VCSEL的潜力：迎来发展新热潮，未来之路将会越来越广阔

VCSEL从诞生到今天，走了很长一段路。

VCSEL的发展进程

1965年，美国林肯实验室Ivars Melngailis提出了制造垂直腔二极管激光器的建议，就是在普通发射激光器上加一个高反射电极，再做隔断，强迫电流从右到左注入的同时，强迫光场左右来回振荡。

一直到1977年，日本东京工业大学Kenichi Iga教授提出垂直腔面发射激光器的概念。两年后，使用液相外延技术成功实现了GaInAsP系列激光器脉冲激射。1984年实现了室温脉冲，之后随着外延技术的不断发展，造出了反射率极高的半导体DBR结构，大大加快VCSEL的研究进程。1994年，基本确定了氧化限制型结构VCSEL的主流地位，并进入了实用阶段。

2017年，苹果推动了VCSEL的第二次浪潮，VCSEL开始从光通信走向消费电子。

VCSEL是什么？

VCSEL激光器全名为垂直共振腔表面放射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL），简称面射型激光器，是一种半导体激光器。

VCSEL一般为三明治结构，由上、下布拉格反射镜DBR和中间有源区三部分组成，构成谐振腔。其中有源区作为VCSEL的核心部分，由几个量子阱组成，决定着器件的阈值增益、激射波长等重要参数。DBR由多层介质薄膜组组成，实现对光的反馈。

其发光原理，就是通过外加能量激发半导体的电子由价带跃迁到导带，当电子由导带返回价带时，将能量以光能的型式释放出来。然后依靠上下两个DBR反射镜和增益物质组成的谐振腔实现共振放大，谐振腔使激发出来的光在上下两个DBR反射镜之间反射，不停地通过发光区吸收光能，使受激光多次能量反馈而形成激光。

当前以砷化镓为基础材料的VCSEL居多。

VCSEL的市场有多大？

VCSEL在工业和商业领域主要应用于激光加工、医疗美容、环境监测、激光雷达、无人商店、智能门锁、安防摄像头、安防闸机等。

在消费电子领域主要应用于激光鼠标、手机、平板电脑、无人机、扫地机器人、VR/AR、真无线蓝牙耳机、3D游戏机等等。

按照Yole的预测，VCSEL市场整体规模将从2022年开始以19.2%的复合年增长率，到2027年达到39亿美元。而在细分市场中，移动和消费电子应用的市场的规模高于数据通信市场，2022年预计为8.4亿美元，同期在数据通信应用的市场规模则为7.82亿美元。

2022到2027年间，VCSEL的移动和消费行业应用市场复合年均增长率为15.7%，而数据通信的复合年均增长率将达到22.2%，这一切都得益于数据中心、5G通信等市场的带动，未来数据量的指数增长会促进光模块等在数据行业的需求持续增长。

与此同时，汽车市场的增长也值得关注。VCSEL作为汽车激光雷达的重要激光发射器件之一，需求不容小觑。Yole预测2022-2027年汽车应用的复合年均增长率将达到96.6%，细分市场规模从2022年的1800万美元，到2027年增长至5.3亿美元。

未来，IoT、人工智能或智能互联应用可能都会用到VCSEL，VCSEL的发展之路也会越来越广阔。