美國大學(xué)科研團(tuán)隊研制VCSEL激光器新型設(shè)計

  ICC訊 （編譯：Aiur） 據(jù)Physorg消息，美國喬治華盛頓大學(xué)近期在垂直腔面激光器(VCSEL)芯片方面研發(fā)出一種新型設(shè)計，獲得了最創(chuàng)紀(jì)錄的時間帶寬。該設(shè)計通過結(jié)合多個橫向耦合腔體增強了激光器的光反饋。當(dāng)前，VCSEL激光器已是數(shù)據(jù)中心和超級計算機實現(xiàn)節(jié)能和高速光互連的重要器件。

高速、大功率緊湊級激光器：面向下一代數(shù)據(jù)中心和傳感器的新型VCSEL（圖源：George Washington University）

  VCSEL是半導(dǎo)體激光二極管中的重要門類，其隨單片激光諧振器在垂直于芯片表面的方向上出光。因為緊湊的尺寸和高超的光電性能，VCSEL獲得了重要的市場地位。作為小型激光器，VCSEL被用作高速、短波通信和光網(wǎng)絡(luò)的光源。汽車、數(shù)據(jù)通信智能傳感器應(yīng)用的關(guān)鍵要求是密集流量和高速傳輸，而緊湊型高速VCSEL可以滿足其要求。然而，熱效應(yīng)，寄生電阻、電容和非線性增益效應(yīng)等因素的限制，使VCSEL激光器速度極限為3 dB帶寬。

  由于非線性光放大效應(yīng)，即增益弛豫振蕩(gain relaxation oscillations)因素，使VCSEL直接調(diào)制無法超過約30GHz，而這項發(fā)明研制出一種革命性的新型VCSEL設(shè)計。為仔細(xì)管理激光器的內(nèi)部反饋，研究人員通過將多個耦合腔(multiple coupled cavities)進(jìn)行組合，以一種多反饋的方式增強了“慢光(slow-light)”的反饋，從而將時間激光帶寬(速度)擴展到馳豫振蕩頻率的已知限制之外。這項創(chuàng)新設(shè)計是突破性的，因為來自每個腔的直接反饋只需要適度，并通過耦合腔精確控制，具備更高的設(shè)計靈活性。依據(jù)這中耦合腔組合方式，可以預(yù)計實現(xiàn)100GHz范圍內(nèi)的調(diào)制帶寬。

  喬治華盛頓大學(xué)電子計算機工程副教授Volker Sorger表示：“我們推出激光設(shè)計的范式轉(zhuǎn)變，利用一種新穎的耦合腔方法，通過顯著減慢激光速度，來仔細(xì)控制對激光的反饋。這種耦合腔方法為激光設(shè)計提供了全新的自由度，并有機會應(yīng)用在基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。”

  該項研究的論文共同作者兼技術(shù)發(fā)明者Hamed Dalir博士表示：“面對數(shù)據(jù)服務(wù)需求的迅速增長，下一代通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、汽車傳感和手機面部識別等需求，這是一項及時的技術(shù)創(chuàng)新。同時，耦合腔系統(tǒng)也為新型應(yīng)用，諸如量子信息處理器提供了思路。”