我们演示了宽可调谐微机电系统（MEMS）垂直腔面发射激光器（VCSEL）的直接调制。波长调谐是通过电热驱动基于SiOx/SiNy的MEMS分布式布拉格反射器（DBR）实现的。采用表面微加工的方法，在低温等离子体增强的半VCSEL化学气相沉积室中沉积DBR。实现了超过60nm的无模跳连续调谐，中心波长为1554nm。Max 3dB小信号调制响应（S21）带宽为7.05GHz。在10Gb/s的调谐范围内，展示了背对背链路的准无误差操作，创纪录的47nm调谐范围，显示了MEMS可调谐VCSEL作为接入网络和互连中具有成本效益的光源的兼容性。
宽可调谐1550纳米MEMSvcsel的10gb/s直接调制（3）-静态特征
对于静态特性，MEMS VCSEL二极管通过向顶部（非接触）和底部（p接触）触点板注入直流电流IL来电泵浦，MEMS通过向MEMS电极注入另一个直流电流Imems来驱动，如图3所示。BCB MEMS可调谐VCSEL在19mA固定偏置下的发射光谱如图4(a)所示。激光从1524nm开始，MEMS加热电流为8mA。在与激光模相邻的较低波长处可以看到被抑制的高阶横模。随着加热功率的增大，初始气隙=4.3μm也增大。因此，单模发射波长不断向更高的值移动。
图4 (a)连续波（CW）下，不同MEMS加热电流下固定偏置19mA的VCSEL光谱。(b)调谐波长随MEMS加热功率的变化。插入显示调谐波长对MEMS电流
对于这种特殊的VCSEL，通过将MEMS电流增加到27mA，可以将激光波长调谐到1584nm。这对应于60nm的连续单模调谐，中心波长为1554nm。在1584nm的发射波长处，激光模式与下一个高阶纵向模式竞争，当MEMS电流高于27mA时，纵向模式zui终在1524nm处开始激光。排放峰值随加热功率的变化如图4(b)所示。依赖于Lair的发射波长λ与加热功率P热成正比，也与调谐电流Imems的平方成正比：
其中，Rmems=40Ω为MEMS电极的欧姆电阻。由于工艺相关问题，ARC部分蚀刻。因此，激光器无法调谐到整个FSR，该MEMS VCSEL的FSR为94nm。值得一提的是，FSR可以通过进一步减小牺牲层的厚度来提高，从而使半VCSEL和MEMS DBR之间的初始气隙变小。
光输出功率(P)和电压(V)随激光电流（IL）的变化如图5所示。发射波长调谐到1550nm，发射光耦合到标准多模光纤中。在1550nm处，MEMSVCSEL的阈值电流为5.8mA，在32mA处发生热滚转，对应于光纤耦合的Max 输出功率为1.42mW。在整个电流工作范围内，器件上的电压降保持在1.84V以下，表明器件中的串联电阻较低。阈值电压在室温下为1.15V，是衡量异质势垒处电压降的一个很好的指标。
图5 研究了直径为14μm的BTJMEMSVCSEL在1550nm处发光的光电流电压特性。阈值电流和滚转分别为5.8mA和32mA
测量的SMSRs、阈值电流、Max输出功率和不同调谐波长对应的滚转电流如图6所示。与固定波长VCSEL相比，由凹顶MEMSDBR、可变气隙、半VCSEL半导体部分和平底DBR实现的平凹谐振腔几何结构具有较高的谐振腔稳定性，并且产生更大的束腰。据此设计了半VCSEL的BTJ直径，以适应具有相应束腰的高斯光束。因此，尽管RoC和气隙长度随加热电流的增大而变化，但即使在直径为14μmBTJ的情况下，MEMSVCSEL在整个调谐范围内都具有单模发射。如图6(a)所示，在47nm（1530至1577nm）的调谐范围内，实现了Min SMSRbb047db。在1562nm发射波长处，Max SMSR为53dB。VCSEL二极管在1550nm处的Min和Max阈值电流分别为5.5mA和9.5mA，在1577nm处。光纤耦合光输出功率在整个调谐范围内均大于0.63mW，在1550nm发射波长处Max输出功率为1.42mW。由于调谐范围边缘的反射率较低（与中心相比），因此这些区域的阈值电流也较高。另一方面，边缘的增益较低，相应的光功率也较低。
图6 不同调谐波长的电光特性：(a)SMSRs,(b)阈值电流，(c)Max光输出功率，(d)滚转电流。所有测量都在20°C下进行
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