VCSELED, la source infrarouge qui combine les caractéristiques des VCSEL et des LED

Développée par Rohm, cette source lumineuse allie la précision et la stabilité des lasers à cavité verticale aux grands angles d’émission des diodes électroluminescentes, pour améliorer les systèmes de surveillance des habitacles automobiles, les solutions de guidage des robots industriels ou encore les dispositifs de reconnaissance spatiale.

Combiner les caractéristiques des diodes laser à cavité verticale et émission surfacique (VCSEL) et des diodes électroluminescentes (LED), c’est un peu comme le Graal pour tout concepteur de sources lumineuses compactes à base de semiconducteurs. C’est pourtant ce qu’a réussi Rohm avec le lancement d’un composant optoélectronique qu’il a tout naturellement baptisé VCSELED.

Le composant en question possède l’avantage d’allier la précision et la stabilité des VCSEL aux grands angles d’émission des LED, avec comme perspective l’amélioration des performances des systèmes de surveillance des habitacles automobiles, des solutions de guidage des robots industriels ou encore des dispositifs de reconnaissance spatiale.

© Rohm

L’idée de départ est simple mais encore fallait-il y penser. La VCSELED n’est en fait pas une nouvelle source lumineuse compacte qui serait une sorte d’hybridation entre la VCSEL et la LED. Car la VCSELED est constituée d’une simple VCSEL infrarouge habilement encapsulée dans un matériau de diffusion optique en résine adapté à la lumière laser. Un agencement qui permet de mettre en forme le faisceau optique de sortie de la VCSEL de manière à présenter une répartition spatiale équivalente à celle d’une LED, avec des grands angles d’émission (voir schéma de droite sur l’illustration en bas de cet article). De quoi permettre une détection sur une zone bien plus large que celle des VCSEL classiques, comme par exemple l’habitacle d’un véhicule. Toute l’astuce et le savoir-faire de Rohm ont donc résidé dans cet agencement subtil, simple sur le principe mais loin d’être trivial à mettre en oeuvre.

Pour le reste, la VCSELED présente les performances de la VCSEL qu’elle contient. Encapsulée dans un boîtier CMS compact de 3 x 3 x 0,5 mm, elle affiche ainsi une largeur spectrale de 4 nm, soit une valeur sept fois inférieure à celles des LED (voir schéma de gauche sur l’illustration en bas de cet article), ce qui permet d’améliorer la résolution du dispositif côté réception, tout en éliminant la partie rouge du spectre souvent associée aux LED émettant dans le proche infrarouge.

Dans le même temps, la VCSELED se caractérise par une faible dérive de la longueur d’onde émise en fonction de la température. Évaluée par Rohm à 0,072 nm/°C, soit quatre fois moins que les 0,3 nm/°C des LED (voir schéma du milieu sur l’illustration en bas de cet article), cette faible dérive permet une détection plus fiable et précise même lorsque les changements de température sont importants.

A noter enfin que la largeur temporelle de l’impulsion lumineuse de la VCSELED n’excède par 2 ns, environ 7,5 fois moins que celle des LED, contribuant ainsi à des performances plus précises dans les applications de mesure des distances par temps de vol ou ToF (Time of Flight).

Deux versions de VCSELED seront prochainement disponibles sous formes d’échantillons : dès octobre 2024 pour les modèles destinés aux applications grand public et à partir de 2025 pour les déclinaisons automobiles.

© Rohm