什么是垂直腔面发射激光器阵列？
VCSEL阵列是由垂直腔面发射激光器组成的单片（线性或二维）阵列。每个VCSEL均输出圆形光束，并可进行高速直接调制。这使得该类器件既适用于高速短距离数据通信 光传感。
图1. 垂直腔面发射激光器（ VCSEL） 产生对称的圆形光束，其操控和利用难度远低于面发射器件产生的椭圆形光束。
光学特性：边发射器产生椭圆形光束，且发散度极高，通常还存在像差。因此，将其集成到系统中往往需要更复杂光学元件。然而，在垂直腔面发射激光器（VCSEL）中，输出光束呈对称圆形，且发散度显著降低。这使得VCSEL的输出光束更容易聚焦成光斑或耦合到光纤中，从而降低了系统的成本和复杂度。
电子特性：所有二极管激光器 通过切换驱动电流实现直接调制。尽管边发射器在通信应用中被广泛采用，但要实现最快的传输速度，通常需要额外集成外部调制器（例如马赫-曾德纳调制器）。相比之下，垂直腔面发射激光器（VCSEL）的短腔结构及其架构的其他某些特点，使其能够针对比典型边发射器更快的直接调制进行优化——参见图2。 这再次降低了整体的复杂性和成本。
图2.VCSEL的短腔结构使其具有极快的开/关调制速度，这数据通信 大有裨益。
VCSEL 阵列 由多个独立的VCSEL以行和列的形式排列组成。这种架构具有两大优势——更高的功率和多通道工作模式。虽然边缘发射器的光功率可以通过增加腔长来提升，但在VCSEL中却无法实现这一点，其功率提升依赖于发射器数量的增加。这在需要显著光学输出功率的传感应用中非常有用，例如飞行时间（ToF）或结构光相机。
VCSEL 阵列 中的单个发射器VCSEL 阵列 独立工作。这使得在塑造和控制发射光的方向方面具有相当大的灵活性。它还为多通道应用提供了数据通信 ，同时具备只有单片芯片才有的小型化、高效率和封装简便等特点。
就应用而言VCSEL 阵列 广泛VCSEL 阵列 多种高速数据通信 ，例如数据中心和高速网络中的光互连。由于其能够快速调制光信号，因此能够以极高的速度传输数据。其较低的每通道功率意味着，它们更适合短距离（最长可达数百米）的应用，而非长距离传输系统。 这一特性组合使得 VCSEL 阵列特别适合用于超大规模数据中心内的光互连，而这些数据中心正是当前支持 人工智能（AI）和机器学习（ML）应用的迅猛支持 所必需的。
图3.VCEL和VCSEL 阵列 基于激光雷达的自动驾驶车辆传感应用中VCSEL 阵列 广泛应用。
如上所述，VCSEL 和VCSEL 阵列 多种光学传感和成像应用。其中包括用于手机、个人电脑或自动门锁的面部识别系统。 一个主要的大规模应用领域是用于 ADAS（高级驾驶辅助系统）的 LiDAR（光检测与测距）系统——参见图 3。它们能够发射结构化且高意 图案，这对深度感知与测绘、车道跟踪、交通近距离感应以及自动泊车非常有用。
VCSEL 阵列 应用于工业 消费类电子。其中一些典型的例子包括激光打印机、光学鼠标和手势识别系统。
在生物医学和医疗保健领域： VCSEL 阵列 医疗器械 VCSEL 阵列 广泛医疗器械 血氧监测。其紧凑的尺寸和优异的光束特性，使其非常容易集成到太空 的可穿戴设备中。
传感与测量： VCSEL 阵列 工业其他众多传感与测量应用中。这些应用包括基于光谱学 气体传感的过程控制应用，以及某些类型的环境 。
总而言VCSEL 阵列 控制精确、可扩展性强以及易于集成到各种系统中的优势，使其成为众多光学和光子技术中的关键组件。随着其持续发展，性能不断提升，应用领域也日益广泛。