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VCSEL在智能手机等领域的应用

率上都具有较大优势，且因为VCSEL发射光线垂直于衬底而边发射激光器发射光线平行于衬底，因此VCSEL能够实现二维阵列而边发射激光器不行。下图为三种光源的比较图：

图二：VCSEL与LED光源性能对比图

图三：VCSEL与边发射激光器对比图

从近两年上市的具有3D摄像头的产品也能看到，红外光源由LED向VCSEL转变是必定趋势。从2016年意法半导体及AMS旗下Heptagon发布的光学模块新产品来看，均采用VCSEL作为红外线光源，且消费级产品联想Phab2ProAR手机与IntelRealSenseSR300包括iPhoneX均采用了VCSEL作为红外光源。

3.VCSEL产品

目前VCSEL领域主要厂商共有5家，分别是Lumentum、Finisar、II-VI、PhilipsPhotonics和HLJ华立捷。下图为各个公司的代表产品：

图四：VCSEL厂商代表性VCSEL产品

从图中可以看到，大部分VCSEL产品波长都在860nm左右，而实际上各大公司已经研发了940nm波长的VCSEL产品。相比于860nm波长的VCSEL，940nm波长VCSEL具有以下几个方面优势：

（1）测距从840nmVCSEL的最大40cm提升至最大2m，使人脸识别，手势识别等应用更加方便；

（2）由激光器所发射的940nm的波段在环境中数量很少，继而发出的光受到的干扰很小，测量精度会有较高提升；

（3）感应速度有较大提升。

图五：第一代（860nm）与第二代（940nm）VCSEL产品测距和测量范围比较

二.VCSEL在手机AR功能与投影领域的应用

AR即增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。而AR最核心技术在于光学，尤其是激光技术，无论是手势识别、三维重构还是成像，光学技术都是决定性基础。除了3D摄像模块，最关键的就是光学成像模块。例如微软公司的HoloLens配备两块光导透明全息透镜，虚拟内容采用LCoS（硅基液晶）投影技术，从前方微型投影仪投射至光导透镜后进入人眼。

图六：HololensAR眼镜的LCoS微型投影仪

LCOS（液晶覆硅技术）是小型化AR头显的关键技术之一。三片式的LCOS成像系统，首先将投影光源发出的白色光线，通过分光系统系统分成红绿蓝三原色的光线，然后，每一个原色光线照射到一块反射式的LCOS芯片上，系统通过控制LCOS面板上液晶分子的状态来改变该块芯片每个像素点反射光线的强弱，最后经过LCOS反射的光线通过必要的光学折射汇聚成一束光线，经过投影机镜头照射到屏幕上，形成彩色的图像。目前在投影光源上主要有LED和激光两种方案，由于激光在光束质量、亮度、功耗和使用寿命上无可比拟的优越性，将是未来的发展方向。

以色列Lumus的AR眼镜也采用了微型投影技术，成像关键部件由微型投影仪、光导元件（LOE）和反射波导组成。植入眼镜的微型投影仪（例如激光投影）将图像画面进行投放，通过光导元件、反射波导形成全反射。

图七：LumusAR眼镜也采用了微型投影技术

综上，微投成像和3D摄像将是未来AR产业两大核心技术，以VCSEL为代表的半导体激光器件将成为AR光学技术的最基础部件，引领消费电子光学时代。而随着投影显示技术的发展，人们对投影系统的亮度、解析度、色彩丰富性的要求将会越来越高，光源作为投影系统的重要部件，其发光特性将直接决定投影系统质量。激光光束色度、照度高度均匀，具有亮度高、单色性好、波长固定等传统光源无可比拟的优势，未来取代LED成为微型投影模块、投影仪、投影电视等设备光源将是大概率事件。

目前，激光显示技术主要有三基色纯激光、荧光粉+蓝光、LED+激光混合光源三种技术，对比来看，三基色纯激光优势较为明显。三基色激光被业界视为最正统的激光光源，其具有色域广、光效高、寿命长、功耗低、一致性好、色温亮度可调、稳定、安全可靠免维护、应用灵活等优点。

图八：三基色纯激光显示原理示意图

技术进展来看，红光激光二极管技术（包括VCSEL红光阵列）发展已经十分成熟，蓝光激光二极管价格尚高，绿光激光二极管则还有待发展。从已披露专利来看，目前已有“红光VCSEL阵列+蓝光VCSEL阵列+绿色全固体激光器”的解决方案，VCSEL单元用于发出圆化激光光束，经过微透镜阵列准直化后作为R、B光输出。此外，采用VCSEL面阵可以减少VCSEL激光器之间的干涉性，弱化激光散斑，从而提高投影显示质量。

图九：采用VCSEL