昨天写了VCSEL阵列基于传统分立方式的DOE透镜,在OFC2023解读Lumentum的VCSEL在光通信和激光雷达两个领域的应用,其设计有相同之处也有不同之处,其中看过一个图,我当时的解释是这个图其实是用集成DOE的漫射结构,来做光通信的透镜的描述。
今天用文字补充表述一下
用于这两个领域的透镜相同之处
都是Flip Chip结构,更利于散热。
都利用了衬底实现透镜集成
用于这两个领域的透镜区别
光通信的Flip Chip结构,除了散热更好外,还有利于提升带宽,去除键合金丝,提升带宽,降低了量子阱的温度,也提升了带宽。而对于带宽的需求,激光雷达领域不是特别关注。
都利用了衬底实现透镜集成,激光雷达一般是为了实现漫射,并通过衍射实现“散斑”发射,光纤通信一般是用于准直或汇聚,二者的曲离都是分别设计的,只是曲离的方向有区别。光纤通信的透镜设计简单些,激光雷达的透镜设计更为复杂
在衬底透镜可以镀抗反射膜(增透膜,合集里写过的),降低反射,提高出光功率,提高电光效率,这对于光纤通信而言是常规操作,对于激光雷达领域则传统的低成本分立DOE,很难实现抗反射镀膜,采用衬底集成的话,则更容易把激光器镀膜工艺用于激光雷达领域。
在2019年的时候,写VCSEL阵列用于3D传感,提到一个词叫散斑,也提到DOE
DOE叫衍射光学元件,就是利用这个结构实现的散斑控制,也就是亮度有明有暗的多个点阵。
看其中一个曲离设计,光束出现“发散”、“角度偏移”两个特性。
衍射光栅的衍射,本质上是多点干涉,能量会再次分布,出现明暗不同的分布,衍射光栅的要素是两束光处于相干长度,需要足够近才行。
DOE,实现光束方向控制,漫射(当然,光束方向可控了,除了发散的漫射,也可以实现聚焦,都是在改变光束方向而已。),以及衍射(干涉),再次分布点阵斑点控制。
下图是Lumentum 激光雷达 VCSEL阵列经过DOE后的一个光斑分布图。
其次,控制曲离设计以及VCSEL边缘的出光功率,实现“蝙蝠翼”的强度分布。
蝙蝠翼的分布,在咱们路灯/客厅的大顶灯,实现能量的蝙蝠翼结构常见说法,原因在于不同的角度,照射到地板、马路、桌面等等,由于光束角度的差异,能量密度有差异。蝙蝠翼结构就是一个“预补偿”设计。
最后镀增透镜即可。
2023-7-4 光模块中的半导体激光器(并比较用于光通信和激光雷达的激光器区别),稍微用文字做个补充描述