VCSEL在智能手机等领域的应用

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1、VCSEL在智能手机等领域的应用陈磊王凤玲张秋波一.以VCSEL为核心的3DSensing摄像头近年来，智能手机领域相关技术更新迭代十分迅速，由于人们的日常需求逐渐提高，手机的拍照，感应，识别等功能尤其受到关注，故手机摄像头用量提升的趋势仍处于加速态势，特别是3D摄像头等新创新的使用也将为手机摄像头领域提供增益，尤其以VCSEL激光器为核心关键元器件的3DSensing摄像头在iPhoneX机型上的应用，将带动相关市场迎来一轮爆发。而随着苹果新机型的创新应用量产之后，将带动国内市场的全面启动，以华为，OPPO,VIV0等国产品牌为首的高端机型将快速响应与普及，从而进一步扩大VCSEL

2、的需求量。1.3DSensing摄像头3DSensing摄像头相比于传统摄像头除了能够获取平面图像以外，还可以获得拍摄对象的深度信息，即三维的位置及尺寸信息，其通常由多个摄像头+深度传感器组成。3D摄像头实现实时三维信息采集，为消费电子终端加上了物体感知功能，从而引入多个“痛点型应用场景”，包括人机交互、人脸识别、三维建模、安防和辅助驾驶等多个领域，3DSensing摄像头让交互方式从平面变成了立体。而3DSensing摄像头产业链与传统摄像头产业链相比主要新增加红外光源+光学组件+红外传感器等部分，其中最关键的部分就是红外光源。图一：因特尔公司研发的RealSense3D摄像头架构

3、192OB1OS0（ies）2.VCSEL作为红外光源的优势目前，可以提供800-1OOOnm波段的近红外光源主要有三种：红外LED、红外LD-EEL（边发射激光二极管）和VCSEK垂直腔面发射激光器）。早期3D传感系统一般都使用LED作为红外光源，但是随着VCSEL技术的成熟，性价比已经接近红外LED,除此之外，在技术方面，由于LED不具有谐振腔，导致光束更加发散，在耦合性方面很差，而VCSEL在精确度、小型化、低功耗、可靠性全方面占优的情况下，现在常见的3D摄像头系统一般都采用VCSEL作为红外光源。而与传统边发射激光器相比，VCSEL在光束质量、与光纤耦合效率、腔面反射率上都具

4、有较大优势，且因为VCSEL发射光线垂直于衬底而边发射激光器发射光线平行于衬底，因此VCSEL能够实现二维阵列而边发射激光器不行。下图为三种光源的比较图：特性IVCSELLED能耗N3nnW，呦w光東质量、与光学器件權合性好.低发敕性董.高.发骸性阈值电流较高光电转檢效率40%以上20%以下速度lOGbpsOJGbps富度稳定性0.06nm/V0,25nmTC光itM1nm20-30nm图二：VCSEL与LED光源性能对比图特征—VCSEL边发肘澈光器输出光方向愛亘于衬底平行于衬底径向对称光東不对秫光東与克軒的亶接n會效車-100^•50%腔面反射車>98%>30%谐撮腔长用*03u

5、tn*300um集成化易于实现二维阵列仅一堆阵列图三：VCSEL与边发射激光器对比图从近两年上市的具有3D摄像头的产品也能看到，红外光源由LED向VCSEL转变是必定趋势。从2016年意法半导体及AMS旗下Heptagon发布的光学模块新产品来看，均采用VCSEL作为红外线光源，且消费级产品联想Phab2ProAR手机与IntelRealSenseSR300包括iPhoneX均采用了VCSEL作为红外光源。3.VCSEL产品代裹产品FinisarHFE6X92-761目前VCSEL领域主要厂商共有5家，分别是Lumentum、Finisar>ll-VkPhilipsPhotonics

6、和HLJ华立捷。下图为各个公司的代表产品：阅值电洗(mA)：<2工作电5(Vh<22输出功辜(mW)：>0,4gfe(jim)：84卜860)：12-15UMStr)；0-85APA860W10001冏値电流(mAh<27工作电LLWh<2.15输出功率(mW)r>045淀丘(nm)：840-860发故性(•h14*19工作逓度(匸八5-45PhilipsPhotonicsULM850-L3-PL-S0101U阑值电M(mA):1*2工作电压W)-21*24输出功$(mW)：3.5-55840*860灰敷性「):<39T作希艮(C)牛25・85VSCH4>ia-E4)2闽佶申流仲A)

7、:04-15工作电压(V):<2.6输出功率(mW),3Mii(nni):840-B60校故性「):14-22工作5-45图四：VCSEL厂商代表性VCSEL产品从图中可以看到，大部分VCSEL产品波长都在860nm左右，而实际上各大公司已经研发了940nm波长的VCSEL产品。相比于860nm波长的VCSEL940nm波长VCSEL具有以下几个方面优势：(1)测距从840nmVCSEKft大40cm提升至最大2m,使人脸识别，手势识别等应用更加方便；(2