本文介绍了一种用于光学互连的高速1.3um垂直腔面发射激光器。首次演示了在3公里标准单模光纤上以高达12.5Gbit/s的数据速率进行无差错传输。
用于12.5Gbit/s光互连的高速1.3um vcsel
在过去的几年里，在1.3um波长范围内发射的长波长垂直腔表面发射激光器（VCSELs）在器件性能方面取得了长足的进步，并达到了一定的成熟度，可以进入工业应用。虽然成熟的GaAs基技术利用GaInNA的有源区扩展到约1.3um，但许多方法表明，InP基器件概念可以获得优异的性能，这些概念受益于AlGaInAs/InP应变量子阱的优异增益特性，并通过使用介电镜、散热器或晶片键合技术来规避热问题。
我们的解决方案是一种基于InP的单片方法，使用具有自完成电流和折射率引导的埋隧道结（BTJ）。利用这一概念，我们zui近展示了1.55um波长的器件，具有优异的动态特性。在本文中，我们演示了1.3um波长VCSEL的动态和传输特性，其数据速率可达12.5Gbit/s
结构和VCSEL特性：目前高速1.3umVCSEL的基本结构与之前描述的基本相同，在包覆层中进行了优化的热管理，并提高了底部反射镜的反射率。外延输出镜由AlGaInAs/AlInAs层对制成，有源区由七个由拉伸应变势垒隔开的应变量子阱组成。这些激光器的混合后镜由3.5对CaF2/ZnS和一层金制成。为了与商用收发器模块兼容，该芯片被安装在发射器光学子组件（TOSA）模块中。图1显示了BTJ-VCSEL和TOSA模块的设计。
图1 BTJ-VCSEL和TOSA模块的横截面
a BTJ-VCSEL的横截面
b TOSA模块
这里展示的器件在室温下表现出超过3mW的单模输出功率。1.33um处的光学单模光谱在相关电流和温度范围内显示出超过40dB的侧模抑制比。在整个工作范围内，这些VCSEL的Max功耗仅为30mW。关于未来光学模块功耗的迫切降低，这使得整个TOSA模块的功耗预算仅为600mW左右，明显小于消耗超过1W的典型分布式反馈（DFB）激光模块。
小信号调制性能在芯片级得到了验证，如图2所示。对VCSEL芯片的小信号频率响应进行了各种偏置电流的测量。实线与包含弛豫振荡频率、固有阻尼和寄生效应的三极滤波器函数相吻合。曲线拟合允许提取几个固有参数，如调制电流效率因子和热限制的Max弛豫振荡频率。室温下带宽超过10GHz。这种卓越的带宽使数据传输速度达到12.5Gbit/s。
图2 高速1.3um BTJ-VCSEL的S21测量
在12.5Gbit/s的直接调制下，使用非归零数据（231PRBS模式长度）对VCSEL-TOSA的背对背（BTB）传输性能进行了评估，并在3公里长的标准单模光纤（SSMF）传输链路上进行了评估。这两种配置都实现了无错误操作，没有检测到错误下限。发现3公里光纤链路的功率损失在误码率（BER）为10-9时小于0.5dB（图3）。相应的眼图如图4所示。BTB和3公里SSMF传输后都实现了清晰的视野。设置偏置条件以实现约5dB的消光比。因此，在眼图中可以看到轻微的过冲，从而降低了误码率。
图3 BTB配置和3km SSMF的BER测量
图4 BTB配置下和SSMF 3公里后的眼图
我们展示了TOSA封装的1.3um VCSELs在光纤链路上的无差错传输性能，记录数据速率为12.5Gbit/s。据我们所知，这是迄今为止长波长VCSEsL实现的z高值。再加上其低功耗，这些激光器非常适合高带宽光学互连。
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。
