VCSEL-Arrays Komplette Charakterisierung mit Polarisationsanalyse

VCSEL als Technologietreiber

Auf der Grundlage von VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser) als effizienter Lichtquelle hat sich die 3D-Sensortechnologie zu einem echten „Game Changer“ auch bei smarten Produkten entwickelt. Die Sensoren simulieren das menschliche Sehvermögen und ermöglichen die Automatisierung von Messsystemen in Labor, Industrie und Umwelt.

VCSEL-basierte Sensortechnologie unterstützt Anwendungen wie Künstliche Intelligenz (KI), Internet-of-things (IoT) oder AR/VR-Technologien und vereinfacht ihre Integration in unseren Alltag.

Typische Beispiele dafür sind:

  • Gesichtserkennung zum Entsperren von Smartphones (FaceID) oder beim kontaktlosen Bezahlen (Banking)
  • Gestenerkennung für Spielekonsolen, Fernseher oder smart-TVs (Consumer Electronics)
  • Objekterkennung für Human-Machine-Interfaces (AR/VR) oder in der Fahrzeugtechnik (Automotive LiDAR)

Die Herausforderung: Definiertes Fehlerbudget und Rückführbarkeit für die spektrale Vermessung

Messsysteme für die VCSEL-Charakterisierung müssen ganz besondere Anforderungen erfüllen:

  • Hohe spektrale Auflösung
  • Hohe Durchsatzmengen in der Produktion
  • Spektrale Leistungsmessung gepulster Laserdioden
  • 2D-Nahfeld-Analyse von VCSEL-Arrays mit Einzelemitter-Analyse
  • 2D-Fernfeld-Analyse von kompletten VCSEL-Arrays, auch unter dem Einfluss lichtbeugender optischer Elemente
  • Korrektur der polarisationsabhängigen Einzelemitter-Leistung

Spezielle Anforderungen an die Vermessung von VCSEL-Pulsen:

  • Sehr kurze Pulsdauern (≥ 1 ns) bei hohen Strömen
  • Hohe Samplingraten von mehreren Gigahertz
  • Schnelle Verarbeitung großer Datenmengen für die Erfassung von Pulszügen

Vielseitigkeit der Charakterisierung von VCSEL-Arrays

Für eine umfassende Charakterisierung von VCSEL-Arrays ist ihre Untersuchung unter verschiedensten Aspekten erforderlich.

Messung Messgröße / Messaufgabe

Nahfeld (Einzelemitter)

Defekte, Position, absolute Leistung, Abstrahlwinkel, Einzelemitter-Wellenlänge >> Qualitätserfüllung

Fernfeld (Array)

Abstrahlcharakteristik >> Gewährleistung der Augensicherheit

VCSEL-Pulse

Zeitliche Erfassung der Pulse im Nanosekunden-Bereich >> Verbesserung Signal-Rausch-Abstand

Spektrale Leistung

Spektrum und Leistung >> Minimaler Energieverbrauch

Polarisation

Intensitätsspots >> Polarisationskontrolle

Unsere Lösung:

 

IR-Kamera VTC und hochauflösende Spektralradiometer

Die hochauflösenden Array-Spektralradiometer von Instrument Systems CAS 140CT-HR und CAS 120-HR sind das Herzstück aller unserer Systeme für die VCSEL-Messung. Sie ermöglichen eine hervorragende spektrale Auflösung bis zu 0,12 nm und sind durch kurze Integrationszeiten nicht nur im Labor, sondern auch perfekt für sehr hohe Durchsätze in der Produktion geeignet.

Für eine 2D-Analyse von VCSEL-Arrays im Nah- und Fernfeld bietet Instrument Systems die speziell dafür entwickelte IR-Kamera VTC an. Sie charakterisiert sowohl Defekte als auch die Position, Leistung und Abstrahlinformation der einzelnen Emitter. In Kombination mit einem unserer hochauflösenden CAS-Spektralradiometer dient die Kamera der Messung der Einzelemitter-Wellenlänge. Bei Erweiterung um einen Transmissionsschirm ergibt sich ein produktionstaugliches System, um das Abstrahlverhalten von Emittern im Fernfeld zu messen. Für die Laboranalyse kann hierzu auch auf eines unserer Fernfeldgoniometer, wie das LGS 350 zurückgegriffen werden. Da bei den Systemen von Instrument Systems die Strahlungsleistung mit Ulbricht-Kugeln und einem auf PTB bzw. NIST rückführbar kalibrierten Spektralradiometer ermittelt wird, ist für die VTC-Kamera selbst eine Flat-Field-Kalibrierung ausreichend, um höchste Messgenauigkeit zu erzielen.

 

Komplettsystem PVT 110 für die Messung von Nanosekundenpulsen

Speziell für die zeitaufgelöste Messung von Nanosekundenpulsen hat Instrument Systems den Pulsed VCSEL Tester PVT 100/110 entwickelt. Dieses System ist durch den Einsatz unterschiedlichster Photodioden extrem breit einsetzbar: Leistungsmessung und Charakterisierung schneller Pulse, schnelle Erfassung und Auswertung aller entstehenden Datenströme.

Die hochpräzisen und kalibrierten Testsysteme von Instrument Systems besitzen ein minimales absolutes Fehlerbudget. Dadurch kann die volle Leistungseffizienz der VCSEL bei gleichzeitig sicherem Betrieb ausgeschöpft werden.

 

Wir freuen uns auf Ihre Herausforderung – sprechen Sie uns an!

Video: Testing solutions for laser / VCSEL

Erleben Sie unser VCSEL-Portfolio interaktiv in unserem Video!

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