镭射二极管基本分类

镭射二极管分类

镭射二极管(Laser Diode, LD)依波长及应用大致分为短波长LD与长波长LD两大类，短波长LD之波长范围约为90nm~950nm，主要使用于光储存、光输出、指示器及显示应用;而长波长LD之波长范围约为980nm~1550 nm，主要用于光纤通讯。

依发光源位置分类，LD产品可分为边射型镭射(Edge Emitting Laser, EEL)，如Fabry-Perot(F-P)镭射、分散回馈镭射(Distributed Feedback Laser, DFB)等;及垂直共振腔面射型(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode, VCSEL)两大类。EEL光源是由晶粒侧面发出，为椭圆型光束，目前长距离通讯及储存产品多以EEL为主;而VCSEL发光源则是由晶粒表面发出，为圆形光束，近来发展迅速，目前短波长850nm VCSEL产品已经商品化，并应用于短距离资料传输上，而长波长之1310nm、1550nm、1600nm VCSEL则持续发展中。

其中，Fabry-Perot(F-P)镭射是利用二极管工作带(Active Layer)的两侧，限制光讯号只能在工作带内部共振，并产生多种波长，波长的分布是以中心共振最强，其余的波长则渐弱地分布于中心波长两侧。由于此种镭射属于多模态(波长)的镭射光，在光纤中传输会有色散效应，限制了传输的速率及距离，因此只适用于短距离的低速传输(如用户回路的FTTC，Fiber-To-The-Curb)。不过由于F-P镭射构造较简单、制程成本较低，目前为最广泛应用的一种发送器。分散回馈型镭射(DFB)克服了F-P镭射的缺失与限制，是在工作带下利用加装布拉格光栅(Bragg Grating)来选择特定的波长产生回馈，以控制镭射共振腔只允许单一波长产生共振，使其无色散现象。DFB因具有极佳的光电特性，适用于长途(>100公里)、高速(>Gbps)通讯传输之处。

垂直共振腔面射型镭射(VCSEL)与其他镭射二极管最大的不同是共振腔为垂直而非水平，使得光源由腔底反射，造成光源是从顶端射出。由于产品内部也设有布拉格光栅(Bragg Grating)，可控制输出波长的频谱宽度，故其与DFB同样较无色散之现象。此外，VCSEL与EEL产品相较，因具有低临界电流、单模式操作、低光束分歧及可有效耦合单模态光纤、制程较容易且寿命较长等优点，因此被视为未来甚具发展潜力之产品，目前亦已吸引众多厂商投入，如HP(即Agilent)、Honeywell、AMP等已经推出采用850nm VCSEL设计的光纤收发器。国际VCSEL晶片之提供者包含:Honeywell、EPI、Infineon等;用VCSEL设计的光收发模组之厂家则有Agilent、AMP、Honeywell等。目前由于VCSEL多为850nm及980nm波长产品，仅适用在短范围的光纤传输，未来如开发1300nm以上之长波长产品，传输距离变长，市场范围则将变大。

镭射二极管(Laser Diode, LD)具有轻、薄、短、小、高寿命、耐震、方向性佳及输出功率高等特性,适合供作长距离、大容量之通信用光源及存取高密度记录媒体，已大量应用于光通讯与光储存产业上，LD之发展颇被看好。目前，LD产业已成为全球继电子产业后另一备受瞩目之新兴产业，未来全球产业竞争将日趋激烈。

镭射英文名称为Laser，是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的第一个字母缩写，它的意思系藉由受激发产生之辐射来进行光放大的作用，为一产生电磁辐射的装置，具有相当高的辐射能。

镭射的波长范围涵盖紫外线、可见光及红外线，大约是200~30000nm，其中380~760nm为可见光之波长范围。由于镭射光具有自然光或其他一般光源所没有之特殊性质，使其在某些应用上特别重要，且镭射光可藉不同之介质、激发方式，产生许多不同功率、不同波长的光束，至今已普遍应用于医学、通讯、资讯储存、镭射加工、精密量测等领域中。

