30 GHz bandwidth 850 nm VCSEL with sub‐100 fJ/bit energy dissipation at 25–50 Gbit/s

Abstract

A high-speed and energy-efficient oxide-confined 850 nm verticalcavity surface-emitting laser (VCSEL) for optical interconnects is presented. A record-high modulation bandwidth of 30 GHz is reached for a 3.5 µm oxide aperture VCSEL, with 25 GHz bandwidth already at a bias current of 1.8 mA. The high bandwidth at low currents enables energy-efficient transmission with a dissipated heat energy in the VCSEL of <100 fJ/bit at 25, 40 and 50 Gbit/s.

Высокоскоростные Полупроводниковые Вертикально-Излучающие Лазеры Для Оптических Систем Передачи Данных (Обзор)

“…В то же время лазеры с токовой апертурой 3−4 µm, в которых фактор подавления мод высшего порядка (SMSR) не превышает 10−20 dB (так назывемые квазиодномодовые лазеры), позволяют не только достичь высоких частот эффективной модуляции при малых токах накачки, но и уменьшить ширину спектра лазерной генерации по сравнению с таковой для типичных многомодовых ВИЛ [32]. Такой подход широко используется для повышения энергоэффективности оптических передат-чиков на основе ВИЛ и дальности передачи данных по стандартному многомодовому оптоволокну [75][76][77]. Альтернативным подходом к увеличению плотности фотонов, при-ходящихся на одну лазерную моду, является управление модовым составом (уменьшение числа мод) в изначально многомодовом ши-рокоапертурном приборе путем внесения селективных оптических Письма в ЖТФ, 2018, том 44, вып.…”

“…13 приведен возможный ва-риант ВИЛ на основе КЯ InGaAs спектрального диапазона 850 nm с 0.5λ-микрорезонатором и симметричным расположением апертурных слоев. Уменьшение размера токовой апертуры до 3.5 µm и минимизация K-фактора (∼ 0.13 ns) позволили увеличить частоту эффективной моду-ляции ВИЛ до рекордного значения 30 GHz в режиме прямой токовой модуляции [77].…”

Ширина линии излучения и alpha-фактор одномодовых вертикально-излучающих лазеров спектрального диапазона 850 нм на основе квантовых ям InGaAs/AlGaAs -=SUP=-*-=/SUP=-

“…Большое внимание уде-ляется вопросу создания сверхскоростных энергоэффек-тивных оптических межсоединений, когда необходимо повысить быстродействие лазеров в режиме прямой токовой модуляции, снизить их энергопотребление и одновременно уменьшить ширину спектра лазерного излучения для снижения дисперсии сигнала при пере-даче данных по оптическому волокну [2,3]. В последние годы растет интерес к микроминиатюрным источникам лазерного излучения на основе ВИЛ ближнего инфра-красного (ИК) диапазона для применения в квантовых магнитометрах [4,5], лазерных интерферометрах [6] и квантовых стандартах частоты (так называемые атомные часы) [7,8], где принципиально требуется обеспечить одномодовый режим лазерной генерации ВИЛ с фик-сированным направлением поляризации и малой ши-риной линии излучения.…”

20-Gb/s Modulation of Silicon-Integrated Short-Wavelength Hybrid-Cavity VCSELs

“…Silicon's lack of efficient light emission calls for hybrid solutions. GaAs-based verticalcavity surface-emitting lasers (VCSELs) are the most highspeed and energy-efficient light sources available with modulation bandwidth up to 30 GHz [1], data rates above 70 Gb/s [2], and energy dissipation of less than 100 fJ/bit at data rates up to 50 Gb/s [1], [3].…”