VCESL全称为垂直腔面发射激光器，是一种在与半导体外延片垂直方向上形成光学谐振腔、发出的激光束与衬底表面垂直的半导体激光器结构。自2017年苹果公司的iPhoneX采用VCSEL作为3D感应技术并用于ProximitySensor和FaceID模块后，彻底掀起了VCESL热潮。之后研究人员发现VCESL在激光雷达LiDAR和气体检测等方面会有很大的应用市场，预期在2023年后将扩大10倍以上。同时，随着光通讯数据中心的建设，VCESL激光器作为980nm等短波长激光器的使用量也会激增。从下表中可以看出，VCSEL相比于LED与EEL，在精确度、小型化、低功耗、可靠性等各个方面都占优。
不仅如此，在集成度方面，由于VCSEL是从垂直衬底的面发射激光，因此很容易通过平面工艺实现大规模发光阵列，并且VCSEL能够轻松实现二维阵列，优于EEL的一维阵列；在工艺方面，VCSEL工艺与LED工艺兼容，有利于大规模制造、降低成本。如下图所示，VCSEL阵列方式往往是根据不同的设计要求而改变的，设计人员需要在理论层面对VCSEL建立模型进行模拟测试及优化。
当设计人员通过仿真模拟设计好VCSEL各项参数后，将面对建立VCSEL大阵列工艺版图的“难题”。面对这类“难题”，国产EDA软件PhotoCAD正是“一把好手”！
现如今，随着VCSEL技术的蓬勃发展，VCSEL器件的形状结构不尽相同，下面将着重介绍如何通过PhotoCAD“玩转”多元化阵列版图设计，通过六个设计方案，您将感受到PhotoCAD的“灵活”与“强大”。
一、单元创建
如下图所示，我们设定好radius_cicle、width_ring、distance、radius_ring等几个关键参数，然后通过PhotoCAD的 “易上手、模块化” 操作，建立单个单元的.py文件，以供后续设计调用。
先通过调用fnpcell模块中的EllipticalRing函数，指定好圆环外径和内径几何尺寸参数，将该图形结构放置于事先设定的M2_DRW层中（可通过指定不同layer以满足不同工艺层条件）。
对于周围绿色圆形结构阵列，我们可以利用强大灵活的Python3语法来实现。这里使用最简单的for循环，调用实例化后的CIRCLE，通过.rotated()函数控制图形的角度，轻松完成整个VCSEL单元的创建。
二、Rectangular标准阵列
对于一个标准化的Rectangular阵列，我们只需确认好四个关键参数，分别为行数rows、列数cols、单元列间距period_x及单元行间距period_y；再通过双重for循环向“器件容器”instSet中加入不同中心位置的VCSEL单元即可实现。
三、Rectangular随机生成阵列-1
观察上列版图，奇数行与偶数行之间整体有一个固定的位置偏移，我们在双重for循环基础上，通过n=i%2判断当下循环的行数是奇数或是偶数，再根据if-else语句设置条件，根据奇偶数行设置第一列单元起始位置（产生偏移效果）。版图中单元与单元之间通过合适的period及distance等参数的配合，使得单元间的一些绿色圆形相重合，从而实现特定需求的阵列摆放。
四、Rectangular随机生成阵列-2
与标准阵列中不同的是，在每个网格位置处VCSEL单元是随机出现的，好似一张黑白色“二维码”结构，具体实现方式当然也是“二值化”问题，我们设计在每个网格点处由“0或1”两个值来判定此处是否存在VCSEL单元。
我们先用第一行代码生成一个二维数组，其中的元素均为随机生成的“0或1”，然后在双重for循环遍历的基础上增加一个if语句用于判别网格点处的元素值是否为“1”，只有当值为“1”的时候才会添加一个单元结构到instSet中，这样就实现了随机生成的效果。
五、Rectangular随机浮动阵列
如上图示，每个单元的中心位置与标准阵列相比，多了随机浮动的特点，对于这种效果的实现，仅需在控制位置参数的.translated()函数中加一个随机浮动的参数值即可。
六、Rectangular随机浮动与随机生成阵列（*进阶）
与前文相同，首先利用random.randint函数随机生成0和1以形成rows行cols列的网格布局，然后通过双重for循环以生成固定间距的单元格阵列。在遍历网格时，当网格中数字为1就添加一个device，为0则不添加。接着，为每一个device的x、y坐标产生一个随机偏移，通过(random.random()-0.5)*5限制波动范围，最后的版图就产生了随机生成和随机浮动的效果。
总之，国产EDA软件PhotoCAD是一款强大的版图工具，设计人员手握“趁手利器”，在Python3语言的基础上，搭配多种多样的“武功秘籍”（第三方库），一切难题均可迎刃而解！不信？你试试？
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