來自中國科學(xué)院的研究：研究人員提出了不同尺寸和形狀的多孔徑垂直腔面發(fā)射激光器。

垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)為數(shù)據(jù)中心的大數(shù)據(jù)速率光互連提供了基礎(chǔ)。目前，VCSELs在500米以下的距離上已經(jīng)取代了邊緣發(fā)射激光器，因?yàn)樗鼈兙哂兄T如晶片上測(cè)試的可能性等優(yōu)點(diǎn)。由于數(shù)據(jù)中心波長(zhǎng)多路復(fù)用的趨勢(shì)和汽車應(yīng)用(如近程激光雷達(dá))的發(fā)展，VCSELs尤其是陣列的需求最近顯著增加。

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中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所(CIOMP)的Bimberg Chinese- german Center for Green Photonics最近在《IEEEXplore》雜志上發(fā)表了一篇文章，報(bào)告了新型多口徑VCSELs(專利)的研究進(jìn)展。多口徑VCSELs的發(fā)展帶來了更大的溫度滾轉(zhuǎn)、更大的輸出功率、更大的f3dB(決定通信比特率的決定性參數(shù))等性能優(yōu)勢(shì)。該設(shè)計(jì)最近在德國波茨坦ISLC 2021年首次亮相。

平面圖SEM顯示5個(gè)μm孔和3個(gè)μm(左)或1個(gè)μm(右)大小的金剛石孔。發(fā)射波長(zhǎng)為850 nm。

這種新穎的設(shè)計(jì)基于從任意幾何排列的多個(gè)蝕刻盲孔制造可變形狀的氧化孔。氧化后，盲孔內(nèi)填充金屬。金屬填充的盲孔有效地從器件中去除熱量，并允許低電阻電流注入有源區(qū)。因此，該設(shè)備可以在很寬的溫度范圍和更高的頻率下工作。一個(gè)臺(tái)面可以包含一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器，仍然匹配到50 μm直徑的光纖。此外，這種新型的MAVs制造工藝與目前的半導(dǎo)體制造基礎(chǔ)設(shè)施是兼容的。

氧化后單孔截面SEM。發(fā)射波長(zhǎng)為910 nm。

新型的多孔徑VCSEL需要對(duì)最終器件進(jìn)行徹底的重新設(shè)計(jì)。典型的窄氧化孔徑VCSELs在離散波長(zhǎng)下呈現(xiàn)單模發(fā)射，導(dǎo)致輸出功率很小。與傳統(tǒng)的VCSELs設(shè)計(jì)相比，具有n個(gè)孔徑的新型多口徑VCSELs設(shè)計(jì)可以在相同離散波長(zhǎng)下產(chǎn)生n個(gè)單模發(fā)射，輸出功率是傳統(tǒng)VCSELs設(shè)計(jì)的n倍，有效區(qū)工作溫度更低，f3dB更大。

這種新型設(shè)計(jì)的另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是單模發(fā)射，輸出功率大大增加，從而將單模通信距離延長(zhǎng)至1公里。將孔徑形狀從圓形調(diào)整將導(dǎo)致偏振發(fā)射。

絕緣層沉積后的一個(gè)孔和其周長(zhǎng)金屬的掃描電鏡。

最重要的是，單模或多模多孔徑VCSEL將表現(xiàn)出更小的串聯(lián)電阻(與目前的經(jīng)典VCSEL相比)。因此，采用新型的高速CMOS驅(qū)動(dòng)電路將很容易實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。該模塊的能耗要低得多，這是邁向綠色光子學(xué)的關(guān)鍵一步。

來源：Multi-aperture VCSELs: high power, low resistance, single mode, 202127th International Semiconductor Laser Conference (ISLC) (2021). DOI:10.1109/ISLC51662.2021.9615903