VCSEL的发展现状和市场应用

近年来由于高速光网络的快速发展，使人们对一种新型的半导体激光器——垂直腔面发射激光器(VCSEL)给予了更多的关注，已成为研究开发的热点。本介绍了VCSEL的发展进程、基本结构及较之于侧面发射激光器(包括与LED作比较)的优势，以及近期出现的新技术和封装手段，详细叙述了各波段VCSEL所用的材料、技术、市场应用。最后简述了VCSEL基光收发机的市场状况。     

VCSEL技术与并行光互联

介绍了VCSEL结构和技术特点，它以很高的性能价值比成功地应用于单通道和并行光互联，并将在宽带以太网、高速数据通信网中得到广泛的应用，以VCSEL为基础器件的高速大容量、高并行处理功能的光互连、光交换系统有着极好的应用前景。     

基于垂直腔面发射激光器的收发模块研究进展

垂直腔面发射激光器因与传统的边发射激光器有不同的结构,所以在光互联、光存储、光通信等方面得到了越来越广泛的应用.文章概述了近年来以垂直腔面发射激光器为发光器件的收发模块结构的最新研究与进展,并讨论了其发展方向.     

16信道0.35μmCMOS/VCSEL光发射模块

研究了垂直腔面发射激光器 (VCSEL)及其列阵器件的光谱特性、调制特性、高频特性及与微电子电路的兼容性 ,将 1× 16的VCSEL与CMOS专用集成电路进行多芯片组装 (MCM ) ,混合集成为 16信道VCSEL光发射功能模块 .测试过程中 ,功能模块的光电特性及其均匀性良好 ,测量的 - 3dB频带宽度大于 2GHz.     

16信道0.35μm CMOS/VCSEL光发射模块

研究了垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其列阵器件的光谱特性、调制特性、高频特性及与微电子电路的兼容性,将1×16的VCSEL与CMOS专用集成电路进行多芯片组装(MCM),混合集成为16信道VCSEL光发射功能模块.测试过程中,功能模块的光电特性及其均匀性良好,测量的-3dB频带宽度大于2GHz.     

高速率并行光发射模块的研制

介绍了有关并行光发射模块设计与制作的最新进展,制作并测试了12信道并行光发射模块,单信道传输速率大于2．5Gbit／s（最高可达3Gbit／s）,12信道并行总传输速率为30Gbit／s。模块采用波长为850nm的垂直腔面发射激光器（VCSEL）作光源,激光器与驱动电路芯片直接用Au丝连接,输出光束直接耦合进入12信道的光纤阵列中,在单信道8mA的工作电流下,可以测到最高为3Gbit／s的清晰眼图。     

关于光通信VCSEL发展历史的浅析

文章介绍了垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的发展过程,以及目前预见的发展方向。从VCSEL面世到如今大规模商用,可以分为两个阶段。第一个阶段是VCSEL结构确定阶段,第二个阶段是各个性能参数不断优化阶段。     

基于VCSEL的RCE探测器光电响应特性

对垂直腔面发射激光器（VCSEL）及由此制成的谐振增强型（RCE）光电探测器进行分析研究，激光器的Ith=3mA,ηd=15%,λp=839nm，和Δλ1／2=0．3nm，具有良好的波长选择特性，量子效率5％－35％（0V－5V），优化设计顶镜反射率，还能得到量子效率峰值和半宽优化兼容的VCSEL基RCE光电探测器。     

30Gbit/s并行光发射模块制作过程中的光耦合及封装

介绍了并行光发射模块制作过程中,垂直腔面发射激光器列阵与列阵光纤的对准及固定方法.对斜面光纤折弯耦合和垂直耦合两种方法进行了实验研究,得到的平均耦合效率均达70%以上.比较了两种耦合方式的利弊.针对列阵光纤耦合的特点,介绍了列阵光纤耦合过程中光纤的位置、角度的调整方法和特点.     

光注入光反馈下VCSEL非线性输出特性分析

为了研究光注入和光反馈对垂直腔面发射激光器(VCSEL)非线性输出特性的影响,基于自旋反转模型(SFM),利用MATLAB数值仿真二者共同作用下VCSEL的非线性输出特性.研究结果表明:在光注入和光反馈同时作用下,VCSEL输出可以实现稳态、单周期、多周期、混沌等非线性行为.通过合理选择注入强度,可实现对VCSEL输出行为的控制.     

光通信用垂直腔面发射激光器的进展

垂直腔面发射激光器(VCSEL)以其优异的性能有望成为信息时代的新光源.文章介绍了用于光通信的VCSEL的开发现状.     

