我們演示了寬可調(diào)諧微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）的直接調(diào)制驹闰。波長(zhǎng)調(diào)諧是通過(guò)電熱驅(qū)動(dòng)基于SiOx/SiNy的MEMS分布式布拉格反射器（DBR）實(shí)現(xiàn)的。采用表面微加工的方法撒会，在低溫等離子體增強(qiáng)的半VCSEL化學(xué)氣相沉積室中沉積DBR嘹朗。實(shí)現(xiàn)了超過(guò)60nm的無(wú)模跳連續(xù)調(diào)諧，中心波長(zhǎng)為1554nm诵肛。Max 3dB小信號(hào)調(diào)制響應(yīng)（S21）帶寬為7.05GHz屹培。在10Gb/s的調(diào)諧范圍內(nèi)，展示了背對(duì)背鏈路的準(zhǔn)無(wú)誤差操作怔檩，創(chuàng)紀(jì)錄的47nm調(diào)諧范圍褪秀，顯示了MEMS可調(diào)諧VCSEL作為接入網(wǎng)絡(luò)和互連中具有成本效益的光源的兼容性。
寬可調(diào)諧1550納米MEMSvcsel的10gb/s直接調(diào)制（3）-靜態(tài)特征
對(duì)于靜態(tài)特性，MEMS VCSEL二極管通過(guò)向頂部（非接觸）和底部（p接觸）觸點(diǎn)板注入直流電流IL來(lái)電泵浦调衰，MEMS通過(guò)向MEMS電極注入另一個(gè)直流電流Imems來(lái)驅(qū)動(dòng)膊爪，如圖3所示。BCB MEMS可調(diào)諧VCSEL在19mA固定偏置下的發(fā)射光譜如圖4(a)所示嚎莉。激光從1524nm開(kāi)始米酬，MEMS加熱電流為8mA。在與激光模相鄰的較低波長(zhǎng)處可以看到被抑制的高階橫模趋箩。隨著加熱功率的增大赃额，初始?xì)庀?4.3μm也增大加派。因此，單模發(fā)射波長(zhǎng)不斷向更高的值移動(dòng)跳芳。
圖4 (a)連續(xù)波（CW）下芍锦，不同MEMS加熱電流下固定偏置19mA的VCSEL光譜。(b)調(diào)諧波長(zhǎng)隨MEMS加熱功率的變化飞盆。插入顯示調(diào)諧波長(zhǎng)對(duì)MEMS電流
對(duì)于這種特殊的VCSEL娄琉，通過(guò)將MEMS電流增加到27mA，可以將激光波長(zhǎng)調(diào)諧到1584nm吓歇。這對(duì)應(yīng)于60nm的連續(xù)單模調(diào)諧孽水，中心波長(zhǎng)為1554nm。在1584nm的發(fā)射波長(zhǎng)處城看，激光模式與下一個(gè)高階縱向模式競(jìng)爭(zhēng)女气，當(dāng)MEMS電流高于27mA時(shí)，縱向模式zui終在1524nm處開(kāi)始激光测柠。排放峰值隨加熱功率的變化如圖4(b)所示主卫。依賴于Lair的發(fā)射波長(zhǎng)λ與加熱功率P熱成正比，也與調(diào)諧電流Imems的平方成正比：
其中鹃愤，Rmems=40Ω為MEMS電極的歐姆電阻簇搅。由于工藝相關(guān)問(wèn)題，ARC部分蝕刻软吐。因此瘩将，激光器無(wú)法調(diào)諧到整個(gè)FSR，該MEMS VCSEL的FSR為94nm凹耙。值得一提的是姿现，F(xiàn)SR可以通過(guò)進(jìn)一步減小犧牲層的厚度來(lái)提高，從而使半VCSEL和MEMS DBR之間的初始?xì)庀蹲冃 ?/p>
光輸出功率(P)和電壓(V)隨激光電流（IL）的變化如圖5所示肖抱。發(fā)射波長(zhǎng)調(diào)諧到1550nm备典，發(fā)射光耦合到標(biāo)準(zhǔn)多模光纖中。在1550nm處意述，MEMSVCSEL的閾值電流為5.8mA提佣，在32mA處發(fā)生熱滾轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)于光纖耦合的Max 輸出功率為1.42mW荤崇。在整個(gè)電流工作范圍內(nèi)拌屏，器件上的電壓降保持在1.84V以下，表明器件中的串聯(lián)電阻較低术荤。閾值電壓在室溫下為1.15V倚喂，是衡量異質(zhì)勢(shì)壘處電壓降的一個(gè)很好的指標(biāo)。
圖5 研究了直徑為14μm的BTJMEMSVCSEL在1550nm處發(fā)光的光電流電壓特性瓣戚。閾值電流和滾轉(zhuǎn)分別為5.8mA和32mA
測(cè)量的SMSRs端圈、閾值電流焦读、Max輸出功率和不同調(diào)諧波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的滾轉(zhuǎn)電流如圖6所示。與固定波長(zhǎng)VCSEL相比舱权，由凹頂MEMSDBR吨灭、可變氣隙、半VCSEL半導(dǎo)體部分和平底DBR實(shí)現(xiàn)的平凹諧振腔幾何結(jié)構(gòu)具有較高的諧振腔穩(wěn)定性刑巧，并且產(chǎn)生更大的束腰喧兄。據(jù)此設(shè)計(jì)了半VCSEL的BTJ直徑，以適應(yīng)具有相應(yīng)束腰的高斯光束啊楚。因此吠冤，盡管RoC和氣隙長(zhǎng)度隨加熱電流的增大而變化，但即使在直徑為14μmBTJ的情況下恭理，MEMSVCSEL在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)都具有單模發(fā)射拯辙。如圖6(a)所示眯分，在47nm（1530至1577nm）的調(diào)諧范圍內(nèi)吁脱，實(shí)現(xiàn)了Min SMSRbb047db。在1562nm發(fā)射波長(zhǎng)處钞诡，Max SMSR為53dB周伦。VCSEL二極管在1550nm處的Min和Max閾值電流分別為5.5mA和9.5mA夕春，在1577nm處。光纖耦合光輸出功率在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)均大于0.63mW专挪，在1550nm發(fā)射波長(zhǎng)處Max輸出功率為1.42mW及志。由于調(diào)諧范圍邊緣的反射率較低（與中心相比），因此這些區(qū)域的閾值電流也較高寨腔。另一方面速侈，邊緣的增益較低，相應(yīng)的光功率也較低迫卢。
圖6 不同調(diào)諧波長(zhǎng)的電光特性：(a)SMSRs,(b)閾值電流倚搬，(c)Max光輸出功率，(d)滾轉(zhuǎn)電流乾蛤。所有測(cè)量都在20°C下進(jìn)行
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