火狐体育首页进入:1mm³巨细国际首个功率破KW的单芯片激光模组诞生

　　近年来跟着技能不断发展，激光雷达的体积、本钱也在不断下降，成为了一种遭到各职业重视的关键技能。它的用处越发广泛，可用于自动驾驶轿车、大气观测运用的LiDAR传感器，还能够用于医疗保健（医治和查看剖析）、生物光子学等范畴。在非热精细切开、微创医治等激光加工、激光医疗场景的运用潜力也越来越大。与此同时，商场关于千瓦级高功率激光模组的需求也开端添加。

　　激光雷达有多种计划，比方LiDAR、MEMS（微机电）等等，其间LiDAR选用VCSEL（笔直腔面发射激光器）光源，而MEMS则根据固体镭射技能。但是，固态镭射和VCSEL各有约束，前者功率高但体积大，而后者体积虽小，但功率也小。为了处理现有激光技能的约束，索尼研制了一种单片激光器，并声称这是国际上首个峰值功率高达千瓦级（57.0千瓦）的激光计划。据悉，其体积不到1立方毫米（相当于固体镭射的1/1000倍），输出脉冲持续时间为450皮秒，强度是半导体激光1000倍。

　　与传统的固态镭射计划比较，索尼的激光模组的摆放更简略，结合了半导体和固态镭射模组的结构，能够很好的满意LiDAR关于尺度细巧、高功率激光源的需求。别的，小尺度激光单元可并排摆放在一个芯片中，并运用现有的半导体光刻工艺，完成高精度的阵列摆放（微米级）。

　　索尼表明：现在商场上还没有能够满意这一需求的其他激光技能，虽然高功率激光模组的可用性已经在实验室得到验证，但在投入商场时还需求考虑本钱、尺度的约束。而假如这种小尺度、高功率的超短激光光源能以低本钱量产，将为高功率激光职业带来一场革新。

　　运用场景方面，该技能可用于开发更好的LiDAR传感器，用于自动驾驶轿车、无人机、机器人、3D传感、AR/VR等场景。

　　迄今为止，市面上的高功率激光光源计划仅限于固态镭射模组，比方碟片激光、光纤激光器、微晶片镭射等等。固态镭射因为载流子寿命长（微秒到毫秒级），所以可输出高功率脉冲。但是，固态镭射晶体需求用外部激光来激活，因而硬件体系尺度大，而且需求手动拼装。一般，一台固态镭射体系的本钱可达数百万日元（约合人民币5万元），高本钱约束了这项技能的广泛运用。

　　另一方面，半导体激光计划的功率更高，因为它能够用电流激活，因而尺度也能够缩小到1平方毫米以下，而且可运用现有的半导体工艺批量出产。不过，半导体激光的载流子寿命短，仅为纳秒级，因而难以输出高功率。

　　为了处理激光技能的功率和尺度约束，在2018年，索尼开端测验规划一种体积像半导体激光器那样紧凑，且输出功率足够高的激光晶体。

　　所以，索尼将固态镭射与半导体激光计划交融，打造了一种愈加紧凑、峰值功率更高的激光技能。这项技能的中心是一种由固态和半导体激光器组成的单片激光器，以及将VCSEL（笔直腔面发射激光器）作为激活光源，并将VCSEL和固态镭射器（被迫调Q激光）的空腔堆叠。

　　图2：蓝色箭头规模为VCSEL腔（榜首个腔），赤色箭头表明被迫调Q激光腔（第二个腔），两个腔为光学耦合结构

　　这种结构有两个长处，榜首，固态镭射晶领会吸收激光热量，然后改动折射率，使激光束更集合。这样一来，便下降了固态镭射对聚集透镜的需求。

　　其二，因为固态镭射晶体在VCSEL腔体内被激活，即便晶体的单程吸收率低，泵浦激光也能被高效吸收。如此一来，固态镭射晶体的厚度可缩减到现有切开工艺能到达的水平，而且能够经过现有的半导体制作工艺来出产单个激光器。

　　换句话说，腔体堆叠后，VCSEL腔的内部电场可激活固态镭射介质，无需聚光光学体系。别的，这种计划更简单批量出产，无需光学对准，运用现有的晶圆工艺，就能批量出产芯片尺度的高功率激光器。比较之下，传统的固体镭射模组的多组件需求调理空间方位，精度要到达微米等级，制作难度更高。

　　图4：固态镭射基板粘合在半导体激光基板顶部，接着将晶圆切开成独自的晶体，然后进行接线、装置和封装

　　据了解，索尼对半导体器材的研制、装置和制作工艺有深化的了解，其团队具有固体镭射和半导体激光范畴的专家，他们从2019年4月就开端测验将VCSEL和固态镭射交融的新式激光技能，从承认激光振动到研制单片模型，大约用了一年。在研制过程中，科研人员考虑了激光模组受电、光、热等要素的影响，以保证终究的量产。