4×10Gbit/s并行光模块串扰优化设计

为了对4×10Gbit/s并行光模块光串扰进行优化,采用了ABCD传输矩阵法,结合光纤耦合约束条件以及准直透镜、自聚焦透镜和光纤端面球透镜的理论,设计出两套优化方案。研究了垂直腔面发射激光器光束特性,利用MATLAB进行理论分析,模拟得出光斑半径与发散角的关系,并分析了串扰情况。在ZEMAX非序列模式下完成了光路建模,优化结构中透镜参量以及光纤端面设计,进行了理论分析和实验验证,取得了优化后耦合光斑半径与耦合效率。结果表明,间接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为53.72μm,耦合效率达到72.59%;而直接耦合优化结构中,到达光纤端面的光斑为3.695μm,耦合效率高达到76.11%,有效地解决了并行光模块之间的光串扰问题。这一结果对光网络信号传输质量优化方面是有帮助的。     

基于偏振测量的VCSEL激光器阈值行为研究

设计构建了垂直腔面发射激光器偏振测试系统,利用该测试系统研究了激光器不同偏振模式的阈值行为特点。激光器的输出光随着驱动电流的增大将会出现P偏振以及S偏振两种相互正交的偏振分量,并且两者具有不同的工作阈值;进一步依据测得的阈值点将激光器分为三个工作区域,通过对非偏振及偏振测试结果的比较分析得出:垂直腔面发射激光器的非偏振测量中观测到的工作阈值点体现的是P偏振分量的阈值点;激光器S偏振分量的阈值需要通过偏振测量才能明显观测到;P偏振与S偏振分量阈值电流之间的工作区域具有最好的线偏振度。本文的研究为垂直腔面发射激光器的未来研制测试工作和更好应用夯实了基础。     

新型辐射桥结构VCSEL的设计、制作和热特性分析

为了改善垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的热特性,提高器件的输出功率,设计并制作了一种新型辐射桥结构VCSEL。利用有限元热分析软件ANSYS,模拟了常规结构和辐射桥结构VCSEL内部的热场分布和热矢量分布。经模拟得到,常规结构器件的热阻为4.13K/W,辐射桥结构的热阻为2.64K/W。而经实验测得,常规结构器件的热阻为4.40K/W,辐射桥结构器件的热阻为2.93K/W,实验测试结果与模拟结果吻合较好。同时测得,常规结构器件的最大输出功率为305mW,辐射桥结构器件的最大输出功率为430mW,后者的输出功率提高了40%。     

无线激光通信光发射模块的研究

为了提高现代武器系统在恶劣电磁环境中的通信和信息交换能力,充分利用激光的天然保密性,减少对无线电频率资源的占用,对无线激光通信系统中的光发射模块进行了设计。在信标光发射模块的设计中采用驱动电路与温度控制电路分离的设计方案;在信号光发射模块中采用掺银铒光纤放大器(EDFA)作为功率放大器的设计方案,并采用DS90LV001芯片完成PECL信号与LVDS信号转换。试验结果表明,信标光的最高输出功率为1.53 W,最高频率大于10 kHz;信号光的输出功率大于19.8 dBm,误码率低于10-7,消光比为10.2 dBm,完全满足设计需求。     

850 nm氧化限制型VCSEL研究

通过对850nm氧化限制型垂直腔面发射激光器(VCSEL)结构的研究,研制出了满足实用要求的高性能的850nm氧化限制型VCSEL.激光器12μm和16μm氧化孔径25℃的阈值电流分别为1.2mA和1.8mA,斜效率为0.58mW/mA,微分串联电阻为35Ω和25Ω,激光器具有良好的温度特性和可靠性,可应用于1.25Gbit/s数据通信.     

用于VCSEL的Si基零对比度光栅反射镜研究

利用严格耦合波理论和时域有限差分方法设计了一种应用于940 nm垂直腔面发射激光器的Si基零折射率对比度光栅反射镜。对零对比度亚波长光栅(Zero-index-Contrast subwavelength Grating, ZCG)的高反射特性进行了研究,分析了ZCG实现宽带高反射的条件。此外,讨论了光栅结构参数对反射性能的影响并计算了制作公差,模拟分析了ZCG尺寸与垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL)氧化孔径尺寸对镜面损耗的影响。所设计的ZCG带宽可达280 nm, Δλ/λ₀=29.8%。该反射镜可以替代VCSEL中传统的分布式布拉格反射镜,降低了工艺难度和生长成本,同时有利于VCSEL与其他Si基光电子器件的集成。     

一种新型环形上DBR刻蚀微结构VCSEL及其空心光束（英文）

设计了带有质子注入高阻区的刻蚀微结构面发射半导体激光器结构,使得从出光口到上DBR形成环形波导,进而直接产生空心激光束输出。使用FDTD软件计算了刻蚀微结构VCSEL的光场分布,得到的环形模式图样在不同模式数目下都能保持空心光束的特性。制备了室温下激射波长为848 nm的微结构VCSEL,并测试其输出特性。阈值电流为0.27 A,峰值功率最高可达170 mW。不同电流下的近场图都显示出非常明显的空心环形光斑,远场光强分布曲线也符合空心光束的特性。该新型VCSEL技术为空心光束甚至阵列器件的发展提供了一种新的方法。     

微波模拟信号调制下VCSEL腔结构参数的优化设计

以垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)为研究对象,采用Volterra方法结合速率方程理论,从器件设计角度,分析了在5 GHz微波信号模拟调制情况下出射面反射镜的反射率、有源区厚度和光限制因子对其二阶谐波失真、三阶谐波失真和三阶互调失真的影响.结果表明,对于垂直腔面发射半导体激光器,采取大反射率、小有源区厚度和小光限制因子有利于降低器件的谐波和互调失真.