Tumadh domhain isteach i léasair astaithe dromchla ingearach (VCSELS)

Is ionann léasair astaithe dromchla ingearach (VCSELanna) agus dul chun cinn claochlaitheach in optoelectronics, a chumasaíonn cumarsáid dhlúth, tíosach ar fhuinneamh agus ardluais.Murab ionann agus léasair thraidisiúnta, scaoileann VCSELanna solas go hingearach ón dromchla, ag simpliú comhtháthú i líonraí optúla agus i bhfeistí tomhaltóirí.Mar gheall ar a ndearadh inscálaithe, a bpróifíl bhíoma ciorclach, agus a gcumais mhodhnaithe thapa, tá siad oiriúnach le haghaidh iarratas ó ionaid sonraí go braite 3D.Le feabhsuithe leanúnacha ar struchtúr agus ar ábhair, leanann teicneolaíocht VCSEL ag brú ar theorainneacha nuálaíochta fótónacha nua -aimseartha.

Catalóg

Delving isteach i dteicneolaíocht VCSEL

Is gléasanna leathsheoltóra sainiúla iad léasair astaithe dromchla ingearach (VCSELanna) a ghineann solas léasair ingearach leis an dromchla, agus iad ag idirdhealú ó ghnáth-léasair astaithe imeall a scaoileann solas comhthreomhar leis an tsubstráit.Tá tionchar mór ag an dearadh nuálaíoch seo ar theicneolaíochtaí cumarsáide optúla, ag feidhmiú mar fhorbairt lárnach i réimse optoelectronics.Leanann VCSELS, lena bpróiseas comhtháthaithe simplí, patrúin astaíochtaí ciorclacha bíoma, cumais mhodhnaithe mórthaibhseach, agus nádúr éifeachtach ó thaobh costais de, ag tiomáint dul chun cinn optúil.

Tairgeann VCSELanna go leor buntáistí, ag cur lena n -iarratas forleathan.Déanann a gcomhtháthú gan uaim i bhformáidí eagar próisis mhonaraithe a shimpliú, rud a fhágann go mbíonn costais táirgthe níos ísle ann.Feabhsaíonn an astaíocht bhíoma ciorclach éifeachtúlacht cúplála go mór le snáithíní optúla, rud a fheabhsaíonn éifeachtúlacht tarchuir sonraí.Ceadaíonn na cumais mhodhnaithe shuntasacha cumarsáid sonraí Swift, ag freastal ar éilimh an bhonneagair idirlín comhaimseartha.

Creat riachtanach VCSELS

Tá creat atá déanta go cúramach ag na léasair astaithe dromchla ingearach (VCSELanna), arna shainmhíniú ag an idirghníomhú comhchuí de fhrithchaiteoirí Bragg dáilte (DBRanna) le hinnéacsanna athraonta éagsúil go hintinneach.Osclaíonn na sraitheanna seo idir innéacsanna arda agus íseal, ag múnlú réigiúin chandamacha atá gníomhach go maith le haghaidh éifeachtúlacht astaíochta spreagtha.Eascraíonn astaíocht fheabhsaithe as socrúchán cúramach na réigiún seo ag barr an pháirc thonnta, cur chuige scagtha a chinntíonn giniúint láidir solais.

Dinimic innéacs athraonta i DBRS

Bíonn tionchar suntasach ag na sraitheanna innéacs athraonta ailtéarnach i DBRanna ar mhionchoigeartú machnaimh solais atá riachtanach do fheidhmiúlacht VCSEL.Ní hamháin go gcuireann an leagan amach machnamhach seo ach solas teorannaithe ach cuireann sé le cumas oibríochtúil an léasair freisin an córas aiseolais optúil a mhionchoigeartú.

Dinimic an chiseal miotail

Faoi bhun an chró aschuir, tá ról ríthábhachtach ag ciseal miotail maidir le haiseolas optúil a threisiú laistigh den chreat VCSEL.Cabhraíonn sé le machnamh solais a dhaingniú agus leis an tonnfhad astaíochta a chobhsú, aschur léasair comhsheasmhach a chothú in ainneoin coinníollacha luaineachta atá i bhfeidhm.Is minic a chuirtear prionsabail innealtóireachta cruthaitheacha i bhfeidhm sna sraitheanna seo chun caillteanais réamh -mheasta a íoslaghdú, ag tacú le hiontaofacht leanúnach.

