創(chuàng)新的AR-VCSEL

為了解決目前VCSEL在車載激光雷達上應(yīng)用的短板，縱慧芯光最近在《自然·通訊》線上期刊發(fā)表的論文中，展示了一種創(chuàng)新的超小發(fā)散角AR-VCSEL（增透型垂直腔面發(fā)射激光器）產(chǎn)品。

縱慧芯光表示，AR-VCSEL標志著縱慧芯光在實現(xiàn)低發(fā)散和高亮度方面取得了重大突破，克服了傳統(tǒng)長腔多結(jié)VCSEL所面臨的限制。那么AR-VCSEL跟主流的VCSEL有哪些區(qū)別和創(chuàng)新？

縱慧芯光在論文中，提出了一種具有抗反射腔的獨特VCSEL結(jié)構(gòu)，包括多結(jié)有源區(qū)、抗反射鏡和光池，其中電場強度特別高，遠高于有源區(qū)的電場強度。而儲存在這種抗反射腔中的總電場能量是具有相同空間體積的普通擴展腔的數(shù)倍。

緊挨著active region的左側(cè)，研究人員添加了一個抗反射鏡，以從active region提取光并將其存儲在光儲庫中，而不是簡單地擴展腔體，就像一個光學大壩一樣保存光子并提高它們的強度水平。測試結(jié)果顯示，光貯存器內(nèi)部的電場峰值強度大約是有源區(qū)強度的3倍，大約是擴展腔區(qū)強度的4-5倍。

這種獨特的設(shè)計將長腔延長部分轉(zhuǎn)換為短腔延長部分，但電場更強。儲存在容器內(nèi)的光子幾乎沒有受到橫向限制，它們在橫向上基本上是“自由”的，顯著減小了整體發(fā)散角。因此，通過這種設(shè)計，能夠降低發(fā)散角對擴展腔厚度的依賴。

最終，縱慧芯光在250μm直徑的6結(jié)AR-VCSEL陣列上實現(xiàn)了D86發(fā)散角8°或FWHM 4.1°的超小全發(fā)散角，亮度超過40 kW mm?2 sr?1，光譜亮度超過75.6 kW nm?1 mm?2 sr?1。

通過增加結(jié)的數(shù)量，研究人員在直徑為250μm的14結(jié)AR-VCSEL陣列上實現(xiàn)了5000 W/mm2的功率密度。通過改變氧化孔尺寸，在7μm直徑6結(jié)AR-VCSEL單發(fā)射器中實現(xiàn)了28.4 mW高功率單橫模激光發(fā)射。據(jù)稱，這是已發(fā)布的多結(jié)VCSELs中性能最好的。

縱慧芯光認為，對于要求16°（D86）或更低發(fā)散度的高功率和低成本掃描激光雷達來說，AR-VCSEL是現(xiàn)有的最佳解決方案。目前其16款A(yù)R-VCSEL產(chǎn)品中有一款已經(jīng)通過了AEC-Q102車規(guī)可靠性測試，已經(jīng)量產(chǎn)用于高性能激光雷達。