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來自中國科學院的研究：研究人員提出了不同尺寸和形狀的多孔徑垂直腔面發(fā)射激光器。

垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)為數(shù)據(jù)中心的大數(shù)據(jù)速率光互連提供了基礎(chǔ)。目前，VCSELs在500米以下的距離上已經(jīng)取代了邊緣發(fā)射激光器，因為它們具有諸如晶片上測試的可能性等優(yōu)點。由于數(shù)據(jù)中心波長多路復用的趨勢和汽車應用(如近程激光雷達)的發(fā)展，VCSELs尤其是陣列的需求最近顯著增加。

來源: Unsplash/CC0 Public Domain

中國科學院長春光學精密機械與物理研究所(CIOMP)的Bimberg Chinese- german Center for Green Photonics最近在《IEEEXplore》雜志上發(fā)表了一篇文章，報告了新型多口徑VCSELs(專利)的研究進展。多口徑VCSELs的發(fā)展帶來了更大的溫度滾轉(zhuǎn)、更大的輸出功率、更大的f3dB(決定通信比特率的決定性參數(shù))等性能優(yōu)勢。該設計最近在德國波茨坦ISLC 2021年首次亮相。

平面圖SEM顯示5個μm孔和3個μm(左)或1個μm(右)大小的金剛石孔。發(fā)射波長為850 nm。

這種新穎的設計基于從任意幾何排列的多個蝕刻盲孔制造可變形狀的氧化孔。氧化后，盲孔內(nèi)填充金屬。金屬填充的盲孔有效地從器件中去除熱量，并允許低電阻電流注入有源區(qū)。因此，該設備可以在很寬的溫度范圍和更高的頻率下工作。一個臺面可以包含一個或多個發(fā)射器，仍然匹配到50 μm直徑的光纖。此外，這種新型的MAVs制造工藝與目前的半導體制造基礎(chǔ)設施是兼容的。

氧化后單孔截面SEM。發(fā)射波長為910 nm。

新型的多孔徑VCSEL需要對最終器件進行徹底的重新設計。典型的窄氧化孔徑VCSELs在離散波長下呈現(xiàn)單模發(fā)射，導致輸出功率很小。與傳統(tǒng)的VCSELs設計相比，具有n個孔徑的新型多口徑VCSELs設計可以在相同離散波長下產(chǎn)生n個單模發(fā)射，輸出功率是傳統(tǒng)VCSELs設計的n倍，有效區(qū)工作溫度更低，f3dB更大。

這種新型設計的另一個顯著優(yōu)勢是單模發(fā)射，輸出功率大大增加，從而將單模通信距離延長至1公里。將孔徑形狀從圓形調(diào)整將導致偏振發(fā)射。

絕緣層沉積后的一個孔和其周長金屬的掃描電鏡。

最重要的是，單模或多模多孔徑VCSEL將表現(xiàn)出更小的串聯(lián)電阻(與目前的經(jīng)典VCSEL相比)。因此，采用新型的高速CMOS驅(qū)動電路將很容易實現(xiàn)驅(qū)動。該模塊的能耗要低得多，這是邁向綠色光子學的關(guān)鍵一步。

來源：Multi-aperture VCSELs: high power, low resistance, single mode, 202127th International Semiconductor Laser Conference (ISLC) (2021). DOI:10.1109/ISLC51662.2021.9615903