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，其激光垂直于顶面射出。以砷化镓半导体材料为基础研制，不同于LED（发光二极管）和LD（激光二极管）。结构由镜面，有源层和金属接触层组成。两个发射镜分别为P型，N型布拉格发射器。有源区有量子肼组成，在P型DBR外表面制作金属接触层，形成欧姆接触，并在P型DBR上制作一个圆形出口，输出激光。它具有较小的远场发散角，发散角光束窄且圆；并且阈值电流低，调制频率高，能达到300KHz。通过改变激光电流跟温度可以实现波长调谐。内置TEC和PD的包装，它专为高速光纤通信而设计。

产品特点

● 7 Pin 小尺寸

● 非球面透镜帽

● 集成TEC控制温度稳定

● 输出功率1.6mW

● 单模，可以通过C-L波段

● 具有宽谱调谐范围：>8nm

● 快速波长调谐（~100KHz）

技术参数

条件：P=20°C，IO P=2.0mA，除非另有说明(P=芯片背面温度，由TEC控制)

参数

符号

值

单位

Min

典型

Max

光输出峰值功率@25 C

P

1.0

1.6


mW

工作偏置电流

Iop

0

18

25

mA

工作温度范围

Top

-40

25

85

°C

阈值电流

Ith


8

12

mA

斜率效率(CW，Tc=25°C)

Se

0.14

0.18


mW/mA

激光驱动电压

VCC

0

1.5

2.5

V

阻力

RS


50


Ω

中心波长

请在订购单中注明所需的中心波长。

Δλ

1525


1575

nm

保证调谐范围

施加正电压会降低峰值波长。

λ

8

10


nm

最大频率调谐响应

fmax

100

200

-

KHz

侧模抑制比

SMSR

30

40


dB

线宽(-3dB半高宽)，连续偏压=IOP

σ



300

MHz

相对强度噪声

RIN



-128

dB/Hz

调谐电压

Vture

0

Test Sheet

Test Sheet

V

调谐电流

Itune

0

-

100

μA

Tec电压

VTEC


0.35

1.5

V

Tec电流

ITEC


0.05

0.6

A


实验数据

我们对于VCSEL激光器进行了相关实验，测量了VCSEL激光器的电压，电流与波长的关系，以及频率的关系。

  

 VCSEL光谱图                                                                                 VCSEL激光器测量底座

1、电压与波长的关系

我们给激光器加载4-18V的电压，每2V电压增加一个点，测量如上图数据，我们会发现，随着电压的增加，波长随着减小，减小了8nm左右，呈现负向接近线性曲线。


2、电流与波长的关系


我们保持电压恒定，电流调节，从13到25mA,每3mA测试一次，发现电流调节，波长大小变化比较大，且呈现一个正向线性曲线。


3、加载不同频率的变化


加载5V电压，20KHz频率波形  


加载5V电压，40KHz频率波形


加载5V电压，60KHz频率波形 


加载5V电压，80KHz频率波形


加载5V电压，100KHz频率波形


加载5V电压，120KHz频率波形


加载5V电压，140KHz频率波形

固定给5V电压，调整频率值，得到以上图形，我们的调制频率很高，可以携带更多的信息，响应速度更快。

封装及尺寸

t1.png

VCSEL激光的产生主要由三部分组成，即激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。利用泵浦源对工作物质进行激励，形成粒子数反转，发出激光。在通过底部和顶部反射镜组成的谐振腔，在激光腔内放大振荡，并从顶部反射镜输出，输出的光线只集中在中间不带有氧化层的部分输出，形成了垂直腔面的激光发射，从而得到稳定，持续，有一定功率的高质量激光。

产品应用

● TDLAS 测量气体系统

● 人脸识别

● 激光雷达

● 数据中心，云计算