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垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface-emitting Lasers）

更新时间：2025-04-26 16:59:49

分类: 激光

简称: VCSEL

定义: 垂直于晶片表面发射光束的单片式半导体激光器

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类别：半导体激光器

垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface-emitting Lasers）详述

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1. 诞生背景

垂直腔面发射激光器（VCSEL）是一种半导体激光器，其特点是光束垂直于晶片表面发射。它的出现主要是为了解决边缘发射激光器（EEL）的一些问题，如耗电量大、耗能高、集成度低等。VCSEL的出现，使得激光器的集成度大大提高，能耗降低，从而在通信、光学存储等领域得到了广泛应用。

2. 相关理论或原理

VCSEL的工作原理主要基于双反射腔的设计。在VCSEL的结构中，上下两个DBR（分布式布拉格反射器）形成一个光学腔，中间的量子阱层作为增益介质。当电流通过时，电子和空穴在量子阱中复合，产生光子，光子在腔中多次反射，形成激光。这种设计使得VCSEL具有低阈值电流、高效率、小发散角等优点。

3. 重要参数指标

VCSEL的重要参数指标主要包括阈值电流、输出功率、工作温度、发散角度等。其中，阈值电流是指产生激光所需的最小电流，它直接影响了VCSEL的能耗。输出功率是指VCSEL的光输出能力，它决定了VCSEL在通信、光存储等应用中的性能。工作温度是指VCSEL能正常工作的温度范围，它影响了VCSEL的稳定性和寿命。发散角度是指VCSEL发射的光束的散射角度，它影响了VCSEL的光束质量。

4. 应用

VCSEL广泛应用于光纤通信、光学存储、激光打印、生物医疗、3D传感等领域。在光纤通信中，VCSEL的高速、低耗、高集成度特性使其成为理想的光源。在光学存储中，VCSEL的高功率、小发散角使其在DVD、蓝光等光盘读写中有优势。在生物医疗中，VCSEL的红外波段使其在组织成像、血氧检测等方面有应用。

5. 分类

根据工作波长，VCSEL可以分为可见光VCSEL和红外VCSEL。可见光VCSEL主要用于显示、照明等领域，红外VCSEL主要用于通信、传感等领域。根据腔模，VCSEL可以分为单模VCSEL和多模VCSEL。单模VCSEL的光束质量好，适用于高精度的应用，多模VCSEL的功率高，适用于高功率的应用。

6. 未来发展趋势

随着5G、物联网、自动驾驶等技术的发展，VCSEL的应用领域将进一步扩大。同时，VCSEL的技术也将持续优化，如提高功率、降低阈值电流、扩大工作温度范围等。此外，VCSEL的集成化、微型化也将是未来的发展趋势。

7. 相关产品及生产商

目前市场上的VCSEL产品主要有Finisar的850nm VCSEL、Broadcom的940nm VCSEL等。这些产品在通信、传感等领域有广泛应用。同时，国内的华芯光电、三安光电等公司也在VCSEL领域有所布局。

垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface-emitting Lasers）推荐产品

图片名称分类制造商 PDF资料参数描述

ISV850-004 半导体激光器 ISOCOM Limited 波长: 840 to 870 nm 输出功率: 0.004 W
ISOCOM的ISV850系列是2D VCSEL激光二极管，专为手势识别和3D相机应用而设计。这些激光二极管封装在TO-46罐中，带有2D VCSEL，能够在室温下提供超过500mW的CW功率。预期用途为短电脉冲（<10ns）和低占空比（<1%），峰值功率可达10W.在脉冲操作中，2D阵列发射高斯形状的光束，并且能够具有小于1纳秒的上升和下降时间。
V850-10GSA-1TGA 半导体激光器 Inneos 输出功率: 2.6 to 3 mW
Inneos的V850-10GSA-1TGA是一款10 Gbps VCSEL激光二极管，工作波长为850 nm.光输出功率为2.6-3 MW，斜率效率为0.7 MW/mA.该单通道顶部发射激光二极管具有0.6nm的光谱宽度和7.5GHz的最小小信号带宽，光束发散半角为21度。它需要1.8–2.1 V的直流电源，功耗为6 mA.该激光二极管具有小于6V的反向电压，并且需要1.6mA的阈值电流。它采用尺寸为250 X 250 X 200微米的封装，非常适合发射器光学子组件、以太网收发器和光纤通道收发器应用。
SLD177H5 半导体激光器 Sony Semiconductor Solutions Corporation 波长: 840 to 860 nm 输出功率: 1.4 to 4 mW
索尼的SLD177H5是一款用于25 Gbps光通信的4通道垂直腔面发射激光器（VCSEL）芯片。该激光器的工作波长为850 nm，光输出功率高达4 MW.它采用2.4 V电源供电，功耗高达1.6 mA.该器件的光束发散度为33度，光束间距为250μm.它基于具有高温稳定性和可靠性的MQW VCSEL热电路模型，并且具有高达25Gbps的数据速率。该激光器以芯片形式提供，是高速数据通信应用的理想选择。
APA4501040001 波长为840nm、850nm、860nm激光二极管半导体激光器 II-VI Laser Enterprise GmbH 波长: 840-860 nm 输出功率: 1.5-2.2 mW
来自II-VI Incorporated的APA4501040001是波长为840nm、850nm、860nm的激光二极管，输出功率为1.5至2.2mW，工作电压为2.1至2.2V，阈值电流为0.7至1.2mA.有关APA4501040001的更多详细信息，请参阅下文。
VD-0808I-004W-1C-2A0 半导体激光器 Laser Components 波长: 808 nm 输出功率: 0 to 4 W
Laser Components的VD-0808I-004W-1C-2A0是一款垂直腔面发射激光器（VCSEL）二极管，工作波长为808 nm.该激光二极管的峰值输出功率高达4 W，效率高达39%。它的正向电压为2.2V，正向电流为4.5A.激光二极管的光束角为25°，发射面积为846×811μm.它采用氧化物隔离技术设计，采用3535封装。该激光二极管是3D传感器、激光雷达、红外照明、接近传感器和医疗应用的理想选择。
CAS850A005 半导体激光器 Vertilite 输出功率: 0.4 to 1 mW
Vertilite的CAS850A005是一款垂直腔面发射激光器（VCSEL）二极管，工作波长为850 nm.该激光器输出光功率为0.6mW，功率转换效率为30%，斜率效率为0.8W/A，光束全发散角为16°，阈值电流为0.8mA.它需要2.1 V的直流电源，功耗为1.5 mA.这款激光二极管采用尺寸为173 X 173 X 100µm的封装，非常适合3D传感应用。
V00140 895nm VCSEL垂直腔表面发射激光器芯片（裸片）半导体激光器 Vixar Inc. 波长: 894.6 nm 输出功率: 0.3 mW 输出功率: typ. 0.3mW
来自Vixar的V00140，是波长为895nm的单模VCSEL芯片（裸片）。输出功率为0.3mW，阈值电流为0.61mA，正向电流为1.4mA，线宽≤100MHz，调制带宽≥4.6GHz，可应用于原子钟，磁力计。该产品为现货，如有需要，请联系我们。
TTO-007-760-A 半导体激光器 TRUMPF Photonics Components GmbH 波长: 760 nm 输出功率: 0.3 mW
来自TRUMPF的TTO-007-760-A，是波长为760nm具有TO5封装的单模锁偏窄线宽VCSEL激光器。输出功率为0.3mW，阈值电流为0.5-1mA，工作电流为1-2mA，线宽为100MHz。该产品集成的稳压二极管可减少激光组件的静电放电（ESD），锁偏功能在不牺牲功率效率的情况下实现偏振控制。TO封装将电子器件密封在外壳内部，即使是在严苛的环境条件下也不会损坏。该产品集成有TEC的TO外壳适合需要大温度窗口或者要求激光二极管具备光谱稳定性的应用。该产品非常适用于氧气传感技术。
795S-0000-x002 半导体激光器 Vixar Inc. 波长: 795 nm
来自Vixar的795S-0000-x002，是波长为795nm具有TO-46封装的单模窄线宽VCSEL激光器。输出功率为0.06-0.17mW@85℃，0.1-0.25mW@25℃，0.04-0.16mW@95℃，阈值电流为0.6-0.9mA，线宽≤100MHz，调制带宽≥4GHz，符合行业标准PLCC4 SMT封装或行业标准PLCC2 SMT封装。可应用于位置传感、运动控制、医疗设备、印刷、测量和光谱传感（如原子钟）。该产品是专为低功耗、偏振和光谱稳定性而设计。