Makeup agus dearadh ábhair

De ghnáth is éard atá i sraitheanna leathsheoltóra i VCSELanna ábhair cosúil le gallium arsenide (GAAS) agus arsanaide alúmanaim (alas), atá eitseáilte i dtógálacha aer-phoist chun solas reatha agus srian a chur ar an solas.Tá an rialú beacht seo ar airíonna ábhartha ríthábhachtach chun tréithe sonracha astaíochta a bhaint amach.

Tionchar ciseal alas ocsaídithe

Feidhmíonn an ciseal alas ocsaídithe mar sciath inslithe fíor -riachtanach, ag teorannú solas laistigh de theorainneacha sainithe an léasair.Cuireann sé astaíocht cliathánach neamh -inmhianaithe, ag cinntiú go bhfuil an bhíoma léasair fós dírithe.Taispeánann an cur i bhfeidhm d'aon ghnó seo airíonna inslithe tuiscint sofaisticiúil ar fhisic optúil, mar go gcuireann na sraitheanna seo cosc ​​ar chaillteanais díraonta agus go méadaíonn siad comhleanúnachas an bhíoma.

Eilimintí struchtúracha agus mionchoigeartú feidhmíochta

Bíonn tionchar mór ag eilimintí struchtúracha, lena n -áirítear DBRanna ard -fhrithchaiteachta, in éineacht le suíomh beacht na réigiún gníomhach, go mór le feidhmíocht an VCSEL.Bíonn tionchar mór acu ar chumas optúil an léasair trí chothromaíocht íogair astaíochta agus machnaimh solais a bhainistiú.Ag glacadh le straitéisí deartha comhleanúnacha, tá na comhpháirteanna seo ailínithe go cúramach chun riachtanais theicneolaíocha beachta a chomhlíonadh, chun solas a chur ar pheirspictíochtaí forbartha léasair ceannródaíoch.

Tréithe sainiúla VCSELS

Ailtireacht dhlúth agus éifeachtúlacht oibriúcháin

Seasann léasair astaithe dromchla ingearach (VCSELanna) amach mar gheall ar a ndearadh struchtúrach uathúil, arb iad is sainairíonna réigiún gníomhach dlúth agus cuas sruthlínithe.Cuireann an innealtóireacht mhachnamhach seo le sruthanna tairsí laghdaithe agus éascaíonn sé oibriú cobhsaí mód fadaimseartha, ag cur le héifeachtúlacht i bhfeidhmíocht léasair.Cuireann na riachtanais chumhachta íosta caomhnú fuinnimh agus costais oibriúcháin níos ísle chun cinn, rud a fhágann go bhfuil VCSEL an -tarraingteach d'iarratais theicneolaíocha éagsúla.

Cumas do ghluaiseacht tapa sonraí

Tá VCSELanna suntasach as a n -inniúlacht maidir le tacú le tarchur sonraí Swift, arna dtiomáint ag a minicíocht ascalaithe scíthe mhéadaithe.Tugann an caighdeán seo cumhacht dóibh méideanna fairsinge faisnéise a phróiseáil le aclaíocht agus le cruinneas, gné chriticiúil sa tírdhreach reatha a bhfuil sonraí móra agus sreabhadh faisnéise luathaithe ann.Aithníonn gairmithe sa tionscal go bhfuil impleachtaí suntasacha ag baint le teicneolaíochtaí cumarsáide a scagadh maidir le héifeachtúlacht oibríochtúil agus rath tráchtála.

Astaíocht solais ingearach agus comhtháthú córais

Taispeánann VCSELanna tréith astaíochta ingearacha a éascaíonn luí seoil solais cliathánach éifeachtúil, rud a chumasaíonn cruthú simplí eagair dháthoiseacha.Feabhsaíonn an mhaoin seo inscálaitheacht agus solúbthacht, ag leathnú a bhfóntais ó ghléasanna tomhaltóra dlúth go creataí cumarsáide fairsinge.Deimhníonn an phróifíl bhíoma ciorclach, a fhíoraítear trí mheasúnuithe sliseog cuimsitheacha, aschur seasta agus éascaíonn sé comhtháthú.Cuireann an poitéinseal nuálaíoch le haghaidh comhtháthú díreach ag baint úsáide as sliseoga epitaxial taighdeoirí agus innealtóirí, ag réiteach na slí le haghaidh modheolaíochtaí táirgthe níos cost-éifeachtaí.

Infheidhmeacht leathan i líonraí optúla

Laistigh de chumarsáid optúil, cuireann VCSEL inoiriúnaitheacht shuntasach i láthair, ag cumasc gan stró i mbonneagair atá ann cheana féin agus ag cinntiú go bhfuil siad stuama fioscach.Mar gheall ar a ngnéithe sainiúla, tá siad oiriúnach do raon éagsúil cásanna, ag seachadadh feidhmíocht láidir i measc coinníollacha éilitheacha.Leagann solúbthacht VCSELanna thar speictream fairsing d'iarratais béim ar a n -éabhlóid agus ar a mionchoigeartú leanúnach, ag tiomáint a luach agus a bpoitéinseal a thuilleadh.

