本文介紹了一種用于光學(xué)互連的高速1.3um垂直腔面發(fā)射激光器。首次演示了在3公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上以高達12.5Gbit/s的數(shù)據(jù)速率進行無差錯傳輸集绰。
用于12.5Gbit/s光互連的高速1.3um vcsel
在過去的幾年里改淑，在1.3um波長范圍內(nèi)發(fā)射的長波長垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSELs）在器件性能方面取得了長足的進步，并達到了一定的成熟度浴讯，可以進入工業(yè)應(yīng)用朵夏。雖然成熟的GaAs基技術(shù)利用GaInNA的有源區(qū)擴展到約1.3um，但許多方法表明榆纽，InP基器件概念可以獲得優(yōu)異的性能仰猖，這些概念受益于AlGaInAs/InP應(yīng)變量子阱的優(yōu)異增益特性，并通過使用介電鏡奈籽、散熱器或晶片鍵合技術(shù)來規(guī)避熱問題饥侵。
我們的解決方案是一種基于InP的單片方法，使用具有自完成電流和折射率引導(dǎo)的埋隧道結(jié)（BTJ）衣屏。利用這一概念躏升，我們zui近展示了1.55um波長的器件，具有優(yōu)異的動態(tài)特性狼忱。在本文中膨疏，我們演示了1.3um波長VCSEL的動態(tài)和傳輸特性，其數(shù)據(jù)速率可達12.5Gbit/s
結(jié)構(gòu)和VCSEL特性：目前高速1.3umVCSEL的基本結(jié)構(gòu)與之前描述的基本相同钻弄，在包覆層中進行了優(yōu)化的熱管理佃却，并提高了底部反射鏡的反射率。外延輸出鏡由AlGaInAs/AlInAs層對制成窘俺，有源區(qū)由七個由拉伸應(yīng)變勢壘隔開的應(yīng)變量子阱組成双霍。這些激光器的混合后鏡由3.5對CaF2/ZnS和一層金制成。為了與商用收發(fā)器模塊兼容批销，該芯片被安裝在發(fā)射器光學(xué)子組件（TOSA）模塊中。圖1顯示了BTJ-VCSEL和TOSA模塊的設(shè)計染坯。
圖1 BTJ-VCSEL和TOSA模塊的橫截面
a BTJ-VCSEL的橫截面
b TOSA模塊
這里展示的器件在室溫下表現(xiàn)出超過3mW的單模輸出功率均芽。1.33um處的光學(xué)單模光譜在相關(guān)電流和溫度范圍內(nèi)顯示出超過40dB的側(cè)模抑制比。在整個工作范圍內(nèi)单鹿，這些VCSEL的Max功耗僅為30mW掀宋。關(guān)于未來光學(xué)模塊功耗的迫切降低，這使得整個TOSA模塊的功耗預(yù)算僅為600mW左右仲锄，明顯小于消耗超過1W的典型分布式反饋（DFB）激光模塊劲妙。
小信號調(diào)制性能在芯片級得到了驗證，如圖2所示儒喊。對VCSEL芯片的小信號頻率響應(yīng)進行了各種偏置電流的測量镣奋。實線與包含弛豫振蕩頻率、固有阻尼和寄生效應(yīng)的三極濾波器函數(shù)相吻合怀愧。曲線擬合允許提取幾個固有參數(shù)侨颈，如調(diào)制電流效率因子和熱限制的Max弛豫振蕩頻率余赢。室溫下帶寬超過10GHz。這種卓越的帶寬使數(shù)據(jù)傳輸速度達到12.5Gbit/s哈垢。
圖2 高速1.3um BTJ-VCSEL的S21測量
在12.5Gbit/s的直接調(diào)制下妻柒，使用非歸零數(shù)據(jù)（231PRBS模式長度）對VCSEL-TOSA的背對背（BTB）傳輸性能進行了評估，并在3公里長的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）傳輸鏈路上進行了評估耘分。這兩種配置都實現(xiàn)了無錯誤操作举塔，沒有檢測到錯誤下限。發(fā)現(xiàn)3公里光纖鏈路的功率損失在誤碼率（BER）為10-9時小于0.5dB（圖3）求泰。相應(yīng)的眼圖如圖4所示央渣。BTB和3公里SSMF傳輸后都實現(xiàn)了清晰的視野。設(shè)置偏置條件以實現(xiàn)約5dB的消光比拜秧。因此痹屹，在眼圖中可以看到輕微的過沖，從而降低了誤碼率枉氮。
圖3 BTB配置和3km SSMF的BER測量
圖4 BTB配置下和SSMF 3公里后的眼圖
我們展示了TOSA封裝的1.3um VCSELs在光纖鏈路上的無差錯傳輸性能救湖，記錄數(shù)據(jù)速率為12.5Gbit/s。據(jù)我們所知翼岁，這是迄今為止長波長VCSEsL實現(xiàn)的z高值开财。再加上其低功耗，這些激光器非常適合高帶寬光學(xué)互連惹悄。
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