【技术】六个方面解析HCSEL激光源的原理、特点和优势

时间： 2023-05-18 来源：柠檬光子官网

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HCSEL是Horizontal cavity surface-emitting laser的首字母缩写，即水平腔面发射激光器。HCSEL是一种半导体激光光源，以化合物半导体材料为基础研制。本文柠檬光子将从六个方面解析HCSEL激光源的原理、特点和优势。

HCSEL类似于EEL(边发射激光器)的结构，水平谐振的激光腔内通过衍射光学方法，形成垂直于激光振荡方向的表面出光。HCSEL发射光源分为快轴与慢轴两个方向。通常HCSEL器件的工作波长为920nm、976nm至1310nm等。

图 1

HCSEL激光器结构示意图

目前市面上，已成型商业化的HCSEL系列产品是柠檬光子独家自主设计研发的芯片，并配备自主开发的关键设备，具有行业先发优势技术壁垒。根据应用及客户需求，柠檬光子可定制设计开发HCSEL模组产品及解决方案。

衍射式HCSEL的出光形式和特点：

HCSEL光源发散角分为快轴与慢轴两个方向，柠檬光子独家研发的HCSEL慢轴全角小于0.5°近似平行光，快轴发散角全角15°，因此HCSEL是天然的线光源。

通过芯片内置DOE耦合输出，HCSEL频率稳定且可防反馈。单个芯片的功率增加可简单通过增加芯片尺寸和出光口径来实现。柠檬光子的HCSEL单芯片尺寸可以在小于1mm~10mm定制，并在晶圆层面形成阵列排布。

图 2 柠檬光子HCSEL激光器发光形式

HCSEL与VCSEL、EEL比较

有别于LED（发光二极管）光源，HCSEL具有水平谐振，腔垂直出光面的特点，融合了VCSEL在晶圆级别整体流片和易于封装和EEL长腔长、大功率的优点。

●与VCSEL相比较：HSCEL比VCSEL光束质量优、偏振度优、信噪比高。

窄光谱线宽：光谱线宽窄，波长稳定，便于3D传感和LiDAR应用有效滤除噪声。

光束质量优异：优异的光束质量降低光学整形难度。

偏振度优异：优异的偏振度利于传感探测和光学合束。

●与EEL比较：HSCEL比EEL功率高、输出口径大、制造工艺简单。

高单管功率：超高的单管功率减少芯片使用数量，降低成本。

大输出口径：大输出口径赋予超高的芯片可靠性。

制造工艺简单：简单的芯片制造工艺从理论上保证成本低于EEL。

图 3 HCSEL光源特点

HCSEL重要优势

其简单的芯片制造工艺从理论上保证成本比EEL和VCSEL更可控。柠檬光子HCSEL既能做到大功率高可靠性，又能做到低成本，是性价比最高的激光光源。

●超高的单管功率：可实现峰值功率数百瓦

●大输出口径：赋予超高的芯片可靠性

●光谱线宽窄：波长稳定，便于3D传感和LiDAR应用有效滤除噪声

●优异的光束质量：降低光学整形难度，提高光场锐利度

●优异的偏振度：利于传感探测和光学合束

●可在紧凑封装尺寸内实现高质量线形光场

图 4 柠檬光子HCSEL光源及模组图

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