前陣子，iPhone 8或?qū)⑹褂肰CSEL激光器，問鼎AR應(yīng)用頂尖水平的新聞，將VCSEL激光器重新引入了人們的視野。之所以說“重新”，是因?yàn)樗诠馔ㄐ艖?yīng)用市場里“發(fā)光發(fā)熱”，被廣泛關(guān)注，而這次，它的關(guān)注源自消費(fèi)電子領(lǐng)域。
VCSEL激光器是什么?它很厲害嗎?它的市場大嗎?
這么說吧，每年全世界消費(fèi)10多億部智能手機(jī)，如果每部手機(jī)嵌入2-3顆VCSEL激光器，那么每年就是二三十億顆的市場規(guī)模。如今，全球VCSEL的總收入已接近8億美元，預(yù)計(jì)到2020年該值會增長到21億美元?！ ?/div>
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什么是VCSEL激光器
VCSEL激光器全名為垂直共振腔表面放射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL),簡稱面射型激光器。它以砷化鎵半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)研制，是一種半導(dǎo)體激光器。其激光垂直于頂面射出，與激光由邊緣射出的邊射型激光有所不同。
因此相較于邊射型激光器，VCSEL激光器具有低閾值電流、穩(wěn)定單波長工作、可高頻調(diào)制、容易二維集成、沒有腔面閾值損傷等優(yōu)點(diǎn)，在半導(dǎo)體激光器中占有很重要的地位。
邊發(fā)射激光器和面發(fā)射激光器VCSEL
VCSEL激光器能做什么
VCSEL基本原理就是傳遞空間三維信息，三維識別、手勢識別、虹膜識別、無人駕駛激光雷達(dá)等許多我們熟悉的應(yīng)用，都是通過它得以實(shí)現(xiàn)的。
雖然目前VCSEL激光器在消費(fèi)電子領(lǐng)域的市場才剛剛起步，但是它在光通信、光互連、激光引信、激光顯示、光信號處理以及芯片級原子鐘等領(lǐng)域，早已獲得了廣泛的應(yīng)用。
除此之外，它在近紅外波段的軍用領(lǐng)域起著主導(dǎo)作用，例如用于周邊和邊境安全的高功率照明、透過煙霧和爆炸進(jìn)行成像以及遠(yuǎn)程監(jiān)視等。
VCSEL激光器市場有多大
BCC Research公司的分析師認(rèn)為，目前全球VCSEL的總收入已接近8億美元，預(yù)計(jì)到2020年該值會增長到21億美元。VCSEL的應(yīng)用主要由短距離光纖數(shù)據(jù)傳輸鏈路的部署所主導(dǎo)，這部分市場大約占據(jù)了VCSEL市場近一半的份額。
但是VCSEL自身的一些發(fā)展，包括實(shí)現(xiàn)更高的效率、更長的發(fā)射波長(大多數(shù)商用VCSEL的工作波長在800 nm附近)以及可調(diào)諧性，將會為VCSEL創(chuàng)建更加多元化的應(yīng)用市場。
低能量光存儲、服務(wù)器及高容量數(shù)據(jù)中心中的快速交換對VCSEL的需求不斷增加;超高密度磁存儲、工業(yè)加熱(也許這一點(diǎn)有些令人吃驚)包括油漆固化和商業(yè)印刷店對VCSEL的需求也在增長;在消費(fèi)電子產(chǎn)品中的手勢識別和3D傳感技術(shù)應(yīng)用中，VCSEL將會獲得持續(xù)更廣泛的應(yīng)用。
此外，預(yù)計(jì)醫(yī)療領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)診斷和治療應(yīng)用也是VCSEL的市場增長點(diǎn)，例如，在光學(xué)神經(jīng)刺激和計(jì)算機(jī)X線攝影成像應(yīng)用中，VCSEL比LED更具出色的電效率，這一優(yōu)勢將使其更多地應(yīng)用在近程傳感中。隨著手勢識別、數(shù)據(jù)存儲等一些新應(yīng)用的快速增多及逐漸普及，VCSEL的年度銷售額將有望在未來的幾年中快速增長。
國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀如何
目前，致力于移動端設(shè)計(jì)的VCSEL芯片生產(chǎn)公司全球只有七八家，例如Finsar、Lumentum、Princeton Optronics、Heptagon、ⅡⅥ等公司，且大部分在美國，它們在移動端VCSEL處于前沿的研發(fā)角色。
而報(bào)道中也稱，為iPhone 8提供VCSEL激光器的生產(chǎn)商是Finsar公司、Lumentum公司和II-VI公司三家。
相比之下，光通訊領(lǐng)域中，國內(nèi)光通訊器件廠商光迅科技已有VCSEL商業(yè)化產(chǎn)品推出，但是在消費(fèi)電子領(lǐng)域，國內(nèi)尚無一家擁有VCSEL芯片量產(chǎn)能力的企業(yè)。
科研領(lǐng)域中，中科院長春光機(jī)所在VCSEL的研究處于世界前沿地位。2014年5月長春光機(jī)所在國內(nèi)首次研制出堿金屬原子光學(xué)傳感技術(shù)專用的795 nm和894 nm VCSEL激光器，可作為核心光源用于芯片級原子鐘、原子磁力計(jì)、原子陀螺儀等堿金屬原子傳感器。
795 nm VCSEL 芯片(左)TO46封裝器件(右)
除此之外，還有吉林大學(xué)、長春理工大學(xué)、北京郵電大學(xué)、西南交通大學(xué)、廈門大學(xué)、華中科技大學(xué)、中科院半導(dǎo)體所、中科院物理所等高校及科研院所均對VCSEL開展了不同層次的研究。
業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，垂直腔面發(fā)射激光器在今年下半年將迎來第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。面對未來每年可能二三十億顆的市場缺口，尚無一量產(chǎn)企業(yè)的我們，如何能與國外企業(yè)競爭，分得一杯羹?
如果在VCSEL應(yīng)用全面爆發(fā)時(shí)，別人已經(jīng)在吃肉了，而我們連口湯都喝不上，豈不哀哉!
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