2025年激光器产业布局分析：垂直腔面发射激光器在众多领域得到广泛应用

  垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为激光器领域的新兴力量，近年来发展迅速。它具有体积小、调制响应快、光束质量好、效率高、功耗低以及易于集成为大面积阵列等显著优势，在光通信、光传感、激光显示、激光照明、激光雷达、消费电子等众多领域都有广泛应用。随着相关技术的不断演进，VCSEL 在激光器产业中的重要性日益凸显，对其专利技术布局和研究进展进行深入剖析，有助于洞察2025年激光器产业的发展趋势。

  一、激光器之 VCSEL 专利申请趋势剖析

  对2000 - 2022 年中国专利全文数据库中与垂直腔面发射激光器技术相关的专利进行统计(2023 年因部分专利可能未公开未计入)，可以发现从 2016 年起，该领域专利文献数量呈逐年上升趋势。2018 - 2022 年期间，专利文献数量更是之前的数倍，这一阶段正是 VCSEL 技术快速发展的时期。《2025-2030年全球及中国激光器行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，在众多申请人中，专利文献数量排名前五(大于 50 件)的分别是索尼(包括索尼公司、索尼株式会社以及索尼半导体解决方案公司)、北京工业大学、常州纵慧芯光半导体科技有限公司、朗美通(包括朗美通经营有限责任公司、朗美通株式会社)和中国科学院半导体所。其中，常州纵慧芯光半导体科技有限公司在中国 VCSEL 技术相关专利近百件，其生产的 VCSEL 芯片在智能手机等消费类电子产品和汽车电子领域应用广泛。此外，精工爱普生株式会社、富士施乐株式会社、三星电子株式会社、苹果公司等知名企业，以及北京工业大学和中国科学院半导体所等国内高校、科研院所，也都在积极进行 VCSEL 技术领域的专利布局。

  二、激光器之 VCSEL 技术发展方向解读

  为满足市场对高性能、低成本激光器的需求，VCSEL 技术正朝着多个方向发展，主要包括提高光功率密度、改善光束质量、提高器件可靠性、降低能耗和制造成本，这些是其商业化的关键。具体来看，研究发展路线主要涵盖以下几个方面。

  (一)多结 VCSEL 激光器技术突破

  当前主流的 VCSEL 芯片多为单结，单孔出光功率一般在 5 - 10mW。在大型三维传感应用场景，如基于激光雷达的无人驾驶领域，单结结构已无法满足需求，需要更高功率和效率的激光器。增大芯片发光面积虽能提高出光功率，但会增加物料成本、光学设计难度，且不利于终端产品小型化。因此，多结 VCSEL 技术成为研究热点。多结 VCSEL 通过设置多个氧化层构建多个氧化孔，实现垂直方向上的光电限制。它堆叠了多个活性区，利用反向隧道结将活性区电耦合，使载流子再循环，从而提高斜率效率、功率和内量子效率，降低载流子密度获得更高增益。不过，多结 VCSEL 也存在需要更高工作电压、发热量大等问题。目前，该技术主要通过改进氧化孔、外延层材料、结构和制备工艺等，来提高发光功率密度和改善光束质量。

  (二)VCSEL 二维阵列激光器技术创新

  VCSEL 阵列是提高激光器输出功率的另一种重要技术方案。它由多个 VCSEL 单元密集排列成二维组合，每个单元都是独立的激光器，能提供高功率激光输出，在激光泵浦、光存储、三维传感、光探测、激光雷达等领域应用广泛。目前的研究主要集中在改进 VCSEL 单元的电极、台面、氧化结构等设计，缩小相邻阵列单元的发光孔间距，提高发光功率密度。同时，VCSEL 阵列器件的连接方式也在不断优化，串联多个管芯相比单个并联的 VCSEL 阵列，在低占空比脉冲电流源下工作时，能大大提高输出光功率，更适用于激光雷达和短程近红外照明等应用。但串联配置也存在成本增加和封装问题，为此有企业提出新的 VCSEL 阵列结构，通过设置电极结构和绝缘结构，实现在同一衬底上多个 VCSEL 串联，提高了可靠性。

  (三)VCSEL 与微光学器件集成激光器技术发展

  在智慧设备中，如智能手机对平顶红外照明投影模块需求巨大，VCSEL 作为该模块的核心器件，其光束质量直接影响应用系统性能。传统依靠外部光学元件实现光束性能的方案，存在难以小型化、可靠性差、成本高的问题。现在通常采用在 VCSEL 上集成光学元件，如透镜、光栅、光子晶体等，来提高光束质量，实现器件小型化、芯片化，降低能耗和成本。这种集成器件在手机感测、车用感测、医疗激光、光纤通信等多个领域都有广泛的应用前景。

  (四)VCSEL 芯片结构优化激光器技术升级

  VCSEL 的制备需要多种微纳加工技术，为提高器件可靠性和良率，通常通过优化制备工艺和电极设计来改善阵列产品性能、降低成本。有企业提出的垂直腔面发射激光器，通过增加周期性分布反馈结构数量、设置多个氧化层等方式，提高了输出功率，稳定了波长，减小了光谱线宽，解决了现有技术中的一些难题。

  (五)VCSEL 热管理激光器技术改进

  随着 VCSEL 高功率激光输出和集成小型化需求的增加，热管理变得至关重要。多结 VCSEL 和高密度集成的 VCSEL 阵列在工作时会产生大量热量，影响器件性能，如导致阈值电流升高、波长红移、输出光功率下降和转换效率降低等。因此，需要设计新型封装集成方式和散热结构来改善散热性能。有企业提出的 VCSEL 阵列，通过镀覆沉积厚金属形成热沉，相比传统散热方案，能更有效地移除热量，降低寄生电容，提高频率响应。

  三、激光器之 VCSEL 技术发展面临的挑战

  尽管 VCSEL 技术发展迅速，但仍面临诸多挑战。多结 VCSEL 技术和 VCSEL 阵列技术虽然能提高输出功率密度，但制造需要高精度工艺和设备，增加了成本和难度，且散热问题突出，波长稳定性也需要精确控制和补偿。VCSEL 与微光学器件的集成技术虽然有小型化、芯片化优势，但受光学性能限制，同时要考虑热量对光学器件的影响，增加了成本和制造难度。VCSEL 芯片结构优化技术提高了器件稳定性和可靠性，但增加了工艺步骤和芯片结构复杂性，提高了成本。VCSEL 热管理技术是保障器件工作可靠性和寿命的关键，但随着对更高输出功率的需求，散热设计面临更大挑战。

  综上所述，垂直腔面发射激光器凭借其独特优势，在众多领域得到广泛应用，市场前景广阔。2025年，随着技术的不断进步，VCSEL 有望在提高性能、降低成本等方面取得突破。尽管目前面临一些挑战，但研究人员和工程师正努力改进制造工艺、优化结构设计，以推动 VCSEL 技术的进一步发展和应用，使其在激光器产业中占据更重要的地位，为相关行业发展提供有力支撑。

更多激光器行业研究分析，详见中国报告大厅《激光器行业报告汇总》。这里汇聚海量专业资料，深度剖析各行业发展态势与趋势，为您的决策提供坚实依据。

更多详细的行业数据尽在【数据库】，涵盖了宏观数据、产量数据、进出口数据、价格数据及上市公司财务数据等各类型数据内容。