本文提出了調(diào)制帶寬超過17GHz且極低寄生的1.55μm短腔VCSELs。這些設(shè)備是第1個長波VCSELs唆樊，能夠在4.2公里標準單模光纖上以25Gb/s的速度進行無差錯數(shù)據(jù)傳輸宛琅。
1.55μm高速vcsels可實現(xiàn)高達25Gbit/s的無差錯光纖傳輸
不斷發(fā)展的用于接入網(wǎng)和城域網(wǎng)的100G-以太網(wǎng)解決方案支持高單通道數(shù)據(jù)速率片效，特別是25Gb/s红伦，以保持較低的系統(tǒng)成本。對于這樣的鏈路淀衣，垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSELs）具有高數(shù)據(jù)速率和低成本光源昙读，功耗預算小，迄今為止只能在850nm至1100nm的波長范圍內(nèi)使用膨桥。由于在這些波長下只能實現(xiàn)短距離的光互連蛮浑，因此在1.3μm和1.55μm波長的高速VCSELs的開發(fā)上已經(jīng)投入了大量的努力唠叛，并且穩(wěn)步改進。
在本文中沮稚，我們報告了使用1.55μm高速VCSEL在4.2km標準單模光纖上以25Gb/s的數(shù)據(jù)速率進行無錯誤數(shù)據(jù)傳輸玻墅。睜開眼睛的速度高達25Gb/s。這種出色的調(diào)制性能基于極低的器件寄生和創(chuàng)紀錄的3dB截止頻率壮虫，這兩者都是應用短腔（SC）高速設(shè)計的結(jié)果。
短腔VCSEL：設(shè)計和靜態(tài)性能
圖1.a)為SC-VCSEL布局示意圖环础。如前期研究所示囚似，使用具有高折射率對比的兩層介質(zhì)反射鏡，可以縮短有效腔長线得，縮短光子壽命饶唤，提高弛豫共振頻率，降低本征阻尼贯钩。為了減少接觸墊寄生募狂，使用苯并環(huán)丁烯（BCB）作為鈍化劑。在量子阱中引入壓縮應變角雷，可以降低透明載流子密度祸穷，提高（差分）增益，從而實現(xiàn)高速運行勺三。為了降低空間電荷區(qū)的寄生電容雷滚，降低了InP-regrowth層的摻雜水平，從而有力地降低了器件的寄生吗坚。
對于有源直徑為5μm的器件祈远，室溫下的光輸出功率超過2mw，80℃時的光輸出功率超過0.8mW（圖1.b）商源。應該指出的是车份，由于減少了散熱量，在大信號調(diào)制下牡彻，熱滾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到更高的電流扫沼。閾值電流分別低至1ma和2ma。由于這些器件的高耦合效率高達60%讨便，因此可以實現(xiàn)高光纖耦合功率幅值充甚。頻譜顯示單模工作，側(cè)模抑制比在滾轉(zhuǎn)電流下超過40dB霸褒。
圖1 (a)短腔VCSEL截面示意圖
(b)25°C和80°C時的l-i特性伴找；25℃下的光譜，IDC=14mA
(c)室溫下不同電流下的小信號調(diào)制響應
當電流IDC=12.4mA時废菱，達到3db截止頻率為17GHz
小信號和大信號調(diào)制性能
S參數(shù)測量采用中描述的設(shè)置技矮。圖1.c)繪制了室溫工作時s21參數(shù)過調(diào)制頻率抖誉。在本征和熱阻尼可以忽略不計的低電流狀態(tài)下觀察到明顯的共振峰，從而揭示了優(yōu)異的器件寄生性衰倦。寄生截止頻率高達23GHz袒炉。在接近熱滾轉(zhuǎn)的偏置電流中，3dB截止頻率達到17GHz樊零，由于熱阻尼和固有阻尼的增加我磁，共振得到了強烈的抑制。因此驻襟，與典型的DFB激光器相比夺艰，我們得到了一個相當平坦的調(diào)制響應，具有明顯的共振峰沉衣。因此郁副，沒有強調(diào)制超調(diào)和數(shù)據(jù)速率超過DFB激光器的典型估計預期。
為了證明我們的期望豌习，我們以25Gb/s的數(shù)據(jù)速率進行了大信號實驗存谎。這些器件在沒有任何色散補償?shù)那闆r下耦合到4.2km標準單模光纖（SMF）上。耦合是主動穩(wěn)定的肥隆。為了更好地調(diào)整誤碼率測試設(shè)備的決策電平既荚，我們使用了高帶寬光電探測器，信號通過摻鉺光纖放大器（EDFA）進行預放大巷屿。為了突出調(diào)制下的偏振穩(wěn)定性固以，我們使用了特殊的保偏EDFA。因此嘱巾，在該方案中憨琳，極化翻轉(zhuǎn)將意味著一個比特誤差。給定的接收功率是在EDFA放大之前旬昭，并且仍然不受激光的限制篙螟，因為在這種情況下將需要第二個EDFA。
如圖2.a)所示问拘，在偽隨機比特序列（PRBS）為27-1遍略、數(shù)據(jù)速率為25Gb/s的條件下，實現(xiàn)了4.2kmSMF和背靠背（BTB）的無差錯數(shù)據(jù)傳輸骤坐。器件在室溫下分別以12.5mA和12mA的偏置電流工作绪杏。兩種情況下調(diào)制幅度Vpp均選擇0.42V。在誤碼率為10-9時纽绍，誤碼率（BER）損失為1.5dB蕾久。相應的開眼圖如圖2.b)和c)所示。BTB配置的信噪比為5.5拌夏，光纖傳輸?shù)男旁氡葹?.6僧著。
圖2 1.55μm高速VCSEL在25℃履因、PRBS為27-1、25gb/s條件下的無差錯數(shù)據(jù)傳輸
(a) BTB和4.2km光纖鏈路的ber測量
（b,c）以25gb/s的速度進行4.2公里光纖連接和BTB
我們提出了1.55μm高速VCSELs盹愚，具有新穎的短腔設(shè)計栅迄，在光纖鏈路上實現(xiàn)了超過17GHz的創(chuàng)紀錄高小信號調(diào)制帶寬和25Gb/s的數(shù)據(jù)速率。因此皆怕，這些設(shè)備可以很好地作為100G以太網(wǎng)解決方案中獨特的低成本和高數(shù)據(jù)速率激光源毅舆。
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