Buntáistí VCSEL

Nochtann comhtháthú VCSEL i dteicneolaíochtaí optúla éagsúlacht forbairtí a bhfuil gealladh fúthu, ag tabhairt cuireadh do thaiscéalaíocht mhionsonraithe.

Cáilíocht bhíoma feabhsaithe agus comhtháthú gan uaim

Gineann VCSELs bíomaí ciorclacha dibhéirseachta íseal a lánúin go réidh le snáithíní agus comhpháirteanna optúla.Simplíonn an ghné seo comhtháthú laistigh de líonraí optúla casta, ag baint leasa as iliarratais teileachumarsáide.Nuair a bhíonn bonneagair chumarsáide á gcraoladh, tá an cumasc seo lárnach maidir le díghrádú comhartha a íoslaghdú agus cobhsaíocht fhoriomlán an chórais a fheabhsú.Ina theannta sin, méadaíonn cáilíocht bheacht an bhíoma cruinneas an tarchuir sonraí, ag freastal ar éilimh líonraí ardluais atá le teacht.

Modhnú eisceachtúil ardluais

Tá poitéinseal VCSEL chun modhnú ardluais a bhaint amach ríthábhachtach do chórais snáithín optúla fhairsinge.Baineann tionscail leas as an gcumas seo chun freastal ar na héilimh sonraí atá ag ardú i gcónaí, ag cothú nascacht láidir agus tapa thar achair fhada.Tá aclaíocht an mhodhnaithe thapa fíor -riachtanach chun struchtúir chumarsáide a thógáil atá athléimneach agus inscálaithe.

Dearadh nuálach agus eacnamaíoch

Cinntíonn nádúr dlúth VCSELS tairseach íseal do shruthanna agus cuireann sé ar chumas oibríochtaí aon-mhodha, agus is minic a sháraíonn a n-éifeachtúlacht tiontaithe leictrea-optúil 50%.Eascraíonn úsáid fuinnimh níos ísle as an éifeachtúlacht seo agus laghdaítear aschur teasa, ag ailíniú le cuspóirí inbhuanaitheachta níos mó.I dtéarmaí praiticiúla, is féidir leis an riachtanas cumhachta laghdaithe costais oibriúcháin a laghdú go suntasach thar thréimhse fhada.

Inoiriúnaitheacht i gcórais sonraí ardluais

Cuireann cumas VCSELanna a eagrú ina n-eagair dhéthoiseacha go mór le feidhmíocht na gcóras sonraí ardluais.Soláthraíonn an inoiriúnaitheacht seo an tsolúbthacht i gcumraíocht is gá chun réitigh shaincheaptha a thairiscint atá saincheaptha do riachtanais shonracha an tionscail.Trí thástáil a cheadú roimh an gcéim phacáistithe, déantar próisis mhonaraithe a shruthlíniú, ag cothromú cáilíocht agus éifeachtúlacht - modh a bhfuil tóir air in earnálacha a ghiaráil uathoibriú agus teicneolaíochtaí cliste.

Róil ionchasacha i dteicneolaíochtaí comhtháite

Taispeánann VCSELanna poitéinseal gealladh fúthu i ndul chun cinn micrea-mheicniúil do chiorcaid optúla lannaithe, rud a thugann le tuiscint go bhfuil ról ríthábhachtach acu maidir le héabhlóid na dteicneolaíochtaí comhtháite.Ceadaíonn an cumas seo do mhionsamhlú agus do laghdú costais feistí optúla agus feidhmíocht á fheabhsú - sprioc a leanann foirne taighde agus forbartha nuálacha ar fud an domhain.Táthar ag súil le hiarratais sa todhchaí, poitéinseal claochlaitheach VCSELanna i réimsí teicneolaíochta atá ag teacht chun cinn.

Éabhlóid na Teicneolaíochta VCSEL

Tá dul chun cinn seasta tagtha ar theicneolaíocht VCSEL (léasar astaíochta dromchla ingearach ingearach) le blianta fada anuas, le go leor foirne taighde ag cur le feabhsuithe feidhmíochta.Rianaíonn forbairtí luatha siar ar obair Soda et al.I 1979, a leag an bhunobair ar cheann de na cineálacha léasair is mó a úsáidtear i gcórais chumarsáide optúla nua -aimseartha.

