靠蘋(píng)果火了一把的VCSEL是曇花一現(xiàn)嗎？

　　VCSEL的概念最初提出于1977年日本東京工業(yè)大學(xué)的伊賀健一，2014年，VCSEL以接近感測(cè)和自動(dòng)對(duì)焦功能進(jìn)入消費(fèi)類市場(chǎng)，2017年，伴隨著iPhone X 3D傳感功能的火爆，VCSEL芯片市場(chǎng)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)勢(shì)頭——2017年VCSEL整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到3.3億美元，可以說(shuō)VCSEL激光器是積淀良久之后才迎來(lái)的爆發(fā)。但VCSEL的火爆能持續(xù)多久?是曇花一現(xiàn)還是細(xì)水長(zhǎng)流?

　　VCSEL是什么

　　VCSEL是垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)的簡(jiǎn)稱，是一種半導(dǎo)體激光器，其激光垂直于頂面射出，與一般用切開(kāi)的獨(dú)立芯片制程、激光由邊緣射出的邊射型激光有所不同。

　　與傳統(tǒng)邊發(fā)射激光器不同的結(jié)構(gòu)為VCSEL帶來(lái)了許多優(yōu)勢(shì)：小的發(fā)散角和圓形對(duì)稱的遠(yuǎn)、近場(chǎng)分布使其與光纖的耦合效率大大提高，而不需要復(fù)雜昂貴的光束整形系統(tǒng)，現(xiàn)已證實(shí)與多模光纖的耦合效率竟能大于90%;光腔長(zhǎng)度極短，導(dǎo)致其縱模間距拉大，可在較寬的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)單縱模工作，動(dòng)態(tài)調(diào)制頻率高;腔體積減小使得其自發(fā)輻射因子較普通端面發(fā)射激光器高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這導(dǎo)致許多物理特性大為改善;可以在片測(cè)試，極大地降低了開(kāi)發(fā)成本;出光方向垂直襯底，可以很容易地實(shí)現(xiàn)高密度二維面陣的集成，實(shí)現(xiàn)更高功率輸出，并且因?yàn)樵诖怪庇谝r底的方向上可并行排列著多個(gè)激光器，所以非常適合應(yīng)用在并行光傳輸以及并行光互連等領(lǐng)域，它以空前的速度成功地應(yīng)用于單通道和并行光互聯(lián)，以它很高的性能價(jià)格比，在寬帶以太網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中得到了大量的應(yīng)用;最吸引人的是它的制造工藝與發(fā)光二極管(LED)兼容，大規(guī)模制造的成本很低。

　　VCSEL用在哪

　　相比于紅外線LED與EEL激光器，VCSEL具有光發(fā)散角度小、光電轉(zhuǎn)換效率高與數(shù)據(jù)傳輸速度快、臨界電流低、發(fā)光光束具有圓形對(duì)稱特性、高效率光電轉(zhuǎn)換與高指向性光源等優(yōu)點(diǎn)。早期主要應(yīng)用與光纖的資料傳輸、類比寬頻訊號(hào)傳輸、吸收光譜學(xué)(TDLAS)、激光打印機(jī)、電腦鼠標(biāo)上。同時(shí)VCSEL激光采用脈沖光，不會(huì)對(duì)人眼造成傷害，隨著技術(shù)逐漸成熟，VCSEL與感測(cè)組件相結(jié)合，其市場(chǎng)逐漸從工業(yè)用市場(chǎng)轉(zhuǎn)向商業(yè)與消費(fèi)者市場(chǎng)。

　　VCSEL可用作移動(dòng)設(shè)備面部識(shí)別的光源，均勻照明整個(gè)面部

　　說(shuō)到消費(fèi)市場(chǎng)，還得先說(shuō)以iPhone為代表的智能手機(jī)市場(chǎng)。iPhone X 采用了三種不同的VCSEL芯片用在Face ID的3D攝像頭和接近傳感器上，在iPhone X之后，華為(nova 3)、OPPO(Find X)、vivo(NEX)和小米(小米8探索版)這四大國(guó)產(chǎn)品牌也相繼推出搭載3D傳感功能的新款智能手機(jī)。在3D感測(cè)中，VCSEL作為紅外線光源，若沒(méi)有這個(gè)光源，面部識(shí)別也就無(wú)從談起。在此基礎(chǔ)之上，動(dòng)作捕捉、人機(jī)交互、三維建模、AR、安防和輔助駕駛等多個(gè)領(lǐng)域的市場(chǎng)也逐步成長(zhǎng)起來(lái)。

　　VCSEL市場(chǎng)格局

　　目前全球范圍內(nèi)主要的VCSEL廠商包括Finisar、Lumentum、Princeton Optronics(已被ams收購(gòu))、Philips Photonics、Heptagon以及Ⅱ-Ⅵ等公司。值得一提的是，歐司朗光電于9月14日也正式對(duì)外推出其首款VCSEL產(chǎn)品，躋身VCSEL供應(yīng)商行列。

　　VCSEL晶圓

　　國(guó)內(nèi)一些企業(yè)在VCSEL的研發(fā)與量產(chǎn)上也取得了突破。不久前，長(zhǎng)光華芯宣布實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首條VCSEL全產(chǎn)線的國(guó)產(chǎn)化，而華芯半導(dǎo)體已于去年年底開(kāi)始批量光通訊類VCSEL產(chǎn)品，武漢光迅科技、山東太平洋、深圳源國(guó)、深亮智能、國(guó)星光電、華工科技、三安光電、全新光電、晶元光電、環(huán)宇及給蘋(píng)果供應(yīng)商VCSEL芯片的穩(wěn)懋均有相應(yīng)布局和突破。

　　在科研方面，據(jù)了解中科院半導(dǎo)體所、長(zhǎng)春光機(jī)所、華中科技大學(xué)、吉林大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、北京郵電大學(xué)等都對(duì)VCSEL激光器進(jìn)行了不同層面的研究。

　　VCSEL發(fā)展前景

　　市場(chǎng)研究公司 Light Counting 預(yù)測(cè)，2018年全球智能手機(jī)對(duì)于 VCSEL 激光器的需求為1.2億只，2019年將會(huì)達(dá)到2.4億只。而從Yole發(fā)布的《VCSEL技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)趨勢(shì)》報(bào)告獲悉，2017年VCSEL整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了3.3億美元，預(yù)計(jì)VCSEL出貨量將從2017年的6.52億顆增長(zhǎng)至2023年的33億多顆，到2023年整體市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)至35億美元，2017～2023年的復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)48%。

　　2017年和2023年VCSEL市場(chǎng)預(yù)測(cè)

　　市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，也意味著應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)展。在未來(lái)，VCSEL激光器有望與5G、物聯(lián)網(wǎng)、虹膜識(shí)別、自動(dòng)駕駛、AR等技術(shù)相結(jié)合，為人們的生活帶來(lái)更大的改變。

　　綜合而言，VCSEL激光器不僅市場(chǎng)規(guī)模潛力巨大，新的應(yīng)用領(lǐng)域也讓人無(wú)比憧憬，發(fā)展后勁充足。