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3D感測幾乎已經是當前高階手機的標準配備，蘋果最新推出的iPad也納入相關技術跟功能，為未來將延伸的AR擴增實境應用鋪路。LEDinside預估2020年將有超過10款已上的高階機種採用3D感測方案，而其中關鍵零組件VCSEL的需求跟產值也將水漲船高。
(圖片來源：ams)
交通大學光電系的郭浩中教授、盧廷昌教授、王星宗教授以及台大電機系的吳肇欣教授率領旗下研究生，針對VCSEL元件進行解析，探討砷化鎵GaAs與氮化鎵GaN兩種VCSEL元件的特性以及應用展望。VCSEL包含共振腔以及垂直的兩個高反射性布拉格反射鏡DBR，透過異質接面結構設計以及不同折射率的兩種材料，讓VCSEL不需要很高的電流就能達成高發光效率。
交大的研究指出，在VCSEL的反射鏡設計中，接收光的深度要盡量縮小，以減少散射，並避免光學損耗還有熱效應。同時，VCSEL的電極也有許多不同的構造設計，其中高速VCSEL多以氧化型製造而成。藉由砷化鎵鋁層高溫濕氧化而形成的氧化層，厚度通常介於20至30nm，可有效降低VCSEL的光損耗並提高轉換效率，有利於光通訊傳輸應用。
相較於透過傳統高頻電纜進行的傳輸，光通訊具備質量輕、體積小、低延遲與訊號穩定不易受干擾等優勢，能滿足現今寬頻高速網路的迫切需求。從磊晶與製程技術來看，850 nm VCSEL元件是目前最成熟的產品，主要應用於資料中心內部傳輸系統。
交大的學者們則進一步探究要如何透過製程改良，提高光通訊的傳輸效率。VCSEL的共振腔結構通常需要搭配更多反射鏡來強化能量，但內部的反射鏡材料間的差異，則會阻礙電流內部傳輸。解決的方法包括在強化介面處材料處理，或是改變共振腔間的電極。目前交大光電已經成功作出40Gbps的高速VCSEL，在室溫下效率最高在5.3mA下可達到21.2Ghz。
為了因應無線行動通訊邁入5G時代，必須進一步提升傳輸效率，因此採用四階脈衝振幅調變模式( four-level pulse amplitude modulation. PAM-4)編碼技術進一步優化傳輸位元率，同時大幅降低成本。PAM-4具有四個不同的級別，可以對每個符號的兩位數據進行編碼，使連接的數據速率加倍。於2015年有相關報導指出利用PAM-4直接調變VCSEL晶片，使得在2公尺以及50公尺傳輸距離下其傳輸位元率分別可達至60Gbps以及50Gbps。若採用4種不同波長元件搭配四通道接口(quad small form-factor pluggable, QSFP)的收發模組，則可望進一步提升傳輸速度至400 Gbps。
