中科院研发新型多孔径垂直腔面发射激光器：单模通信距离延长到一公里

垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL）是数据中心大数据光互连的基础。目前，由于VCSEL具有可在晶圆上测试等优点，在500米以下的距离中已经取代了边缘发射激光器。由于数据中心的波长复用趋势和短距离激光雷达等汽车应用的发展，最近对VCSEL——特别是阵列——的需求明显增加。

最近发表在IEEE Xplore上的一项研究和由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（CIOMP）的宾堡中德绿色光子学研究中心报告了新型多孔径VCSEL专利的进展。多孔径VCSEL的开发带来了性能上的优势，如更高的温度滚动、更高的输出功率和更大的f3dB（决定通信比特率的决定性参数）。

这种新颖的设计是基于从任意几何排列的多个蚀刻盲孔中制造出可变形状的氧化孔径。在氧化之后，盲孔被填充了金属。填充金属的盲孔能有效地去除器件中的热量，并允许低电阻电流注入到有源区。因此，该器件可以在很宽的温度范围和更高的频率下工作。

科学家表示，新型多孔径VCSEL需要完全重新设计以匹配最终的装置。经典的VCSEL具有狭窄的氧化孔径，输出功率小。与经典的VCSEL设计相比，具有多个孔径的新型多孔VCSEL设计可以在同一离散波长上产生n个单模发射，输出功率为n倍，而且有源区的工作温度更低，f3dB更大。

这种新型设计的另一个显著优势是单模发射的输出功率大大增加，从而使单模通信距离延长到一公里。

最重要的是，单模或多模多孔径VCSEL串联电阻更低（与目前经典的VCSEL相比）。因此，它将很容易被新型高速CMOS驱动电路所驱动。该模块的能耗要低得多，这是迈向绿色光子学的一个重要步骤。

该研究论文题为"Multi-aperture VCSELs: high power, low resistance, single mode"，已发表在IEEE Xplore期刊上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：https://ieeexplore.ieee.org/document/9615903