本文介绍了4、8和12高速器件的单片集成长波垂直腔面发射激光器阵列。这些设备的光刻定义间距为250米，在20公里的标准单模光纤中具有10Gb/s的每通道带宽。整个阵列的输出性能是非常均匀的。发射波长是可寻址的电流调谐，没有任何误码率损失。这为城域网络提供了高度可扩展的带宽。通过从粗波分复用（WDM）到密集波分复用（WDM）操作的迁移，在不进一步投资发射机基础设施的情况下，带宽从2.5Gb/s升级到80Gb/s是可行的。
用于高带宽WDM-PONs的1.55um vcsel阵列(2)-设备属性与实验
设备属性
通常，单片集成的VCSEL阵列具有非常高的均匀性。我们也证明了我们的长波长阵列的这种行为。在图2中，我们给出了在室温下，没有任何主动冷却的情况下，测量到的112vcsel阵列的光输出-电流（L-I）特性。我们计算出了VCSEL阵列中所有激光器的光输出-电流-电压（L-I-V）和光谱特性非常均匀。
1×12 VCSEL阵列室温下的L-I曲线
请注意，器件之间没有热串扰，因为它们直接集成到金色散热器中。这些小孔径器件的输出功率通常在1.5mW左右。具有较大孔径的器件显示单模输出功率为几毫瓦，并在85℃时提供高于0dbm的功率水平。波长是高度可调的，但在相同的驱动电流阵列内几乎相同。对于所有被研究的阵列，光谱不均匀性小于1nm，远低于4-5nm的调谐范围。
VCSEL阵列内单个激光器的小信号调制性能是通过与共面射频（RF）探头直接接触激光来实现的，这种设置与倒装芯片的设备相当，可以以更低的成本实现更好的性能。图3绘制了VCSEL阵列在不同偏置电流下的小信号频率响应测量结果。对于每个偏置条件，实线都适合于包括弛豫共振频率、阻尼因子和寄生极在内的三极滤波器函数。曲线拟合允许提取多个参数。对于所考虑的所有偏置电流，可以实现大于2.5GHz的调制带宽。对于大于3mA的偏置电流，可以找到高于7ghz的平坦调制带宽，足以以10Gb/s的速度传输数据。这些结果适用于VCSEL阵列中的所有激光器。请注意，对于4毫安以上的潜水电流，带宽和输出功率几乎是平坦的。
VCSEL阵列的频率响应和调谐特性
在3mA偏置电流以上，带宽足以达到10Gb/s
测量了两种波长分别为1550nm和1570nm的CWDMVCSEL阵列的调谐特性。图4(a)显示了在室温下未冷却得到的结果。
带宽升级的VCSEL特性：
(a) 两个CWDMVCSEL阵列
(b)高速VCSEL的谐振频率与驱动电流高于阈值的平方根的调谐特性
在图4(b)中，共振频率与高于阈值的驱动电流的平方根绘制（就像通常用于边缘发射激光器一样），其中只能在开始时观察到线性相互关系，因为必须考虑热翻转的影响。同样，可以观察到带宽在很大的电流范围内是平坦的，而波长可以在很大范围内调谐。结合图4所示的这些结果，我们提出了一种新的可扩展VCSEL阵列应用方案。
VCSEL阵列显示出广泛可调。预计在CWDM操作下（只有一个激光器是有效的）VCSEL阵列将不被冷却，而当DWDM操作（许多有效激光器）启动时，温度控制将被激活。此外，在DWDM操作下，该阵列可以提供多达4/8个DWDM信道，可在100GHz/50GHz信道间隔下寻址。为了保持低成本，功率组合应采用集成光学。如果温度是固定的，则仅通过驱动电流就可以精确地调节波长。波长锁定器并不一定需要，因为波长也可以通过智能传输协议间接控制，该协议可以监控接收器的误码率（BER）。
数据传输实验
在10Gb/s直接调制、非归零数据（215-1伪随机比特序列模式长度）和20km标准单模光纤（SMF）无源传输链路下，对VCSEL阵列的传输性能进行了评估。所使用的接收器由一个12.5GHz的p-i-n光电二极管、一个10GHz的限制放大器和一个9.33GHz的低通滤波器组成。注意，实验中没有进行电子色散补偿。图5(a)显示了ITU网格上间隔为100GHz的4个10Gb/s调制信道的叠加光谱和相应的眼图。由于缺乏尾纤版本和光学合成器，我们使用阵列的一个激光器分别测试每个DWDM信道。此外，所有通道的误码率测量如图5(b)所示，其中在四种偏置条件下可以实现无误差操作。眼图中的时序抖动以及低灵敏度可能是由于使用了初步的激光安装，而没有在微缩版A（SMA）安装上进行任何射频优化。在10Gb/s的调制速率下，由于绝热啁啾引起的线展宽被测量为小于100GHz或50GHz信道间隔。经测量，调制后的激光器在20km后的半zui宽处的全宽度小于0.1nm。由于功率水平较低，串扰可以忽略不计，并且所使用的SMF中的色散会阻碍非线性串扰，如四波混频。因此，此概念验证是该传输方案的有效演示。尽管如此，使用VCSEL阵列进行每升级CWDM信道80Gb/s的数据传输实验仍然需要进行。
数据传输实验结果
VCSEL阵列在BER=10-9和DWDM滤波后调制频谱的眼图
(a)经过20kmSSMF
(b)相应的BER测量
我们提出了一种新的1.55m长波VCSEL阵列，用于光数据传输，并提出了一个新的应用概念。与传统的边缘发射器阵列不同，VCSEL阵列具有平坦的带宽特性和较大的调谐能力，可用于CWDM网络向DWDM网络的升级。即使对于50GHz的DWDM网格，由于绝热啁啾也不会产生串扰。对于100GHz/50GHz的DWDM网格，只能通过改变激光偏置条件来解决4个或8个信道分别为10Gb/s的问题。
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。
您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
