长春光机所高速垂直腔面发射激光器研究进展

发布时间：2025-07-19 02:34

　　 高速垂直腔面发射激光器（VCSEL）是高速光通信的主要光源之一，受数据流量的迅速增长牵引，高速VCSEL正向更大带宽、更高速率方向发展。长春光机所团队通过优化VCSEL外延设计和生长、器件设计和制备、以及性能表征技术，在多个波长的高速VCSEL的调制带宽、传输速率、模式、功耗等性能方面取得了显著进展。实现高速单模940 nm VCSEL 27.65 GHz调制带宽和53 Gbit/s传输速率；通过波分复用基于850 nm、880 nm、910 nm和940 nm高速VCSEL实现200 Gbit/s链路方案；通过光子寿命优化，实现高速VCSEL低至100 fJ/bit的超低能耗；实现1 030 nm高速VCSEL 25 GHz调制带宽；实现1 550 nm高速VCSEL 37 Gbit/s传输速率。研制的高速VCSEL在光通信等领域有重要应用前景。

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【部分图文】：

图1 氧化限制型高速VCSEL截面示意图

氧化限制型高速VCSEL截面示意图如图1（彩图见期刊电子版）所示。其主要包括有源区，p-和n-布拉格反射镜（DBR），单层或多层氧化孔，苯丙环丁烯（BCB）填平材料，p-、n-电极和共面电极。有源区可为量子阱或量子点。DBR由两种具有不同折射率、每层厚度为四分之一波长的材料交替生....

图2 室温下3μm、6μm和9μm氧化孔径的高速940 nm VCSEL测试结果。（a)L-I;(b)V-I;(c）光谱；（d）边模抑制比；（e)3 d B带宽；（f）眼图[16]

高速单模VCSEL相比于高速多模VCSEL具有低色散的优点，可提高光纤传输距离，也更适合于WDM[15]。本课题组研制了不同氧化孔径的940nmVCSEL，测试表征了3μm、6μm和9μm氧化孔径VCSEL的功率-电流（L-I）、电压-电流（V-I）、光谱、小信号响应和传输速....

图3 (a）基于4个波长的VCSEL和多模光纤的WDM传输示意图[2];(b)850 nm、880 nm、910 nm和940 nm高速VCSEL光谱[12]

WDM可以提升光链路的通信容量和传输速率。4个波长WDM传输系统示意图如图3(a）（彩图见期刊电子版）所示。本课题组研制了850nm、880nm、910nm和940nm4个波长的高速VCSEL。4个波长的高速VCSEL在3μm氧化孔径下都呈现单模特性，如图3(b）（彩图....

图4 较长光子寿命（蓝线）和较短光子寿命（红线）的高速VCSEL的大信号调制的比特率BR和能耗EDR关系。通过实验计算的频谱效率约为M=2.1[20]

因此，可通过光子寿命和比特率的优化降低光链路的能耗。例如，使用具有2.6ps光子寿命的VCSEL,50Gbit/s的EDR为400fJ/bit,200Gbit/s的光链路中VCSEL能耗为1600fJ/bit。而使用具有7.1ps光子寿命的VCSEL,25Gb....

本文编号：4057844