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vcsel|3D光学传感器行业研究宝典(17)



vcsel|3D光学传感器行业研究宝典
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我们以激光加工为例说明对光束整形的必要性：未经处理的光束被概称为高斯光束，通常表现为中心处光强最强，向边缘方向光强逐渐减弱，呈高斯型分布。如果不进行处理直接利用高斯光束进行加工会有以下缺点：
1、在进行微加工时，高斯光束的大部分能量不能被有效利用；
2、高斯光束加工时为了保证均匀性，光斑间要重叠，因此会降低加工效率。因此我们需要利用光学元件来对高斯光束进行整形，将其转换为平顶光束使能量分布均匀，从而大幅提高加工质量，减小热影响区域，提高加工效率。

在3D摄像技术以及激光投影等消费电子应用领域，对激光器发出的光束进行整形更加具有必要性。在激光投影技术中光束需要通过匀光、整形单元以满足LCD、LCoS、DMD的均匀照明需求；在基于结构光技术的3D摄像中也需要将光束进行匀光、分束均匀地分布投射至周围环境中，形成多个散斑来进行捕捉、分析。同时若不进行匀束地话光束中心能量过大还可能对人眼造成伤害。


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再以泵浦为例，很多次激光器并非一次激光发射器，需要二次或多次激发；与激光的能耗要求、波形特点等等相关，在使用光泵浦的情况下，需要加入激光晶体作为工作物质，实现功率的提升等要求的改善。

再以波长调控为例，激光器发出的波长在一定的范围内，但要实现特点工作要求的光波就必须使用相关的非线性晶体；进一步，如果要发射脉冲波长的激光，将非线性晶体做成调Q开关实现脉冲控制。

由于种类繁多，结构也比较复杂，我们将再以后针对激光器的变革做单独分析，可以明确的是，随着激光器在消费级以及汽车等领域的爆发，激光器光学组件的用量与产品种类均将快速发展。目前，国内在激光器光学组件做的最好的公司之一是福晶科技，并在激光器晶体与非线性晶体领域稳居全球龙头。

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几个对于VCSEL模组的思考

Eye-Safe是激光消费应用必须考虑的问题

1、为什么VCSEL要从850nm做成940nm？

从850nm（1代）与940nm（2代）VCSEL性能对比，我们发现，940nm在各方面都具备了压倒性优势。为什么会产生如此大的改变，从而为消费级应用铺平道路呢？我们认为最核心的原因在于芯片激光波长的选择。

右下角是太阳辐射频谱图，我们发现，在传统工业与通信领域使用成熟的850nm波长并不利于在自然界传播，而在850nm附近的940nm波段中，存在环境含量最低的一个波谷。因此，由激光器所发射的940nm的波段在环境中数量很少，继而发出的光受到的干扰很小，第2代比第1代的有效距离将会长很多，测量精度也会有较高提升。


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2、940nm VCESL是否考虑了Eye-Safe？

940nm VCESL是否考虑了Eye-Safe？答案肯定是有的，如下图940nm除了在自然界受影响最小的波段的特点以外，也是相邻波长中对于眼镜伤害最小的波段。

但我们通过原理分析发现，940nm并不是绝对安全的波段，且人眼结构将导致此种影响指数级扩大。激光对于人眼的伤害一般来说对比皮肤表面的伤害要更加显著，一平行入射光进人人眼之后，将聚焦于视网膜上的一小区域，由于通过水晶体的聚焦，将使光强度在单位面积上提升至10万倍，即对于波长400nm-499nm的激光，若入射至4眼睛的强度为1m w／cm2，则视网膜却接收到约100w／cm2的强度。同一介质对于不同波段光源的吸收率并不相同，所造成的的伤害也不一样，对于眼球照射的曝光量大于某个临界值，不论哪个波段的光源，都将对眼球造成伤害。辐射波长在400nm以上到700nm的可见光波，会穿透眼睛的视网膜、水晶体和玻璃体，主要对眼睛的视网膜造成伤害；近红外波段（780~1400nm）也会造成白内障、视网膜损伤；但辐射波长在400nm以下以及1400nm以上的激光，几乎都被晶体吸收了，所以不会造成眼球内部的伤害。

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