vcsel的参数和测试

2024-05-29 15:20

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种激光发射方向垂直于P-N结平面,而谐振腔面平行于P-N结平面的半导体激光器,它属于面发射激光器的一种。而EEL边射型激光器的光则是沿着水平方向,由芯片的边缘射出。与EEL相比, VCSEL的生产过程更具经济效益并且响应快,因此在越来越多的应用中取代了传统的边发射激光器。

图:不同发光器件的工作原理

随着光电子和信息技术的发展,尤其是设备升级和工艺改进后,VCSEL无论在性能还是应用上都取得了长足的发展。由于VCSEL具有阈值电流低、工作波长稳定、光束质量好、易于一维和二维集成等优点,在光通信、激光显示、光存储、消费电子等领域得到了广泛应用。

图:广泛的VCSEL传感应用

垂直腔面发射激光器VCSEL具有复杂的半导体结构,但其封装结构一般更为简单。不同于边缘发射激光二极管，EEL需要解理成Bar条才能进行检测良品与否，而VCSEL在封装前就可以对芯片进行检测,进行产品筛选,极大降低了产品的风险成本。VCSEL生产过程中有三道检测工序,这三道工序都需要脉冲电流源对器件进行测试。快速、灵活且精度高的测试方案对于减小测试的成本至关重要。

VCSEL常见测试参数特性分析

VCSEL器件广泛应用于3D人脸识别和距离传感。当VCSEL阵列用于TOF模组,特别是激光雷达一类的dTOF系统时, VCSEL在窄脉冲情况下的峰值功率、工作电流、工作电压、转化效率、近远场光学特性等参数对于芯片供应商、封装服务商、模组集成商等都非常重要。

VCSEL和VCSEL阵列,包括各种激光二极管标准检测的关键电性能技术参数,常见如激光二极管正向压降(VF)、KinK点测试/线性度测试(dL/dI)、阈值电流(lth)、输出光功率等(Po)以斜率效率(Es)等。

LIV测试是确定VCSEL关键性能参数的一种快速简单的方法,它将两条测量曲线组合在一个图形中。L/I曲线显示了激光器的光强度对工作电流的依赖性，并用于确定工作点和阈值电流。V/I曲线显示了施加到激光器的电压作为工作电流的函数。通过LIV(光强-电流-电压)测试,可以评估VCSEL绝大多数电参数特性及最佳输出光功率。

而雷达输出的激光脉宽越窄,测距精度越高;峰值光功率越大,一般需要至百瓦,测试距离越远。因此研究高注入电流的高峰值光功率VCSEL芯片十分关键。而大功率激光器使用直流或者宽脉冲加电时发热严重,激光器特效受温度影响非常大,直流或宽脉冲下的测试结果并不能反映器件特性。因此为了测量VCSEL器件在真实工作场景下的性能,就需要微秒甚至纳秒级驱动和测试能力的测试设备对其进行测试,这是目前传统直流或者宽脉冲的测试表具不能满足的。

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