生产线环境下的VCSEL测量解决方案

上海精恩光学有限公司

2024/08/08 14:22

大部分对于 VCSELs（一种特殊的半导体激光二极管）的研究活动，最早起始于 1979 年。从那个时候 VCSELs 就已经成为了一种成熟技术，在很多应用领域中，都与边发射式激光器（EEL）存在竞争，甚至在某些特定的应用中已经取代了它们，比如短距离的光纤通信。

由于光的出射是垂直于外延层的，所以让 VCSELs 特别容易批量生产，因为它可以在晶圆级别进行光学测试和分拣，得益于精密制造中的过程控制，让 VCSELs 的生产成本低于了 EELs。较低的价格结合良好的性能：低功耗、高调制带宽，使其在自动驾驶、激光打印、光学鼠标和光纤通信应用中得到了广泛地使用。

最近的几年中，VCSELs 技术，尤其是 2D 阵列式 VCSEL技术在新兴的3D光传感应用和市场中成为了一种趋势，例如：

面部&手势识别
自动驾驶
新型的人机交互界面

不论是在实验室，还是在生产线的测量环境中，Instrument Systems 都可以提供客户定制化的软硬件解决方案，去应对不同场景下 VCSELs 电光性能的表征和质量控制。

Fig.1 短程激光雷达系统被认为是一种潜在的 VCSEL 应用

\\ 生产线环境下的 VCSEL 测量

VCSELs 和 EELs 在生产线上进行品质监控，需要测量设备在毫秒时间内完成对样品的完整光学性能表征。基于此，我们会在一台高分辨 CAS 光谱仪的基础上结合一只积分球，这套系统是完成快速、可靠半导体激光器测量的理想选择（Fig.2），可以得到如：中心波长，辐射功率（Fig.3）等关键性能参数。生产线上快速的测量速度，要求此类光谱设备要在一次积分窗口时间内，完成单次毫秒级别光脉冲下的测量。

Fig.2 高分辨率阵列式光谱仪+积分球系统，可以完成快速、可靠的 VCSELs 光谱表征。可选的光电二极管传感器，可以进一步增加辐射功率测量的精度。

在这样的系统中，积分球起到了均匀化光束的作用，阵列式光谱仪必须以足够的精确度和测量速度去记录下激光的光谱。通常情况下，激光光源的光谱带宽都很窄，可以通过在积分球上安装一只经过绝对辐射校正的光电二极管来进一步提高辐射功率的测量精度。

对于高精度的测量，建议使用自吸收校正方法，去修正由被测试器件及其周围环境的波长相关反射率而产生的偏差。正因为这一点，所以选择搭配一只具有合适的光谱功率密度分布的辅助照明光源显得十分有必要，VCSELs 的窄光谱带宽一般在几个纳米，因此，要求测量设备的光谱分辨率必须在 1 个纳米以下。

Fig.3 使用 CAS14OCT-HR 测量一个 2D 阵列式 VCSEL 的光谱

Instrument Systems拥有CAS140CT-HR，CAS120-HR，以及 CAS100-HR 三个生产线级别的高分辨光谱仪型号给用户们选择，同时可搭配不同类型的，具有完美辅助照明的积分球来完成激光器的测试，这样可以给用户们提供宽光谱带宽的解决方案。

优势

_	低至 0.12nm 的光谱分辨率 PTB 可溯源测量文件高灵敏度，高通量测量短积分时间：CAS140CT-HR 9ms，CAS120-HR/CAS100-HR 4ms 可选项：配备有光电二极管的积分球可选项：给被测器件做自吸收修正的辅助照明光源关键参数 ✓ 光谱 ✓ 半波宽 ✓ 峰值波长 ✓ 辐射功率

\\ 展望：快速和高度精确的生产线 VCSEL 测量

对于日益增长的质量控制和合规性的要求，不得不使设备供应商推出快速、高精度、高可靠性的 VCSEL 测量解决方案。在未来的很多应用中，有必要将实验室验证对 VCSELs 的测量转移到生产线上，特别是类似于 LiDAR系统（自动驾驶领域）这种安全相关的组件，或者是消费电子领域，制造商必须确保每一个 VCSEL 在最终的设备中，对于驱动信号有一个正确的响应。

Instrument Systems 致力于将我们的测量方案从实验室表现优异的验证阶段，转移至VCSEL 的生产线测量，并可以根据用户们的具体需求，提供全面的，甚至模块化的解决方案。欢迎联系我们

阅读3次

关注

上一篇智能车灯高速测量解决方案

下一篇 VCSEL实验室的纳秒脉冲时间分辨测量解决方案