研究人员提出了不同尺寸和形状的多孔径垂直腔面发射激光器

江苏激光联盟导读：

来自中国科学院的研究：研究人员提出了不同尺寸和形状的多孔径垂直腔面发射激光器。

垂直腔面发射激光器(VCSELs)为数据中心的大数据速率光互连提供了基础。目前，VCSELs在500米以下的距离上已经取代了边缘发射激光器，因为它们具有诸如晶片上测试的可能性等优点。由于数据中心波长多路复用的趋势和汽车应用(如近程激光雷达)的发展，VCSELs尤其是阵列的需求最近显著增加。

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中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(CIOMP)的Bimberg Chinese- german Center for Green Photonics最近在《IEEEXplore》杂志上发表了一篇文章，报告了新型多口径VCSELs(专利)的研究进展。多口径VCSELs的发展带来了更大的温度滚转、更大的输出功率、更大的f3dB(决定通信比特率的决定性参数)等性能优势。该设计最近在德国波茨坦ISLC 2021年首次亮相。

平面图SEM显示5个µm孔和3个µm(左)或1个µm(右)大小的金刚石孔。发射波长为850 nm。

这种新颖的设计基于从任意几何排列的多个蚀刻盲孔制造可变形状的氧化孔。氧化后，盲孔内填充金属。金属填充的盲孔有效地从器件中去除热量，并允许低电阻电流注入有源区。因此，该设备可以在很宽的温度范围和更高的频率下工作。一个台面可以包含一个或多个发射器，仍然匹配到50 μm直径的光纤。此外，这种新型的MAVs制造工艺与目前的半导体制造基础设施是兼容的。

氧化后单孔截面SEM。发射波长为910 nm。

新型的多孔径VCSEL需要对最终器件进行彻底的重新设计。典型的窄氧化孔径VCSELs在离散波长下呈现单模发射，导致输出功率很小。与传统的VCSELs设计相比，具有n个孔径的新型多口径VCSELs设计可以在相同离散波长下产生n个单模发射，输出功率是传统VCSELs设计的n倍，有效区工作温度更低，f3dB更大。

这种新型设计的另一个显著优势是单模发射，输出功率大大增加，从而将单模通信距离延长至1公里。将孔径形状从圆形调整将导致偏振发射。

绝缘层沉积后的一个孔和其周长金属的扫描电镜。

最重要的是，单模或多模多孔径VCSEL将表现出更小的串联电阻(与目前的经典VCSEL相比)。因此，采用新型的高速CMOS驱动电路将很容易实现驱动。该模块的能耗要低得多，这是迈向绿色光子学的关键一步。

来源：Multi-aperture VCSELs: high power, low resistance, single mode, 202127th International Semiconductor Laser Conference (ISLC) (2021). DOI:10.1109/ISLC51662.2021.9615903