VCSEL智能像素

垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)及其陣列是一種新型的半導(dǎo)體激光器，是光子學(xué)器件在集成化上的一項(xiàng)重大突破，它可以充分發(fā)揮光子的平行操作能力，在光互連、光通信、圖像信號(hào)處理、模式識(shí)別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、激光打印、光存儲(chǔ)讀/寫光源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。垂直腔面發(fā)射激光器與側(cè)向出光的邊發(fā)射激光器在結(jié)構(gòu)上有著很大的不同，其輸出光垂直于襯底。這種獨(dú)特的器件結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)二維平面陣列，小發(fā)散角和對(duì)稱的遠(yuǎn)近場(chǎng)分布，使得其與光纖的耦合效率大為提高。短腔長導(dǎo)致縱模間距較大，在較寬的溫度范圍內(nèi)易于得到單縱模工作，動(dòng)態(tài)調(diào)制頻率高。微腔效應(yīng)使得自發(fā)發(fā)射因子較普通邊發(fā)射激光器有幾個(gè)量級(jí)的提高，導(dǎo)致許多物理特性大為改善，能夠?qū)崿F(xiàn)極低閾值電流工作。

最近，國際上有許多研究單位和公司都加入了VCSEL的研制工作，包括日本的東京工業(yè)大學(xué)、NBC公司、NTT光電實(shí)驗(yàn)室等，美國的Lucent技術(shù)研究所(原ATT Bell Lab)、California大學(xué)(UCSB)、南加州大學(xué)、Texas大學(xué)、Cornell大學(xué)、Sandia國家實(shí)驗(yàn)室、Motorola、HP、Honeywell等，德國的Ulm大學(xué)，以及英國、韓國和其他國家的一些研究機(jī)構(gòu)。

從20世紀(jì)80年代末期到90年代，隨著新材料發(fā)現(xiàn)和器件工藝水平的逐步提高，特別是一些關(guān)鍵制備工藝的引入，VCSEL及其列陣的研制工作已取得許多重大突破，波長范圍覆蓋了從可見光到中紅外的各個(gè)波段，并取得了驚人的進(jìn)展，器件性能大為提高，在最近的兩三年，VCSEL己經(jīng)開始逐步走向?qū)嵱没A段。

我國從90年代初期也開始了VCSEL的研制工作，主要單位有中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、吉林大學(xué)和北京大學(xué)等，并取得較大的成績(jī)，實(shí)現(xiàn)了GaAs/AlGaAs、InGaAs/GaAs VCSEL的室溫連續(xù)激射。