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650nmVCSEL-下一代光通信的光源

李特;郝二娟;李再金;王勇;芦鹏;曲轶

【摘要】由于型的聚合物塑料光纤〔PlasticOpticFiber,简称POF〕的消灭,以及其在通信网络领域的应用前景,使得与该种光纤相对应的光源成为极具潜力的光纤通信光源。650nm垂直腔面放射激光器〔VCSELs〕正是满足这一需要的光电子器件,本文从光纤通信的需求动身,简要介绍了VCSELs的特点。并详尽地说明白现有650nmVCSELs的外延构造以及国内外在该领域的争论现状。同时,针对现有器件的缺点,作者提出了一些技术上的解决方法并说明白650nmVCSELs的进展方向。

【期刊名称】《科技创导报》

【年(卷),期】2023(000)031

【总页数】2页(P21-22)

【关键词】光通信;650nm;VCSELs

【作者】李特;郝二娟;李再金;王勇;芦鹏;曲轶

【作者单位】长春理工大学高功率半导体激光国家重点试验室,吉林长春130022;吉林大学和平校区公共教学中心,吉林长春130013;长春理工大学高功率半导体激光国家重点试验室,吉林长春130022;长春理工大学高功率半导体激光国家重点试验室,吉林长春130022;长春理工大学高功率半导体激光国家重点试验室,吉林长春130022;长春理工大学高功率半导体激光国家重点试验室,吉林长春130022

【正文语种】中文

【中图分类】TN243

在网络通讯迅猛进展的今日,光纤通信的地位已经越来越重要,而作为光纤通信中很重要的环节,光源的进展就显得更加引人注目。光纤通信所需要的光源性质与其他应用稍有不同,这种光源需要在较短的波段范围具有极高的发光强度,并且发光截面积不能大于光纤中心的直径,同时还要能保证它能与光纤的数值孔径(numericalaperture,简称NA)相匹配,此外,光源在高频时的调制特性也格外重要。目前,光纤通信所承受的光源大多是边放射发光二极管、面放射发光二极管、边放射半导体激光器以及面放射半导体激光器。发光二极管的输出光源于自发辐射,其频宽在100～150nm左右,发出的光极为分散,且在低温工作时输出功率只有0.1～3mW,所以传输速率较差。相比之下,激光光源的光输出功率较高(约为3～100mW),发光谱宽一般小于10nm,因此其传输速率比发光二极管快很多。

至于面放射半导体激光器和边放射半导体激光器最大的不同,在于面放射半导体激光器的谐振腔方向平行于长晶轴方向,而边放射半导体激光器的谐振腔方向则垂直于长晶轴方向。由于面放射半导体激光器的出光方向是在正面而非侧面,所以激光光束比较圆、发散角比较小,因此用在光纤耦合上简洁对准,可以节约很多光纤对准的封装本钱。另一方面,面放射半导体激光器的封装方式和传统使用发光二极管作为光源的网路系统是完全兼容的,因此网路系统中的光源假设承受面放射半导体激光器来替换发光二极管,原有的整个装配线都无须再作更改,但是传输速率与距离却可以大幅提升。

面放射半导体激光器正面出光的优点,还可以应用在制造二维通信阵列上,尤其适合用于板对板的网路传输或二维光纤束的传输端,这是传统的边放射半导体激光器所无法做到的。假设就制作工艺方面而言,边放射半导体激光器在晶片工艺完成之后,必需将晶片解理成条形,并且进展侧面的镀膜,此过程格外简洁并且很耗时;而面放射

半导体激光器不是利用晶体自然解理面作为谐振腔的反射面,所以不需要进展镀膜

或解理就可以进展元件测试,这样就可以节约大量的制造及测量时间。此外,集成电路的晶片工艺中包括VCSEL的整个制作工艺,所以晶圆制造厂可以在不增加任何设备费用下进展VCSEL生产,并且VCSEL晶片不像一般的半导体二极管薄膜那样薄和易碎,因此在清洗的过程中很简洁处理而大大地降低生产费用。

过去在光纤通信上,用的材料多为石英光纤(silicafiber),其损失窗在波长1.3μm及1.55μm,近年来,在短程光纤通信方面石英光纤正渐渐被塑料光纤(plasticopticalfiber,简称POF)所取代,这是由于塑料光纤的本钱比石英光纤低很多,简洁实现光纤到户(fibertothehome,简称FTTH)的目标,而且由于塑料光纤富有弹性,中心核线的半径大,所以简洁接合及操作,而且光也比较简洁输入,因此广泛地被使用在短程的光纤通信上,如办公室、争论机关、大楼或社区等。

如〔图1〕所示,以

polymethylmethacrylate-d8(PMMA-d8)材料为核心的塑胶光纤,在波长650nm左右有一最低损失窗,其穿透损失(transmissionloss)约为12dB/km,比PMMA在570nm的损失55dB/km,以及PMMA-