参数。这些参数包括质心、谱峰波长、侧模抑制比、均方根谱带宽和全宽半最大值。AvaSpec系列仪器非常适合处理这种源类型，因为某些vcsel是在脉冲模式下工作的。AS7010 USB3/Ethernet和AS5216 USB2电子板都能够通过发送或接收TTL外部触发器来控制脉冲信号的集成窗口。
Avantes的一系列光学采样附件——包括积分球和余弦校正器及其光纤跳线——提供了在设备接口处收集VCSEL发出的光的方法，无论设备的大小或功率如何。
结论
在VCSEL测试和表征方面，Avantes提供的光谱仪是替代OSAs的廉价选择。的阿瓦斯派克系列光谱仪具有高速、高灵敏度和高分辨率的特点，非常适合此应用。Avantes易于实现的DLL库简化了与生产软件的集成。
参考资料及进一步阅读
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