據(jù)外媒報(bào)道，VectorPhotonics領(lǐng)導(dǎo)的Bloodline項(xiàng)目是一項(xiàng)由英國創(chuàng)新基金會(huì)資助的國際合作項(xiàng)目，旨在開發(fā)用于3D金屬激光打印的PCSEL。PCSEL是指光子晶體表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。Bloodline項(xiàng)目全名是“先進(jìn)金屬增材制造系統(tǒng)的高亮激光二極管（BrightLaserdiOdesfOraDvancemetaLaddItivemaNufacturingsystEms）”。至2025年，PCSEL的市場(chǎng)規(guī)模有望將比現(xiàn)在翻兩番，達(dá)到100億美元。

VectorPhotonics牽頭了這個(gè)耗資150萬英鎊的項(xiàng)目，并與日本知名半導(dǎo)體、外延制造商和英國復(fù)合半導(dǎo)體供應(yīng)商Catapult展開合作，后者將進(jìn)行芯片可靠性測(cè)試。日本一家領(lǐng)先的工業(yè)設(shè)備制造商將提供產(chǎn)品評(píng)估，并最終提供進(jìn)入市場(chǎng)的途徑。

VectorPhotonics首席技術(shù)官RichardTaylor博士說：“3D金屬激光打印機(jī)是將金屬粉末置于一個(gè)熔點(diǎn)以下的“粉末床”中。當(dāng)前CO2激光器和光纖激光器都是通過內(nèi)鏡系統(tǒng)掃描粉末表面并熔化金屬粉末進(jìn)行逐層打印，這種工藝稱為選擇性激光熔化（SLM）。

2020年11月，VectorPhotonics開始生產(chǎn)基于PCSEL技術(shù)的半導(dǎo)體激光器，這是30年來激光器設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的重大創(chuàng)新。PCSEL擁有制造成本低、堅(jiān)固耐用，寬波長范圍和高功率的特點(diǎn)。借這些關(guān)鍵特性，PCSEL超過了當(dāng)前大多數(shù)激光器技術(shù)，其中就包括堅(jiān)固耐用但波長范圍較窄的VCSEL（垂直腔表面發(fā)射激光器），以及雖然具有較寬波長范圍但制造成本不菲的EEL（邊緣發(fā)射激光器）。

“VectorPhotonics的PCSEL技術(shù)將徹底改變SLM工藝。通過放大PCSEL陣列，PCSEL提供了一種獨(dú)特的提高激光功率的組合方式。通過移除鏡像，提供完全固態(tài)的解決方案，提高了可靠性和制造效率，其結(jié)果是用更少的費(fèi)用和更快的印刷速度完成更高分辨率的3D打印，”RichardTaylor博士談到，“我們相信PCSEL將推動(dòng)新一代3D金屬打印機(jī)的誕生，并為更大的市場(chǎng)增長作出貢獻(xiàn)?！?/p>

起初，VectorPhotonics是想將PCSEL技術(shù)投入到超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用上，但隨著研發(fā)的深入，團(tuán)隊(duì)成員發(fā)現(xiàn)PCSEL技術(shù)在LiDAR（激光雷達(dá)）、移動(dòng)消費(fèi)者、生物識(shí)別和傳感市場(chǎng)具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

PCSEL是激光生產(chǎn)的未來

PCSEL利用2D光柵結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)對(duì)光的線性和正交發(fā)射。這使得PCSEL成為唯一的激光器，其反饋在平面內(nèi)完成，而光發(fā)射是在平面外且是從激光器頂面發(fā)出。平面外，正交的表面發(fā)射為激光器提供了巨大的成本優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗子诜庋b和集成到PCB和電子組件中。通過VectorPhotonics的2D光柵結(jié)構(gòu)（光子晶體）可以實(shí)現(xiàn)平面外穩(wěn)定的光發(fā)射，從而產(chǎn)生反饋和單模發(fā)射。

PCSEL、VCSEL、EEL 技術(shù)對(duì)比圖

與等效的EEL或VCSEL相比，PCSEL結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)速率、波長和功率性能方面都具有優(yōu)勢(shì)?！拔覀兊腜CSEL具有EEL和VCSEL的速度性能，而其測(cè)試和封裝成本僅為EEL的50%，并且功率還是VCSEL的10倍以上。”VectorPhotonics首席執(zhí)行官NeilMartin對(duì)此表示。

PCSEL的相對(duì)優(yōu)勢(shì)

VCSEL和EEL是當(dāng)今最常用的半導(dǎo)體激光器技術(shù)，但兩種技術(shù)都有不足之初。基于GaAs（砷化鎵）的VCSEL價(jià)格低廉且堅(jiān)固耐用，但波長范圍往往較窄，而且功率也不會(huì)太高。VCSEL最早于1990年代初投產(chǎn)。由于多波長操作所需各種材料系統(tǒng)帶來的生產(chǎn)挑戰(zhàn)，VCSEL的工作波長一直受到了限制。

不同半導(dǎo)體激光器技術(shù)對(duì)比

VCSEL的光柵結(jié)構(gòu)還對(duì)可以產(chǎn)生的單模功率水平具有局限性。因此，盡管廠商可以快速而且經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)VCSEL，但因單模性能使其并不適合用于高速數(shù)據(jù)通信和長距離電信。這些性能上的限制，也讓VCSEL在感測(cè)應(yīng)用中的使用距離大大縮短。

距今已經(jīng)投產(chǎn)了40多年的EEL，在電信和數(shù)據(jù)系統(tǒng)的表現(xiàn)證明了具有足夠可靠性和使用壽命。包括分布式反饋（DFB）激光器在內(nèi)的基于InP（磷化銦）的EEL具有一定的速度和功率，但生產(chǎn)成本昂貴且易碎，因此難以處理。

Fabry-Perot激光器和分布反饋式激光器都是傳統(tǒng)的EEL類型。從光譜范圍和功率角度看，EEL都提供了高水平的單模性能。然而，EEL有兩個(gè)明顯缺點(diǎn)，第一個(gè)是它們必須精確對(duì)齊才能集成到系統(tǒng)中。這是因?yàn)閱文９馐菑倪吘壎皇菑恼姘l(fā)射，這意味著激光器必須在組件內(nèi)精確對(duì)齊，才能讓光纖中的光束重新定位到正確方向。

第二個(gè)缺點(diǎn)是EEL需要復(fù)雜的制造和測(cè)試過程。半導(dǎo)體晶圓必須被切成條狀，并在每塊面上涂上反射涂層。在將每個(gè)激光器“分割”成單個(gè)激光器設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成前，必須先對(duì)每個(gè)激光器進(jìn)行測(cè)試。這些處理和測(cè)試步驟會(huì)給廠商增加額外的成本，從而降低了產(chǎn)量。

PCSEL克服了VCSEL和EEL的種種弊端，同時(shí)提供了更寬的波長范圍和更高的功率選擇，其制造成本也下降不少。更為重要的是，VectorPhotonics可以提供任意波長范圍的PCSEL，以應(yīng)對(duì)不同行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用。