本文介紹了4秦踪、8和12高速器件的單片集成長波垂直腔面發(fā)射激光器陣列。這些設備的光刻定義間距為250米掸茅，在20公里的標準單模光纖中具有10Gb/s的每通道帶寬椅邓。整個陣列的輸出性能是非常均勻的。發(fā)射波長是可尋址的電流調(diào)諧倦蚪，沒有任何誤碼率損失希坚。這為城域網(wǎng)絡提供了高度可擴展的帶寬边苹。通過從粗波分復用（WDM）到密集波分復用（WDM）操作的遷移陵且，在不進一步投資發(fā)射機基礎設施的情況下，帶寬從2.5Gb/s升級到80Gb/s是可行的个束。
用于高帶寬WDM-PONs的1.55um vcsel陣列(2)-設備屬性與實驗
設備屬性
通常，單片集成的VCSEL陣列具有非常高的均勻性阱表。我們也證明了我們的長波長陣列的這種行為殿如。在圖2中，我們給出了在室溫下最爬，沒有任何主動冷卻的情況下涉馁，測量到的112vcsel陣列的光輸出-電流（L-I）特性。我們計算出了VCSEL陣列中所有激光器的光輸出-電流-電壓（L-I-V）和光譜特性非常均勻爱致。
1×12 VCSEL陣列室溫下的L-I曲線
請注意烤送，器件之間沒有熱串擾，因為它們直接集成到金色散熱器中糠悯。這些小孔徑器件的輸出功率通常在1.5mW左右帮坚。具有較大孔徑的器件顯示單模輸出功率為幾毫瓦妻往，并在85℃時提供高于0dbm的功率水平。波長是高度可調(diào)的试和，但在相同的驅(qū)動電流陣列內(nèi)幾乎相同讯泣。對于所有被研究的陣列，光譜不均勻性小于1nm阅悍，遠低于4-5nm的調(diào)諧范圍判帮。
VCSEL陣列內(nèi)單個激光器的小信號調(diào)制性能是通過與共面射頻（RF）探頭直接接觸激光來實現(xiàn)的，這種設置與倒裝芯片的設備相當溉箕，可以以更低的成本實現(xiàn)更好的性能晦墙。圖3繪制了VCSEL陣列在不同偏置電流下的小信號頻率響應測量結(jié)果。對于每個偏置條件肴茄，實線都適合于包括弛豫共振頻率晌畅、阻尼因子和寄生極在內(nèi)的三極濾波器函數(shù)。曲線擬合允許提取多個參數(shù)寡痰。對于所考慮的所有偏置電流抗楔，可以實現(xiàn)大于2.5GHz的調(diào)制帶寬。對于大于3mA的偏置電流拦坠，可以找到高于7ghz的平坦調(diào)制帶寬连躏，足以以10Gb/s的速度傳輸數(shù)據(jù)。這些結(jié)果適用于VCSEL陣列中的所有激光器贞滨。請注意入热，對于4毫安以上的潛水電流，帶寬和輸出功率幾乎是平坦的晓铆。
VCSEL陣列的頻率響應和調(diào)諧特性
在3mA偏置電流以上勺良，帶寬足以達到10Gb/s
測量了兩種波長分別為1550nm和1570nm的CWDMVCSEL陣列的調(diào)諧特性。圖4(a)顯示了在室溫下未冷卻得到的結(jié)果骄噪。
帶寬升級的VCSEL特性：
(a) 兩個CWDMVCSEL陣列
(b)高速VCSEL的諧振頻率與驅(qū)動電流高于閾值的平方根的調(diào)諧特性
在圖4(b)中尚困，共振頻率與高于閾值的驅(qū)動電流的平方根繪制（就像通常用于邊緣發(fā)射激光器一樣），其中只能在開始時觀察到線性相互關系链蕊，因為必須考慮熱翻轉(zhuǎn)的影響事甜。同樣，可以觀察到帶寬在很大的電流范圍內(nèi)是平坦的滔韵，而波長可以在很大范圍內(nèi)調(diào)諧逻谦。結(jié)合圖4所示的這些結(jié)果，我們提出了一種新的可擴展VCSEL陣列應用方案奏属。
VCSEL陣列顯示出廣泛可調(diào)跨跨。預計在CWDM操作下（只有一個激光器是有效的）VCSEL陣列將不被冷卻，而當DWDM操作（許多有效激光器）啟動時，溫度控制將被激活勇婴。此外忱嘹，在DWDM操作下，該陣列可以提供多達4/8個DWDM信道耕渴，可在100GHz/50GHz信道間隔下尋址拘悦。為了保持低成本，功率組合應采用集成光學橱脸。如果溫度是固定的础米，則僅通過驅(qū)動電流就可以精確地調(diào)節(jié)波長。波長鎖定器并不一定需要添诉，因為波長也可以通過智能傳輸協(xié)議間接控制屁桑，該協(xié)議可以監(jiān)控接收器的誤碼率（BER）。
數(shù)據(jù)傳輸實驗
在10Gb/s直接調(diào)制栏赴、非歸零數(shù)據(jù)（215-1偽隨機比特序列模式長度）和20km標準單模光纖（SMF）無源傳輸鏈路下蘑斧，對VCSEL陣列的傳輸性能進行了評估。所使用的接收器由一個12.5GHz的p-i-n光電二極管须眷、一個10GHz的限制放大器和一個9.33GHz的低通濾波器組成竖瘾。注意，實驗中沒有進行電子色散補償花颗。圖5(a)顯示了ITU網(wǎng)格上間隔為100GHz的4個10Gb/s調(diào)制信道的疊加光譜和相應的眼圖捕传。由于缺乏尾纖版本和光學合成器，我們使用陣列的一個激光器分別測試每個DWDM信道扩劝。此外庸论，所有通道的誤碼率測量如圖5(b)所示，其中在四種偏置條件下可以實現(xiàn)無誤差操作今野。眼圖中的時序抖動以及低靈敏度可能是由于使用了初步的激光安裝葡公，而沒有在微縮版A（SMA）安裝上進行任何射頻優(yōu)化罐农。在10Gb/s的調(diào)制速率下条霜，由于絕熱啁啾引起的線展寬被測量為小于100GHz或50GHz信道間隔。經(jīng)測量涵亏，調(diào)制后的激光器在20km后的半zui寬處的全寬度小于0.1nm宰睡。由于功率水平較低，串擾可以忽略不計气筋，并且所使用的SMF中的色散會阻礙非線性串擾拆内，如四波混頻。因此宠默，此概念驗證是該傳輸方案的有效演示麸恍。盡管如此，使用VCSEL陣列進行每升級CWDM信道80Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸實驗仍然需要進行。
數(shù)據(jù)傳輸實驗結(jié)果
VCSEL陣列在BER=10-9和DWDM濾波后調(diào)制頻譜的眼圖
(a)經(jīng)過20kmSSMF
(b)相應的BER測量
我們提出了一種新的1.55m長波VCSEL陣列抹沪，用于光數(shù)據(jù)傳輸刻肄，并提出了一個新的應用概念。與傳統(tǒng)的邊緣發(fā)射器陣列不同融欧，VCSEL陣列具有平坦的帶寬特性和較大的調(diào)諧能力敏弃，可用于CWDM網(wǎng)絡向DWDM網(wǎng)絡的升級。即使對于50GHz的DWDM網(wǎng)格噪馏，由于絕熱啁啾也不會產(chǎn)生串擾麦到。對于100GHz/50GHz的DWDM網(wǎng)格，只能通過改變激光偏置條件來解決4個或8個信道分別為10Gb/s的問題欠肾。
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