镭射光与自然光或其他光源产生的光相较，其主要特色有：

·镭射光为单色光，其频率宽度很窄。

·镭射光线为平行光线，其指向性很高，经过长距离后，仍能维持细小光束而不散开。

·镭射光之集光性佳，能量密度较高。

·镭射光为一正弦波形之振荡性光波，其频率及相位皆整齐，与自然光的杂乱有别。

·镭射光的相干涉性高，不论在时间及空间的相干性表现皆良好。

·镭射光之能量可在短时间(脉波间隔10-12秒内)内集中。

目前许多物质，如晶体、玻璃、半导体、分子气体、原子气体、离子气体及染料等，均可激发出镭射光。依激发介质分类，一般可分为半导体镭射及非半导体镭射两类，半导体镭射即镭射二极管(Laser Diode, LD);非半导体镭射则包括气体镭射(如CO2、He-Ne等)、固体镭射(如石榴石YAG)、染料镭射等。

(1)光通讯用LD:光收发模组

光收发模组基本上系由发光源(LD或LED)、受光检光器(PIN/APD二极管)、驱动电路、放大电路、连接器及外壳等元件所组成。由于采用LD为发光源，故具有输出功率较高、速度快、发光度集中等优点，可配合单膜态光纤用在长途通信上。而在检光器部分，PIN二极管的成本低廉，灵敏度高、反应迅速，短波长的PIN多用Silicon为材料;长波长通讯或高频操作时，则多用砷化铟镓(InGaAs)或砷化镓(GaAs)为材料。

光收发模组的分类可依传输速率或功率的大小及接收灵敏度的高低来区分，依传输速率之分类而言，目前1.25Gbps规格的光收发模组为市场之主流，售价约在100多美元左右(另有低速的155Mbps及高速的10Gbps)。而后者之分类，则多为系统厂商依据其产品所订，目前这部分尚无统一之规格。

全球知名的光收发模组厂商有HP、Lucent、Infineon等。另外，为配合光纤到桌及光纤区域网路的发展趋势，市场上也出现Small Form Factor(SFF)的光收发模组，较有名的有Lucent的LC、3M阵营的VF45(3M、Infineon等发起)、AMP阵营的MT -RJ(HP、AMP等发起)。

(2)光储存用LD:光碟机读写头

光碟机读写头主要元件包括:发光源(LD)、光检测晶片(PDIC, Photo Detector Integrated Circuit)、物镜(Objective Lens)，准直镜(Collimator Lens)、致动器(Actuator)及其他光学元件等。目前光碟机读取头所用之LD光源波长有780nm LD及短波长(650 nm/635nm)红光LD两类，其中前者多用于CD家族产品，后者则用于DVD系列。目前业界正在开发短波长蓝光LD，以储存更高容量之蓝光DVD光碟片。

受Telecommunication及Data Communication等市场发展，全球镭射市场(产品包含Laser Diode与Nondiode Laser)成长迅速，LD占整体镭射市场之比重已有逐年提高之趋势，显示LD已成为全球镭射市场之重要产品项目。

按照WSTS之市场预测资料，全球LD市场预期至2004年始可回升至2000年之水准，达到32.54亿美元。而另一研究机构日本富士总研对于全球LD市场规模之预估部分，它认为光通讯用LD市场回温速度较慢，预期至2006年时，始能回复到2000年的规模水准;而光储存用LD则预期于2003年时可回复至2000年的规模水准。预期将至2006年时，光通讯LD市场规模值始能回升至2000年的水准，来到25.56亿美元。预估通讯用LD市场未来若要有大幅度跃升，则需视新应用领域之拓展情形而定。

其中，光储存用LD系属消费性质之市场，主要系使用镭射光源作为储存资料之媒介物质(即光学读写头)，以应用于各式CD-Type drivers、DVD-Type drivers等光碟机产品。2002年虽受全球不景气影响，光储存用LD市场值一度衰退20%，成为6.75亿美元，但由于在新的应用产品如DVD Video及DVD ROM/RAM等市场日渐成熟的带动下，光储存用LD需求规模日增，未来全球光储存用LD市场将呈稳定成长，2003年时市场规模回升至8.89亿美元，2006年时市场规模则将可望达到11.69亿美元。

光通讯用LD以美、日之技术发展最为领先，自元件至系统相当完整，而市场则为大厂垄断，如JDS Uniphase、NEC、Alcatel等。而Pump Laser部分，美国SDL在1480nm LD之市占率最大;而980nm LD市场则以日本古河及住友之市占率最高。

光储存用市场目前光储存用LD(包括650nm、780nm等产品)之技术几为日本厂商所掌握，主要领导厂商有SONY、SANYO、ROHM、SHARP、Toshiba等。至于新世代蓝光LD产品，可将记录容量自目前约4.7GB提升至15~30GB，其主要技术亦掌握在日本厂商手中。