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(1)-简介
自1977年Iga首次提出垂直腔面发射激光器（VCSEL）以来，为了使其成为光通信中具有竞争力的高速光源，已经进行了大量的发展。发射波长在850nm左右的GaAs VCSEL由于具有高调制带宽和光输出功率，已经成为部署在多模光纤局域网中的主导光源。报告的z高数据速率可达71Gb/s，适用于链路长度<100m的数据中心应用。另一方面，在1300-1600nm波长范围内发射的长波长VCSEL在电信领域也取得了显著的成熟水平。对于快速发展的应用，如计算机通信、接入网、无线基站之间的互连和通信，它们是非常有吸引力的光源。与传统的边缘发射分布反馈和分布反馈相比，VCSEL具有显著的优势。
Bragg反射器（DBR）激光器具有相当低的生产成本，更小的阈值和驱动电流，对应于更低的功耗，更高的直接数字调制速率，更小的占地面积，晶圆级测试，高效的光纤耦合（由于圆对称高斯光束分布），更短的腔长实现更大的自由光谱范围（FSR），以及更容易的MEMS集成。然而，在没有任何外部机制的情况下，这些激光器的热可调谐范围只有几纳米。
在通信波长周围具有宽、连续和无模跳调谐的特性在很大程度上增强了这些VCSEL的适用性。广泛可调谐VCSELs非常需要的一些应用是长程可重构波分多路无源光网络（WDM-PON）系统，高性能计算机中的互连和数据中心网络。由于WDM-PON系统的物理基础设施要求每个光网络单元都有一个特定波长的激光源，因此总体成本相对较高。
低成本、可广泛调谐的VCSEL可用于备用、热备份和固定波长激光替换等应用，以减少库存。所谓的无色光源为网络设计人员提供了另一种程度的灵活性，以降低整体系统成本。这些问题对于光纤到户和数据中心应用尤为重要。
为了实现广泛的可调谐性，不同的技术已经适应了不可调谐的VCSEL。例如，带有GAAS基DBR的InAlGaAs-InP1550nm VCSEL具有高导热性，并且可以在热滚转区域以上工作。这样就可以在不集成任何可移动反射镜的情况下实现15nm的连续波长调谐。然而，泵电流的大变化会导致输出功率的显著变化。悬臂式可移动反射器，和使用高对比度光栅（HCG）或DBR的可移动膜结构也常用于波长调谐。
它们可以由静电、电热或压电力驱动。具有体加工MEMS DBR的VCSEL需要几个独立的外延生长和复杂的键合过程。HCG-VCSELs在极化控制、高速数据传输和高波长调谐速度方面具有广阔的应用前景；但广泛的可调性仍然是一个研究课题。另一方面，与电泵浦VCSEL相比，光泵浦可调谐VCSEL自然具有更短的腔，表现出非常宽的调谐范围。然而，直接调制是不可能的。通过采用表面微加工技术，我们已经为上一代VCSEL（未针对高速应用进行优化）展示了创纪录的102nm单模连续调谐。表面微加工消除了晶圆键合的需要，而是使用沉积的介电DBR反射镜，这一方面带来了更好的对准精度和更好的均匀性控制，另一方面促进了二维阵列的经济高效的批量生产。利用外部加热电流电热驱动MEMS DBR实现宽调谐。
本研究中使用的有源VCSEL结构由低介电常数(k)材料苯并环丁烯（BCB）封装。在之前的工作中，BCB MEMS VCSELs使用外部Mach-Zehnder调制器（MZM）进行调制，并报道了在50公里光纤上在30nm调谐范围内无差错的10Gb/s数据传输。直接调制的固定波长HCG-VCSEL具有Gb/s的无错误传输，而直接调制的可调谐HCG-VCSEL具有5gb/s的传输，调谐范围为7.2nm。在这项工作中，通过表面微加工将MEMS DBR集成到BCB半VCSEL结构中，并在MEMS VCSEL上演示了用223−1伪随机二进制序列（PRBS）直接调制10Gb/s的47nm连续调谐。据我们所知，这是任何具有10Gb/s传输容量的直接调制激光二极管实现的宽调谐范围。
本文简要讨论了有源VCSEL的结构，然后介绍了MEMS DBR的设计和制造。然后重点研究了不同调谐波长下的基本静态特性。接下来，我们通过直接调制MEMS可调谐VCSEL来研究涉及小信号调制响应和背靠背（BTB）数据传输的动态响应。
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