VCSEL有哪些特殊形态？你了解VCSEL封装吗？

VCSEL能够以二维阵列进行，使单个芯片可以包含数百个、数千个单独的光源，以增加最大输出功率和提升长远的可靠性。为增进大家对VCSEL的认识，本文将对VCSEL的特殊形态以及VCSEL封装予以介绍。如果你对VCSEL具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、VCSEL有哪些形态

垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL，又译垂直共振腔面射型激光）是一种半导体，其激光垂直于顶面射出，与一般用切开的独立芯片制程，激光由边缘射出的边射型激光有所不同。

在制作的过程中，VCSEL比边射型激光多了许多优点。边射型激光需要在制作完成后才可进行测试。若一个边射型激光无法运作，不论是因为接触不良或者是物质成长的品质不好，都会浪费制作过程与物质加工的处理时间。然而VCSEL可以在制造的任何过程中，测试其品质并且作问题处理，因为VCSEL的激光是垂直于反应区射出，与边射型激光平行于反应区射出相反，所以可以同时有数万个VCSEL在一个三英寸大的砷镓芯片上被处理。此外，既使VCSEL在制造的过程需要较多的劳动与较精细的材料，生产结果是可被控制的及更多可被预期的。

VCSEL的特殊形态包括：

·多重反应区域设计（aka bipolar cascade VCSELs）。允许回馈时不同效能量值之间的差异超过100%。

·通道相接VCSEL：利用通道相接（np），一个对电子有利的n-np-p-i-n结构就可以被建立，且可以影响其他结构的分子。（e.g. in the form of aBuried Tunnel Junction(BTJ)）.

·可利用机械式（MEMS）调整镜面来广泛的调整VCSEL。

·"芯片接合"或"芯片融合"VCSEL：利用两种不同的半导体材料可以制造出不同性质的底层。

·Monolithically光学泵VCSEL：两个相叠合的VCSEL，其中一个利用光学来对另一个作泵。

·纵向的VCSEL整合监测二极管：一个光二极管与VCSEL的背面镜子做整合。

·横向的VCSEL整合监测二极管：利用适当的VCSEL芯片石刻法，一个发光二极管就可以被制造用来测量邻近VCSEL的发光强度。

·具有外部共振腔的VCSEL，参照VECSEL或是盘激光半导体disk laser。VECSEL是传统激光二极管的光学泵。这样的设置使装置有更广泛的区域可被泵，也因此有更多的能量可被吸收，大约30W左右。外部共振腔也允许了intracavity技术，如频率倍增、单频操作和femtosecond pulse modelocking。

·垂直共振腔半导体光学扩大器VCSOA。与震荡器不同，这个装置使扩大器更优化。因为VOSOA必须在限制下工作，故会要求减少镜子的反射以达到减少回馈的作用。为了使讯号增至最大，这些装置会包含大量的量子井（光学泵装置已被证实有21-28个量子井），导致讯号的增加量值比典型的VCSEL来的大（约5%左右）。这装置的运作于窄线宽的扩大器（约十几个GHz），且可能可以有增强滤光器的效果。

二、VCSEL封装

模块的正常工作需要优化的的封装设计。一个好的封装可以很好地保护内部的组件，隔离外部干扰，并且还具 有散热、机械定位、提供内部和外部的光，以及电连接等作用。设计恰当的VCSEL可拥有超过10 GHz的自身带宽。

VCSEL有别于边发射激光器，而是从表面发光，能大幅度简化封装，有效地降低成本。VCSEL与LED的封装，测试工艺相容，它不需要棱镜，在封装上优于LED，整个装配线无须特别修改，适于低成本的批量制造。

VCSEL可以采用在普通LED的生产环境中封装成子弹头和SMT表面装贴型等封装形式。其本身的带宽就可以超过6 GHz。这种封装主要的缺点是缺少光电监测二极管的功能。然而，由于VCSEL光输出对温度和老化的稳定性好，使VCSEL在没有光功率监测功能的情况下也能正常开环使用。VCSEL还有塑料封装、陶瓷衬底封装、倒装焊封装等封装形式。

倒装焊技术直接将VCSEL芯片安装在驱动芯片上。倒装焊技术和其他类似技术的主要缺点是VCSEL的散热管理。VCSEL一般只消耗约20 mW左右的能量，而驱动器芯片则要消耗几百毫瓦。

目前针对VCSEL比较好的封装形式是小型外壳封装（Small Form Factor，SFF）和小封装可插拔（Small Form－Factor Pluggable，SFP）结构，其小巧的结构适合应用于多种场合，而可插拔的端口结构使得模块可以和系统的主板分离，大大降低了整个并行光传输系统的故障概率，同时也相应地节省了成本。

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