多通道VCSEL阵列解决方案
技术
半导体激光器

多通道VCSEL
阵列解决方案

概述

索尼半导体解决方案公司(下称SSS)利用VCSEL容易进行2维阵列化的特征,正尝试在产业用、消费者用领域中都广泛地推行阵列化解决方案。已经在激光打印机领域实现了世界首款*1红光波段32ch-VCSEL阵列的产品化,使用于压倒其他产品的高速、高精细高速打印机上。

而且,如今还开发了各种智能手机的应用程序,SSS根据用途进行了各种与VCSEL相关的技术开发。不仅仅是停留在发光元件的开发,还要通过与激光驱动器、光学元件、以及模块团队的协作,为SSS独有的传感解决方案作出贡献。

为了应对近未来传感用途的扩大,还把车载用LiDAR及驾驶员状态监控用设备的横向推广也纳入视野,与索尼集团R&D中心紧密协作,进行开发。

*1) 2014年4 月索尼调查。

概述
放大 放大
概述

技术说明

32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案

“偏光控制型红光单模VCSEL阵列”具有32个射极,都在偏光方向单方向控制,且以单模工作。而且,通过使用SSS独家激光驱动器的解决方案能克服温度特性的课题,从而实现了世界首款用于激光打印机的振动波长为680nm的红光波段面发光激光器的批量生产。

680nm波段 32ch偏光控制、单模VCSEL阵列

32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案1
放大 放大
32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案1
32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案2
放大 放大
32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案2
32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案3
放大 放大
32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案3
32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案4
放大 放大
32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案4
32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案5
放大 放大
32ch 偏光控制型单模阵列与激光驱动器解决方案5

红光波段的VCSEL因其用于元件的材料特性,具有载波溢出较大的特征。因此,可知以矩形脉冲进行电流驱动时光响应未跟随,会显示出光波形的圆角现象。低温低输出中,可观察到光输出逐渐增加的逆倾斜光波形,而另一方面,随着自发热的上升,可观察到光输出下降的倾斜。哪个波形都会导致画质的不良,因此需要让光波形保持矩形波形。 SSS引入了“活性层温度预测型VCSEL驱动器”,克服了这些课题。正如其名称所示,这是在预测VCSEL活性层温度的同时,给VCSEL投入最佳补偿电流的激光驱动器。要预测活性层温度,就需要知道VCSEL芯片的环境温度,而SSS首次*1做到了温度探测元件的VCSEL内置。而且,由于具体的活性层温度需要考虑到自发热,因此通过把VCSEL热回路模型嵌入驱动器,就实现了活性层温度的预测。如图所示,通过按活性层温度投入的最佳补偿电流,呈圆角的光波形恢复了矩形波。

通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿

通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿1
放大 放大
3通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿1
通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿2
放大 放大
通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿2
通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿3
放大 放大
通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿3
通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿4
放大 放大
通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿4
通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿5
放大 放大
通过激光驱动器进行的VCSEL光波形补偿5

*1) 让FFP(Far Field Pattern)呈正态分布。
*2) 图8的“VCSEL based Thermo-Sensor”相当于温度检测元件。将不射出光的二极管元件电流-电压温度特性作为温度计使用。

多结VCSEL

用于智能手机及游戏机等的距离图像传感器要求今后更加扩大测距距离并提高测距精度。VCSEL多结化正是实现这些功能升级的一项技术。虽然可以通过隧道结实现多个激光二极管的串联连接,但需要卓越的外延生长技术和设备设计技术。

SSS正在开发的多结VCSEL中搭载了3个活性层,已确认其斜率效率正好是单结的3倍。而且,确认了电流-电压特性方面也仅多出二极管的嵌入部分,串联电阻的上升极小。SSS在今后会通过与高抗压化的VCSEL组合,旨在于便携传感领域中实现高光输出驱动(长距离测距)和高速脉冲响应(卓越测距精度)的实用化。

多结VCSEL
放大 放大
多结VCSEL

为了串联连接3个活性层,在腔内插入了2个隧道结。

为了串联连接3个活性层,在腔内插入了2个隧道结。
放大 放大
为了串联连接3个活性层,在腔内插入了2个隧道结。

可知三结化会使SE达到3倍。而且,WPE也在8W处超过了50%。

相关产品和解决方案

相关内容

联系我们

有关索尼半导体解决方案集团以及产品、服务的咨询和规格、报价/采购等请求,请点击下方按钮填写专用表格与我们联系。