Figiúr feiceálach i dtaighde VCSEL, bhí tionchar suntasach ag IgA agus ag a fhoireann ar chreat teoiriciúil agus ar dhearadh praiticiúil na luath -VCSELanna.Chabhraigh a gcuid oibre le haicme feistí a mhúnlú atá ar eolas anois mar dhlúth, éifeachtúlacht fuinnimh, agus cruinneas.

Raon feidhme an iarratais a leathnú

De réir mar a tháinig feabhas ar fheidhmíocht VCSEL, leathnaigh a úsáidí praiticiúla thar raon tonnfhaid agus tionscail.Sa lá atá inniu ann, is iondúil go bhfaightear VCSELanna i dtranscríbhinní optúla, i gcórais braite 3D, in idirnaisc ghearr-raoin, agus fiú feistí fíordheimhnithe bithmhéadracha.Ceadaíonn a n -inmharthanacht tonnfhaid comhtháthú i gcórais ó ionaid sonraí go feidhmchláir LiDAR.

Céim Luath: Struchtúir Taiscéalaíochta agus Fréamhshamhla Mear

Sna blianta roimh suas go dtí 2000, mhol taighdeoirí ar fud an domhain go leor dearaí VCSEL, ag tástáil le hábhair, cumraíochtaí cuas, agus straitéisí astaíochta.Tháinig pointe mór casadh i 1994, nuair a bhí Huffaker et al.thug sé cur chuige ocsaídiúcháin bunaithe ar MESA isteach.Trí struchtúr MESA a eitseáil i sraitheanna ALGAAS agus trí réigiúin al-saibhir a ocsaídiú go roghnach, chruthaigh siad sraitheanna ocsaíd AL ard-fhriotaíochta a chuir srian éifeachtach ar shreabhadh reatha.Laghdaigh an modh luí seoil ocsaíde an sruth tairsí go suntasach, ag baint amach chomh híseal le 225 µA.

Ba é an struchtúr ocsaídithe seo an dearadh bunlíne sa deireadh le haghaidh VCSELanna nua-aimseartha atá ceangailte le ocsaíd.Ní hamháin gur fheabhsaigh an laghdú ar an sruth tairsí éifeachtúlacht ach laghdaigh sé freisin an t-ualach teirmeach-atá cruálach i gcórais optúla ard-dlúis.

Struchtúr a nascadh le feidhmíocht

In 2013, mhol IgA samhail anailíseach simplí a nascann tairseach VCSEL reatha, bandaleithead modhnaithe, agus toirt an réigiúin ghníomhaigh.Ba é an príomh -léargas seo: de réir mar a laghdaíonn an toirt ghníomhach, titeann an tairseach reatha.Chun comparáid a dhéanamh:

Tá toirt ghníomhach de thart ar 0.06 µm³ ag tipiciúil VCSEL.

Tá toirt ghníomhach de thart ar 60 µm³ ag léasair stiall thraidisiúnta astaithe imeall.

Míníonn an difríocht mhéid trí-ord seo an fáth a bhfeidhmíonn VCSELanna go minic faoi bhun 1 Ma, agus tá deich gcinn de mhilliamps ag teastáil ó léasair stiallacha.Aistríonn na gnóthachain seo go díreach isteach i dtomhaltas cumhachta níos ísle agus i bpoitéinseal comhtháthaithe níos fearr.

Céim aibithe: Dúshláin mhionchoigeartaithe agus modhnaithe

Tar éis 2000, bhog an fócas go barrfheabhsú feidhmíochta.Baineadh úsáid fhorleathan as VCSELanna atá ceangailte le ocsaíd i dtranscríbhinní optúla mar gheall ar a gcuid tairseacha reatha íseal agus cobhsaíocht theirmeach.Mar sin féin, thug méadú ar rátaí sonraí dúshláin nua - go háirithe maidir le tomhaltas cumhachta agus aiseolas teirmeach a bhainistiú.

Tháinig comhbhabhtáil phraiticiúil chun cinn: is minic a bhí méadú ar luasanna modhnaithe níos airde, rud a chuir méadú ar an teocht agus ar iontaofacht díghrádaithe.

Chun é seo a shárú, thug YC Chang agus a chomhghleacaithe sraitheanna il-ocsaíd domhain (suas le cúig) isteach agus méadaigh dópáil P-chineáil sna sraitheanna is fearr.Laghdaigh an fhriotaíocht sraithe seo, a chumasaíonn oibríocht ardluais le tarraingt cumhachta níos ísle.I dtástálacha, baineadh an gléas amach:

Bandaleithead modhnaithe 15 GHz

Ag díreach 0.9 mA de thiomáint reatha

As a dtagann ach 1.2 MW de thomhaltas cumhachta

Ba chloch mhíle mhór í seo, ag léiriú go bhféadfaí luas agus éifeachtúlacht cumhachta a chothromú le dearadh struchtúrtha cúramach.

