激光LD/VCSEL前景无限，你真的明白为何激光要登上大舞台

介绍了激光用在汽车照明的未来。（标题：激光会是下一代照明与显示的主角吗？）今天这两项应用也得到了诺贝尔物理奖中村修二教授的鼓吹，相信大家都已经有了比较轮廓式的了解。

今天我会把主题放在原理与工艺跟LED比较相近的面射型激光VCSEL的介绍，也许大家会比较陌生，但是认识这项技术与它的应用前景对从事光电行业的人会有很大的帮助，当然我在台湾参加2017年VCSELs（面射型激光）创新技术与应用研讨会之后，在我的微信朋友圈承诺要带一些干货给广大的读者，现在就给大家分享分享这个激光新技术与未来它的无限前景！

（Kenichi Iga教授是VCSEL的首次提出者）

面射型激光最初应用的光通信产业是怎么回事？

由于面射型激光VCSEL最初的应用是光通信产业，所以当然首先要介绍光通信产业。

首先帮大家初浅的介绍光通信（Optocommunication industry）产业，激光是光通信的主角之一，其实光通信是一个很庞大的产业，光通信产业大概可以分为「光的主动组件」与「光的被动组件」两大类产业，其中主动组件的复杂度较高，被动组件比较简单，但是某些被动组件仍然有其复杂度，如果没有一定的技术能力无法顺利量产，我们简单说明如下：

光的主动组件

光的主动组件是指「负责光讯号的产生与接收的组件，与光电能量的转换有关」，产生光讯号通常是指将电能转换成光能；接收光讯号通常是指将光能转换成电能。由于一般数据的处理与运算都是使用计算机，计算机是使用电讯号处理数据，所以当我们要将数据传送到光纤网络时，必须先将电讯号转换成光讯号，如图五 所示，图中传送端「光发射模块（Transmitter）」的功能就是将电讯号转换成光讯号，我们可以想象成它是将电讯号的「0」与「1」转换成光讯号的「暗」与「亮」，光讯号在光纤中经过了数百公里的传送以后，到达接收端，这个时候必须将光讯号转换成电讯号，如图五所示，图中接收端「光接收模块（Receiver）」的功能就是将光讯号转换成电讯号，我们可以想象成它是将光讯号的「暗」与「亮」转换成电讯号的「0」与「1」，再交给计算机进行处理与运算，这就是整个光纤网络与计算机工作的基本原理。

图五　光纤网络与计算机工作的基本原理

光的主动组件包括下列几种，此次主题是激光二极管，其它组件将会在未来开专题详细介绍：

激光二极管（LD）：将电讯号转换成光讯号。

光放大器（Amplifier）：放大光讯号。

光侦测器（Detector）：将光讯号转换成电讯号。

光的被动组件

光的被动组件是指「负责光讯号的传递与调变的组件，与光电能量的转换无关」。光的被动组件包括下列几种，未来我将会开专题详细介绍：

光纤（Fiber）：传递光讯号

光连接器（Connector）：连接光纤。

光耦合器（Coupler）：将二信道光讯号汇合成一信道。

光分离器（Splitter）：将一信道光讯号分开成二信道。

光隔绝器（Isolator）：阻止光讯号反射。

光衰减器（Attenuator）：降低光讯号强度。

光交换器（Optical switch）：改变光讯号前进方向。

光电调制器（Modulator）：调变光讯号。

波长多任务器（WDM：Wavelength Division Multiplexing）：将不同波长（不同颜色）的光同时送入一条光纤中传输。

初级波长多任务器（CWDM：Coarse WDM）：将8种以下的波长（颜色）的光同时送入一条光纤中传输。

高密度波长多任务器（DWDM：Dense WDM）：将16种以上的波长（颜色）的光同时送入一条光纤中传输，包括薄膜滤光片、数组波导光栅与光纤光栅等三种技术。面射型激光有哪些特殊工艺与LED区别较大？

回到主题了，现在开始介绍激光二极管，激光二极管用波长来分类，应用会有很大的差别，目前可见光激光大部分应用在光储存光照明与光显示，红外光大部分用在光通信与光感应，为什么光通信大部分使用红外光激光呢？如图六（a）所示，由于光纤在红外波段的衰减最小，尤其是在1550nm波段，而1310nm波段虽然衰减没有1550nm小，但是因为在这个波段色散最小，如图六（b），所以1310nm波长的激光也常常用于中长距离光纤通讯用光源。而红外的850nm与980nm光源也被使用于较短距离的末端网络系统，由于用量大，要求低，所以也常常用红外LED代替激光。

图六 硅基光纤（SiO2）在不同发射光谱的衰减与色散示意图

色散的定义：光纤的输入端光脉冲信号经过长距离传输以后，在光纤输出端，光脉冲波形发生了时域上的展宽，这种现象即为色散。

由于宽带与大数据系统要求越来越多的数据传输，如图七所示，光通信的发光元器件又可以分类为L