垂直腔面發(fā)射激光器（VCSELs）在1.55um具有高調(diào)制帶寬和低衰減的低成本麦撵。與其他直接調(diào)制激光器一樣，激光啁啾在高數(shù)據(jù)速率下限制了標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中的鏈路長度溃肪，并且光纖色散會(huì)導(dǎo)致誤碼率（BER）損失免胃。這可以通過色散補(bǔ)償光纖（DCFs）來克服。本文研究了單片生長的1.55umVCSELs利用DCF來增加可能的鏈路長度的調(diào)制性能惫撰。在10Gb/s的傳輸速率下進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)羔沙，首次展示了該類型激光器色散相關(guān)的誤碼率性能。
色散補(bǔ)償光纖的1.55μmvcsel調(diào)制性能-器件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展诗充，垂直腔面發(fā)射激光器（VCSELs）已被證明是一種具有成本效益的光源。爆炸性的帶寬需求棍郎，特別是在上傳和下載速度方面其障，將需要光寬帶網(wǎng)絡(luò)和光纖到戶解決方案，以降低每帶寬成本涂佃，以滿足未來的市場條件励翼。特別是直接調(diào)制激光器的非冷卻、無源粗波分復(fù)用（CWDM）解決方案預(yù)計(jì)將具有成本效益辜荠。
對于850nm的VCSEL汽抚，比特率高達(dá)25Gb/s，適用于通過多模光纖的短距離光互連和光以太網(wǎng)解決方案伯病。然而造烁，對于直接調(diào)制激光器來說，距離在10到40公里之間午笛、比特率在10Gb/s及以上的城域范圍內(nèi)的光纖鏈路仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)惭蟋。一方面，對于1.3um左右的激光器药磺，功率預(yù)算限制了鏈路長度告组。另一方面，低光纖衰減的直接調(diào)制1.55μm激光器存在色散限制的Max傳輸長度Lmax癌佩。
在高比特率B下木缝，光纖鏈路的色散系數(shù)和常數(shù)K的關(guān)系為
盡管850和1330nm通常被認(rèn)為是光互連的主要波段便锨，但1.55um是有效的波長，因?yàn)樵谶@個(gè)波長發(fā)生非常低的光纖吸收非常低的激光工作電壓我碟。此外放案，芯片內(nèi)連接和集成硅光子學(xué)需要這個(gè)波段，因?yàn)楣柙?.55um是透明的矫俺。因此吱殉，為了在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SNFs）中處理1.55um的色散，例如恳守，使用電子色散補(bǔ)償（EDC）或通過光學(xué)注入鎖定的方法考婴，已經(jīng)做了很多工作。另一方面催烘，只有光纖的吸收Min值物理固定為1.55um沥阱。由于色散可以設(shè)計(jì)，色散位移光纖可能是一種選擇伊群。然而考杉，SMF已經(jīng)被廣泛部署。因此舰始，緊湊的色散補(bǔ)償光纖（DCF）模塊可用于克服1.55um VCSELs的啁啾限制崇棠，同時(shí)用于多個(gè)CWDM信道。因此丸卷，我們研究了這種光纖對我們新的長波長高速VCSELs傳輸性能的影響枕稀。
在本文中，我們提出了一個(gè)利用DCF進(jìn)行啁啾管理的1.55um VCSEL的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)谜嫉，表征了這種類型激光器的傳輸性能與光纖網(wǎng)色散的依賴關(guān)系萎坷。
器件結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
高速1.55umVCSEL結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了包層的熱管理沐兰，提高了底鏡反射率哆档。激光芯片及結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。BCB用作低介電常數(shù)鈍化住闯，以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行瓜浸。外延輸出鏡由無基吸收的InGaAlAs-InAlAs層對組成。為了在高溫下實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行和足夠的增益比原，有源區(qū)域由七個(gè)重應(yīng)變量子阱（每個(gè)6納米寬）組成插佛，并具有針對高溫行為優(yōu)化的模式增益偏移。因此量窘，可以得到負(fù)T0值雇寇，即在較高溫度下閾值電流較低。這種效應(yīng)是由于增益和腔模的紅移隨溫度的不同而引起的。
圖1 高速1.55-um VCSEL的截面示意圖
插圖：制作好的VCSEL器件圖片
因此谢床，利用這一效應(yīng)可以改善VCSEL器件的高溫性能。InP是一種良好的熱導(dǎo)體厘线，由n包層組成识腿，通過更好地冷卻有源區(qū)域，也有助于實(shí)現(xiàn)高溫操作造壮。這些激光器的混合后鏡由3.5對CaF2-ZnS和一層金組成渡讼。孔徑為6um的器件在室溫下的輸出功率約為3mW耳璧。閾值電流和電壓分別低至約1mA和0.9V成箫。
發(fā)現(xiàn)該頻譜為單模，在相關(guān)電流和溫度范圍內(nèi)旨枯，側(cè)模抑制比至少為30dB蹬昌。為了與商業(yè)收發(fā)模塊兼容，該芯片被安裝在發(fā)射器光學(xué)組件（TOSA）中攀隔。該模塊包含一個(gè)光隔離器和光纖耦合器皂贩。圖2顯示了高速1.55um埋地隧道結(jié)VCSEL TOSA模塊隨溫度變化的輸出特性。該模塊用于數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)昆汹，在室溫下提供1.1mW的光纖耦合單模連續(xù)波輸出功率明刷，在80℃時(shí)提供0.4mW的輸出功率，并且具有較低的閾值電流满粗。如圖所示辈末，光譜是高度單模態(tài)的。
圖2 高速1.55um VCSELTOSA模塊的光輸出電流-電壓（L-I-V）特性
圖中給出的單模頻譜
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