常瑞華教授：VCSEL激光器的近期突破，讓人大為振奮

據麥姆斯諮詢報道，2019年應用於智能手機的VCSEL晶元出貨量預計將增長至2.4億顆。隨著全球範圍內相關VCSEL供應商的產能不斷增長，全球VCSEL市場的複合年增長率（CAGR）可達17.3%，市場規模到2022年或將增長至31.2億美元。

在此背景下，國內華芯半導體、中科芯電、縱慧光電等都表示已經或即將實現量產，中國台灣地區的VCSEL器件供應商，包括全新光電（VPEC）、晶元光電（Epistar）、Advanced Wireless Semiconductor以及環宇通訊，都在為2018年VCSEL銷售的強勁增長做足準備。

此外，Lumentum Holdings 、Finisar、Princeton Optronics和Heptagon等國際VCSEL晶元供應商也正在通過各種努力，增強在該領域的市場表現

面對如此大好形勢，長期從事VCSEL的科研人員也為之振奮。伯克利加州大學工學院的副院長常瑞華教授在「中國激光（OPTICS1964）「5分鐘光學欄目中講述了她眼中VCSEL的近期進展。

我們得到獨家授權，以文字版將常教授的講述內容呈現給大家。

專家簡介：

常瑞華，1992-1996，斯坦福大學電子工程系助理教授、副教授；1996至今，加州大學伯克利分校電子工程與計算機科學系教授。歷任電機系主任、光電納米技術研究中心主任等職位。主要研究領域：納米結構材料的合成、性質和器件，寬頻光通信，VCSEL，光學微機電結構。

常教授因對光電專業的傑出貢獻而獲得了許多國際獎項，包括2011年IEEE David Sarnoff Award、美國總統教授獎、2009年古根漢研究員獎、德國Alexander von Humboldt研究員獎、及2008年美國國家安全科學與工程研究獎、2007年OSA Holonyak成就獎、2005年國家工程研究院的Gilbreth講師稱號等。

以下是常教授的講述內容。

大家好，我叫常瑞華，是伯克利加州大學（UC Berkeley）電子系的講座教授、伯克利加州大學工學院的副院長。此外，我還有一個職位是清華-伯克利深圳學院（簡稱TBSI）的共同院長。TBSI由深圳市 人民政府、清華大學 與加州伯克利大學 於2014年聯合成立，致力於培養全球科技領袖和未來企業家。

今天，我非常高興能有機會與大家分享一下，我認為在光學、光電領域與我們相關的一些大的突破，主要是側重在市場應用這個方面。

我個人主要從事垂直腔表面發光激光器VCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）的研究，至今大概有28年左右的時間了。

VCSEL激光器屬於一種半導體激光器。相信大家從蘋果公司發布的一些消息也了解到，從iPhone8開始，到現在最新上市的iPhone X ，都用到了VCSEL激光器。

iPhone X里有一個叫 Dot projector，利用激光器達到人臉識別的技術。而這個激光器，就是VCSEL array。它是一個陣列，VCSEL陣列。

消息出來後，我們這些從事VCSEL研究的科研人員都為之振奮，非常地高興。因為這說明VCSEL激光器更進一步地接近了人們的生活。我認為是到達了通信應用的領域。

最近，VCSEL激光器在技術方面也獲得了一些重要的突破，在這裡也跟大家分享一下我的觀點。

第一個突破就是， VCSEL半導體激光器本身可調製。利用直接調製技術可以傳送很高的信息率，大概有50 gbit/s。而每一個信道又是一個陣列。一片晶圓上可以放置幾萬顆這種VCSEL激光器。所以，隨便你怎麼去切，可以切1000顆。iPhone手機的這種大概是幾百顆做成一個陣列的。

因此，它可以擁有很高的信道帶寬，這在我們將來的通信領域，data center會有很大的應用。

第二個突破點，就是VCSEL激光器在1550 nm波段可調。

1550 nm波段其實就是我們所說的光纖通訊的主幹道。但是在此之前，VCSEL激光器只能做到850 nm波段可調。如今，可以做到1550 nm，就說明它可以跟所有的長距離的光纖通信相結合。

將來，我們希望可以看到，VCSEL激光器不僅在data center上有很大的應用，而且也可以在無限通信領域有所作為。這就相當於「天線」的概念，實現成本效益，作為一種非常經濟的光源。

第三點是可以連續調製光波的VCSEL激光器。

如果說光波可以連續，而且非常快速，例如在MHz這種情況下調出來的這種激光器，在3D感測領域將大有作為。

3D就是三維距離的測相，可以達到更高的精密度。這在我們的醫學、生物醫學方面的利用是非常大的，例如人類的眼膜、動脈血管的血管表層識別。

目前來說，世界上唯一一種可以做到大幅度光波長調製的激光器就只有VCSEL激光器了，因為只有VCSEL這樣的激光器才具有連續可調的特性。

第四點，也就是剛剛提到的， iPhone X中的人臉識別功能。

iPhone X目前是利用幾百顆VCSEL做成一個陣列，來完成人臉識別功能。我相信在這個方面，我們還可以做很多的研究，還有很多可以突破的空間，例如增加光功率、大幅度地減少損耗，甚至於它的智能功能，還有3D感測，可以讓厚度測試做到更精準，達到微米級別。

以上幾點，就是我認為VCSEL激光器目前獲得的最令人振奮的技術上的突破。

謝謝。

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