Technologia VCSEL (laser o emisji powierzchniowej, z pionową wnęką optyczną)
 
Wiele spośród kluczowych technologii stojących za rozwojem urządzeń mobilnych, takich jak smartfony, tablety, a także technologia ubieralna, opiera się na wykorzystaniu światła. Obejmuje to nie tylko emisję światła widzialnego – na wyświetlaczach, czy przez aplikacje typu latarka. Coraz bardziej istotną funkcją wielu urządzeń mobilnych jest wykorzystywanie światła podczerwonego m.in. do odczytywania gestów, skanowania tęczówki oka lub rozpoznawania twarzy.

 

Biometryczne metody identyfikacji użytkowników stanowią dziś najpewniejsze metody zabezpieczeń. Są alternatywą dla złożonego zarządzania hasłami zabezpieczającymi urządzenia mobilne, kontroli dostępu oraz wielostopniowego uwierzytelniania płatności mobilnych i innych transakcji. Potrzeba tych rozwiązań jest napędzana przez samych użytkowników, którzy coraz aktywniej zarządzają różnymi aspektami swojego życia cyfrowego właśnie za pośrednictwem smartfonów i innych urządzeń mobilnych. Telefon na dobre przestał być narzędziem, które służy wyłącznie do dzwonienia i wysyłania smsów, za jego pomocą użytkownicy robią już zakupy, planują podróże – włączając w to rezerwacje lotów oraz korzystają z rachunku bankowego.
 
 
Jak to działa?
 
Biometria wykorzystuje indywidualne, charakterystyczne cechy ludzkie, takie jak szczególne struktury w tęczówce, rysy twarzy lub odciski palców. Czujniki identyfikują te cechy i porównują je z wcześniej zapisanymi danymi biometrycznymi. Aby zapewnić niezawodne działanie w urządzeniach mobilnych, do „oświetlania” obszaru docelowego wymagane jest światło podczerwone. Podobna technologia była już wcześniej wykorzystywana w rozbudowanych systemach zabezpieczeń, a większość krajów używała jej przy kontroli bezpieczeństwa na granicach oraz do zbierania danych nt. imigracji. Wraz z miniaturyzacją technologii LED na podczerwień, tego rodzaju rozwiązania stają się coraz bardziej powszechne. Teraz technologia VCSEL uzupełnia ofertę rozwiązań umożliwiających wykorzystywanie tych aplikacji na szerszym, także konsumenckim rynku.

 

Technologia VCSEL otwiera nowe pola zastosowań
 
Technologia laserowa emitująca światło w płaszczyźnie pionowej nie jest nowym wynalazkiem, ale do niedawna wykorzystywana była głównie do przesyłania danych. Ostatnio zidentyfikowano wiele nowych możliwości wykorzystania jej na różnych rynkach. Działająca w technologii VCSEL dioda laserowa emituje światło pionowo na powierzchnię układu półprzewodnikowego – to odróżnia ją od krawędziowych diod laserowych, w przypadku których światło wychodzi z krawędzi chipa. To, co stanowi o przewadze emiterów powierzchni to niższe koszty produkcji w porównaniu z emiterami krawędzi, a także lepsza jakość wiązki. Diody powierzchniowe cechuje jednak niższa moc wyjściowa.
Jako element montowany powierzchniowo, VCSEL łączy charakterystykę LED z charakterystyką lasera. Technologia może być również wykorzystywana jako matryca - kompozyt złożony z kilkuset lub nawet kilku tysięcy diod – np. chip z 500 otworami o wymiarach 1 x 1 mm, sklejony i połączony jak klasyczna dioda LED.

 

Technologia VCSEL a potrzeby rynku
 
Technologia VCSEL bardzo dobrze sprawdza się w aplikacjach urządzeń takich jak smartfony, drony i rozwiązaniach AR/VR, charakteryzujących się szybką modulacją. Co szczególnie zauważalne na rynku konsumenckim, aplikacje do wykrywania 3D, takie jak rozpoznawanie twarzy, stanowią dzisiaj jedne z kluczowych czynników rynkowych. Według firmy LEDinside światowy rynek emiterów na podczerwień przeznaczonych do mobilnych czujników 3D w 2017 roku osiągnął wartość 246 milionów dolarów amerykańskich, a do 2020 roku wzrośnie ona do blisko 2 miliardów USD.

Obecne rozwiązania do mobilnego wykrywania 3D obejmują światło strukturalne i time-of-flight (ToF – czas przelotu wysłanego sygnału). To właśnie światło strukturalne zostało wykorzystane w jednym z najnowszych modeli czołowego, amerykańskiego producenta smartfonów – jego dot projector wytwarza kilka tysięcy punktów światła podczerwonego (IR) na twarzy. Następnie czujnik podczerwieni odbiera odbite światło, aby stworzyć trójwymiarowy obraz skanowanej twarzy.

 

Charakterystyczne dla technologii VCSEL cechy: bardzo mała powierzchnia diody, relatywnie niskie koszty produkcji, wydajność optyczna, niskie zużycie energii, stabilność długości fal i wysokie prędkości modulacji mają szansę przełożyć się na coraz szersze zastosowanie takich aplikacji, jak wykrywanie 3D w urządzeniach przeznaczonych na rynek konsumencki.
 
Chociaż VCSEL oferuje wiele korzyści w porównaniu do istniejących technologii, nie jest to uniwersalne rozwiązanie dla wszystkich segmentów. Stanowi ono swojego rodzaju „rozszerzenie” technologii podczerwieni i innych rozwiązań opartych na świetle. Czołowi dostawcy komponentów optoelektronicznych uzupełniają swoje portfolio technologii podczerwieni (IR) rozwiązaniami VCSEL, aby zapewnić swoim odbiorcom – zarówno klientom biznesowym, jak i indywidualnym konsumentom możliwość wyboru najlepszego rozwiązania dla każdej dziedziny zastosowań.
 
Źródło: Osram Opto Semiconductors