Clocha míle tarchuir ardluais sonraí

Ag baint úsáide as an leagan amach struchtúrach céanna, bhain foireann YC Chang tarchur sonraí saor ó earráidí amach ag 35 Gbps laistigh den bhliain chéanna-tagarmharc do idirnascáin dhlúth-bhunaithe léasair.

Ar leithligh, in 2011, dhírigh grúpa Petter Westbergh ar dhinimic modhnaithe ag 850 nm.Léirigh a gcuid torthaí go n -íoslaghdófaí saolré fótóin - thart ar 3 ps - i mbandaleithead modhnaithe de 23 GHz.Ag an leibhéal seo, d'fhéadfadh rátaí sonraí teacht suas le 40 Gbps le díghrádú comhartha íosta.Ba é an príomh -thaitneamhacht ná go gcaithfí saolré fótóin a laghdú go cúramach le héifeachtaí dampála chun ró -chomhartha comhartha nó saobhadh tonnfhoirm a sheachaint.

Dul chun cinn leanúnach agus staid reatha

Faoi 2015, bhí tuilleadh taifead feidhmíochta mar thoradh ar spéis dhomhanda i VCSELs íseal-chumhachta, ísealchumhachta.Trí theicnící cosúil le réamh-bhéim leictreach agus láimhseáil teirmeach optamaithe, léirigh saotharlanna taighde tarchur sonraí cúltaca ag 71 Gbps ag baint úsáide as VCSELanna gearr-thonnfhad.Tá na héachtaí seo anois bunaithe ar naisc optúla ardfheidhmíochta a úsáidtear in ionaid sonraí agus in ardáin braite ardtaifigh.

Úsáidí éagsúla VCSEL

Cumarsáid snáithín optúil ardluais

Tá áit tionchair ag VCSELanna fada-tonnfhaid, go háirithe ag 1300nm agus 1550Nm, i gcumarsáid optúil gigabit-in-dara.Trí scaipeadh snáithín a mhaolú, cuireann siad le hiontaofacht agus le héifeachtúlacht i líonraí sonraí.Tá feabhsuithe den sórt sin ag teacht le spásanna tráchtála agus cónaitheacha araon, áit a dtacaíonn nascacht iontaofa le saol laethúil agus le hidirghníomhaíochtaí daoine.

Réitigh chumarsáide digití

I líonraí áitiúla nua-aimseartha, éascaíonn VCSELs tarchur sonraí éifeachtach agus eacnamaíoch, ag dul in oiriúint do na héilimh bandaleithead LAN atá ag fás i gcónaí.Meastar go láidir go bhfuil a láithreacht i lárionaid sonraí, áit a gcuireann siad go mór le malartú agus stóráil tapa faisnéise, ag freagairt do nádúr dinimiciúil an fháis dhigitigh.Léiríonn an cumas seo chun an tart a shásamh le haghaidh sonraí an tírdhreach idirghníomhaíochta digiteach atá ag athrú de shíor.

Idirnaisc optúla

Cabhraíonn imscaradh VCSELS 1300nm i bpróiseáil chomhthreomhar optúil le feabhas a chur ar líonrú, ar chórais ríomhaireachta agus ar phróiseáil faisnéise.Cothaíonn sé seo dearaí bonneagair níos láidre a thacaíonn le riachtanais ríomhaireachta chasta agus le bainistíocht sonraí optamaithe.Tagann comhtháthú réidh na dteicneolaíochtaí éagsúla ó láimhseáil sonraí feabhsaithe, gné a bhfuil tóir mhór air i ré sonraí an lae inniu.

Stóráil optúil agus níos faide anonn

Seachas fónamh mar fhoinse solais léitheoireachta/scríobh i stóráil optúil, tá VCSELanna ag dul isteach i gcríocha nua cosúil le taispeántais fhíorúla agus priontáil léasair.Méadaíonn siad feidhmiúlacht agus éifeachtúlacht stórála optúla, ag ardú luas agus acmhainn.Laistigh de ríochtaí tionsclaíocha, cuireann giaráil na ndul chun cinn sin le costais oibriúcháin a ísliú agus le táirgiúlacht a threisiú trí chumas aisghabhála agus próiseála sonraí tapa agus beachta.