VCESL全稱為垂直腔面發射激光器，是一種在與半導體外延片垂直方向上形成光學諧振腔、發出的激光束與襯底表面垂直的半導體激光器結構。自2017年蘋果公司的iPhoneX采用VCSEL作為3D感應技術并用于ProximitySensor和FaceID模塊后，徹底掀起了VCESL熱潮。之后研究人員發現VCESL在激光雷達LiDAR和氣體檢測等方面會有很大的應用市場，預期在2023年后將擴大10倍以上。同時，隨著光通訊數據中心的建設，VCESL激光器作為980nm等短波長激光器的使用量也會激增。從下表中可以看出，VCSEL相比于LED與EEL，在精確度、小型化、低功耗、可靠性等各個方面都占優。
不僅如此，在集成度方面，由于VCSEL是從垂直襯底的面發射激光，因此很容易通過平面工藝實現大規模發光陣列，并且VCSEL能夠輕松實現二維陣列，優于EEL的一維陣列；在工藝方面，VCSEL工藝與LED工藝兼容，有利于大規模制造、降低成本。如下圖所示，VCSEL陣列方式往往是根據不同的設計要求而改變的，設計人員需要在理論層面對VCSEL建立模型進行模擬測試及優化。
當設計人員通過仿真模擬設計好VCSEL各項參數后，將面對建立VCSEL大陣列工藝版圖的“難題”。面對這類“難題”，國產EDA軟件PhotoCAD正是“一把好手”！
現如今，隨著VCSEL技術的蓬勃發展，VCSEL器件的形狀結構不盡相同，下面將著重介紹如何通過PhotoCAD“玩轉”多元化陣列版圖設計，通過六個設計方案，您將感受到PhotoCAD的“靈活”與“強大”。
一、單元創建
如下圖所示，我們設定好radius_cicle、width_ring、distance、radius_ring等幾個關鍵參數，然后通過PhotoCAD的 “易上手、模塊化” 操作，建立單個單元的.py文件，以供后續設計調用。
先通過調用fnpcell模塊中的EllipticalRing函數，指定好圓環外徑和內徑幾何尺寸參數，將該圖形結構放置于事先設定的M2_DRW層中（可通過指定不同layer以滿足不同工藝層條件）。
對于周圍綠色圓形結構陣列，我們可以利用強大靈活的Python3語法來實現。這里使用最簡單的for循環，調用實例化后的CIRCLE，通過.rotated()函數控制圖形的角度，輕松完成整個VCSEL單元的創建。
二、Rectangular標準陣列
對于一個標準化的Rectangular陣列，我們只需確認好四個關鍵參數，分別為行數rows、列數cols、單元列間距period_x及單元行間距period_y；再通過雙重for循環向“器件容器”instSet中加入不同中心位置的VCSEL單元即可實現。
三、Rectangular隨機生成陣列-1
觀察上列版圖，奇數行與偶數行之間整體有一個固定的位置偏移，我們在雙重for循環基礎上，通過n=i%2判斷當下循環的行數是奇數或是偶數，再根據if-else語句設置條件，根據奇偶數行設置第一列單元起始位置（產生偏移效果）。版圖中單元與單元之間通過合適的period及distance等參數的配合，使得單元間的一些綠色圓形相重合，從而實現特定需求的陣列擺放。
四、Rectangular隨機生成陣列-2
與標準陣列中不同的是，在每個網格位置處VCSEL單元是隨機出現的，好似一張黑白色“二維碼”結構，具體實現方式當然也是“二值化”問題，我們設計在每個網格點處由“0或1”兩個值來判定此處是否存在VCSEL單元。
我們先用第一行代碼生成一個二維數組，其中的元素均為隨機生成的“0或1”，然后在雙重for循環遍歷的基礎上增加一個if語句用于判別網格點處的元素值是否為“1”，只有當值為“1”的時候才會添加一個單元結構到instSet中，這樣就實現了隨機生成的效果。
五、Rectangular隨機浮動陣列
如上圖示，每個單元的中心位置與標準陣列相比，多了隨機浮動的特點，對于這種效果的實現，僅需在控制位置參數的.translated()函數中加一個隨機浮動的參數值即可。
六、Rectangular隨機浮動與隨機生成陣列（*進階）
與前文相同，首先利用random.randint函數隨機生成0和1以形成rows行cols列的網格布局，然后通過雙重for循環以生成固定間距的單元格陣列。在遍歷網格時，當網格中數字為1就添加一個device，為0則不添加。接著，為每一個device的x、y坐標產生一個隨機偏移，通過(random.random()-0.5)*5限制波動范圍，最后的版圖就產生了隨機生成和隨機浮動的效果。
總之，國產EDA軟件PhotoCAD是一款強大的版圖工具，設計人員手握“趁手利器”，在Python3語言的基礎上，搭配多種多樣的“武功秘籍”（第三方庫），一切難題均可迎刃而解！不信？你試試？
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