Les VCSEL, une technologie de pointe

VCSEL est un acronyme qui signifie Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers : diode laser à cavité verticale émettant par la surface. Apparue à la fin des années 1970, la technologie VCSEL a tout d’abord été utilisée dès les années 1990 dans la transmission de données. Depuis le début des années 2000, cette technologie se retrouve dans les objets du quotidien comme les imprimantes lasers ou les souris d’ordinateurs.

De nombreuses applications utilisent désormais les VCSEL : radars automobiles, reconnaissance faciale… Très utilisés dans l’industrie automobile et les smartphones, sa fabrication et son intégration dans les systèmes nécessitent des compétences particulières, maîtrisées par PISEO.

Les VCSEL, c’est quoi ?

Les VCSEL sont des diodes laser à semi-conducteur émettant un rayon lumineux perpendiculaire à sa surface. Concrètement, ce sont des empilements verticaux de matériaux semi-conducteurs formant des cavités de résonance au sein desquelles se crée une émission de lumière de type laser dès qu’un faible courant les traverse.

En fonction des matériaux semi-conducteurs utilisés dans le produit, les VCSEL peuvent émettre sur un spectre électromagnétique englobant les ultraviolets, le visible et l’infrarouge. La plupart de ses applications se situent cependant dans les ultraviolets et l’infrarouge.

Les avantages par rapport à des LEDs classiques ?

  • Les VCSEL peuvent travailler à des fréquences élevées, de centaines de mégaHertz.
  • Elles ont une bande spectrale très étroite, qui rend leur utilisation plus efficace dans certaines applications comme la fibre optique.
  • Leurs longueurs d’ondes sont peu dépendantes de la température.
  • Elles se caractérisent également par des faisceaux lumineux étroits.

Quelle utilisation pour les VCSEL aujourd’hui ?

Le marché des VCSEL est actuellement en plein développement. Selon Yole Développement ( rapport “VCSELs Technology and Market Trends 2021”), les prévisions de croissance du marché entre 2018 et 2024 sont de 35%. Celui-ci connaît actuellement des changements technologiques majeurs, ainsi qu’un nouvel équilibre entre les fabricants. La taille du marché devrait atteindre 2,4 milliards de dollars en 2023.

Après environ 40 ans de développement de la technologie, les VCSEL sont désormais utilisées dans de nombreuses applications, y compris dans des produits très grand public.

Quelques exemples :

En grand public

Les VCSEL sont beaucoup utilisés dans la télémétrie laser. Le temps entre l’émission de la lumière et son retour de la part de l’objet permet de déterminer une distance.

  • secteur automobile : LIDAR, radar, surveillance du conducteur, conduite autonome…
  • industrie du smartphone : autofocus, reconnaissance faciale…

Dans l’industrie de pointe

  • transmission de données par fibre optique
  • secteur médical : neurostimulation et la tomographie de cohérence optique (OCT), mesure du flux sanguin, ophtalmologie…
  • secteur industriel : système de transmission des données, chauffage industriel, sécurité par surveillance vidéo…

L’expertise PISEO dans les VCSEL

Ainsi, conscient de l’importance que cette technologie revêt pour de nombreux secteurs, PISEO est constamment en veille du marché.

Ses experts ont inventorié et analysé l’ensemble des fabricants du marché. Ils ont étudié leurs qualités, leurs forces, leurs faiblesses, les avantages et inconvénients de chaque produit et de leur fabricant. Ce benchmark précis leur permet d’être véritablement force de proposition auprès de leurs clients afin de définir le meilleur produit pour chaque utilisation.

PISEO se donne pour objectif d’aider ses clients à utiliser les VCSEL : études, développement, intégration de la technologie dans les produits, conception de systèmes qui les utilisent, caractérisation des performances optiques, qualification, suivi de fabrication…

PISEO, et son équipe de 16 experts, imagine, conçoit et réalise des systèmes utilisant les VCSEL pour ses clients et pour tout type d’application.

Ils ont notamment inventé, développé, réalisé et qualifié un système unique au monde, permettant de produire un faisceau lumineux pour réaliser des tests utiles pour l’un de leurs clients, leader mondial de la microélectronique. Les VCSEL nues sont achetées aux Etats-Unis et packagées par SERMA Microelectronics. Les composants sont ensuite montés sur une carte électronique spécifique, conçue par la société E.RE.C.A.

Le tout est assemblé dans un module mécanique conçu et réalisé par la société E.F.S. De nombreux essais de fonctionnement temporel et photométrique en enceinte climatique ont été menés au sein du laboratoire de PISEO à Vénissieux. Ainsi, le module est qualifié, sa fiabilité assurée avant livraison au client.

Véritable chef d’orchestre et architecte du système, PISEO a supervisé les trois étapes essentielles du projet : spécifier, fabriquer les sous-ensembles et l’assemblage du produit, et valider ce module innovant créé en petite série.

PISEO dispose en interne des ressources pour analyser les interactions lumière-matière puis imaginer, développer, réaliser et valider des systèmes industriels optimisés qui intègrent les VCSEL.

Son laboratoire, accrédité par le COFRAC, permet également de tester les performances de ces produits en fonction de différents paramètres.

Rapports connexes :

VCSELs – Technology and Market Trends 2021 (Yole Développement)

3D Imaging and Sensing – Technology and Market Trends 2021 (Yole Développement)

Apple iPad Pro LiDAR Module (System Plus Consulting)