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锥形半导体激光器研究进展
锥形半导体激光器(VCSEL)是一种具有许多优点的半导体激光器，该激光器的发展始于20世纪90年代初，自那以来被广泛应用于通信、传感、医疗和材料加工领域。该技术的典型应用包括光纤通信，其中VCSEL作为光源，在高速交换和数据中心网络中发挥着重要作用。该文将探讨该领域的最新研究进展，并讨论VCSEL的优点和未来的发展方向。
一、VCSEL的基础构造
VCSEL的基本构造由p型和n型半导体材料构成，夹层中包含激子或量子阱，该结构形成了正多面体的几何形状。从椎体的底部注入电子和空穴到激原子中发生复合，激发出光子以形成激光。与传统的边射激光器相比，VCSEL的出光方向垂直于激光器的表面，频率可调，并且具有高效能性。在实现高速率通信的情况下，VCSEL的主要优势在于它可以通过整合电信领域中的标准CMOS工艺得到制造。
二、VCSEL的优点
1.高效能
VCSEL的外部量子效率(外部测量到的能够发出可见光的光子的数量)通常可超过50%，这种效率比较传统的GaAs边射激光器高得多。此外，VCSEL的制造过程非常精确，因此其光谱质量和稳定性比较高。
2.高速性
VCSEL可以以高达40GB/s的速度进行通信，且不同于传统的光纤通信使用的单模光纤，VCSEL使用多模光纤进行通信。
3.易于集成
VCSEL能够在芯片上进行制造，并可以集成到CMOS工艺中，因此其制造成本相对较低。
4.光束质量好
VCSEL的光束相对传统的激光器而言更加垂直，光束质量更高。
三、VCSEL应用
1.数据中心
在数据中心应用领域，VCSEL是优选的光源。它与多模光纤占总成本的一小部分，并且其能够跨越链接100m距离的优点使其成为高吞吐量和低延迟的数据传输中的理想光源。
2.传感应用
VCSEL的高速度、高效率，在传感应用领域也受到了广泛的应用，例如：在医疗领域中，VCSEL作为光源，可以用于血糖等情况下的无创测量。
3.材料加工
需要使用光源对材料进行加工时，VCSEL可以成为一种相对便宜和方便替换的光源。例如，VCSEL激光器被广泛应用于2D/3D扫描以及胶合剂固化等领域。
四、未来的发展方向
随着技术的不断进步，VCSEL将会在更广泛的市场应用领域得到应用。一些近期开发的高速VCSEL将会在数据中心领域得到广泛应用，可以提高数据传输速度。此外，VCSEL在传感和材料加工领域的应用也在不断发展，并且发展速度非常快。由于VCSEL的高能效性和可靠性，未来将会有更多新的应用领域需要这种技术。
综上所述，VCSEL作为光源和激光器，其在数据中心、传感、医疗和材料加工等领域的应用发展迅速，未来VCSEL将会在市场中扮演更重要的角色，尤其是在数据中心和传感领域。