Single-Mode High-Speed 1.5-μm VCSELs

Abstract

Abstract-Single-mode 1.5-µm InP-based vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) with a 1.5-λ long semiconductor cavity and two dielectric distributed Bragg reflectors (DBRs) are presented. The electrical, thermal and optical characteristics are studied as a function of tunnel junction diameter and for different temperatures ranging from -10°C up to 65°C. Small-signal modulation bandwidths in excess of 21 GHz at room temperature are demonstrated for a DC power consumption below 10 mW. In this paper, the superior dynamic characteristics of these VCSELs are shown by demonstrating error-free operation at data rates up to 50 Gb/s in back-to-back configuration by non-return-to-zero modulation and without any equalization. Neither forward error correction nor digital signal processing were required.

726.7-Gb/s 1.5-µm Single-Mode VCSEL Discrete Multi-Tone Transmission over 2.5-km Multicore Fiber

“…The 1.5 µm SM InP-based VCSEL uses an ultra-short semiconductor cavity (~1.5 µm) and two distributed Bragg reflectors (DBRs) to enhance its bandwidth [4]. The optical gain is provided by an active region with seven AlGaInAs quantum wells and current confinement is achieved by a p+ -AlGaInAs/n+ -GaInAs buried tunnel junction (BTJ).…”

“…However, the bandwidth of MMF prohibits a sufficiently long transmission distance, restraining the transmission reach to a few hundred meters. Meanwhile, long-wavelength (LW) single-mode (SM) VCSELs have gained a lot of interests thanks to the lower power consumption and losses in silica-based optical fibers [4], which is desired in long term to support future mega-datacenter fiber plants. A 74.8 Gb/s net-rate LW SM VCSEL link was demonstrated in real-time with 3-level duo-binary (EDB) modulation [5].…”

Анализ внутренних оптических потерь вертикально-излучающего лазера спектрального диапазона 1.55 μm, сформированного методом спекания пластин

“…Однако ряд фундаментальных проблем не позволяет реализовать всю лазерную структуру в предложенной конструкции в рамках единого эпитаксиального процесса и обусловливает необходимость применения высококонтрастных диэлектрических распределенных брэгговских отражателей (РБО) [6] или технологии спекания нескольких пластин с отдельными частями лазерной структуры [7]. В рамках обоих подходов была успешно продемонстрирована возможность реализации безошибочной передачи данных на скорости передачи данных более 10 Gbit/s [8,9], а в случае применения геометрии короткого оптического резонатора с двумя высококонтрастными диэлектрическими зеркалами быстродействие ВИЛ в режиме прямой модуляции было увеличено до 50 Gbit/s [10].…”

“…Следует отметить, что гибридная конструкция ВИЛ спектрального диапазона 1.55 µm на основе InAlGaAs квантовых ям (КЯ) требует не только применения сложной планарной технологии изготовления кристаллов и возможности осаждения диэлектрических слоев с высоким контрастом показателей преломления, но и предъявляет повышенные требования к качеству (шероховатость поверхности и резкость границ) интерфейсов РБО в силу падения коэффициента отражения из-за рассеяния света [11]. Это ограничивает минимально-достижимый уровень внутренних оптических потерь ВИЛ гибридной конструкции на 10 cm −1 [10]. Теоретически шероховатость интерфейсов эпитаксиальных нелегированных AlGaAs РБО существенно ниже шероховатости интерфейсов диэлектрических зеркал, однако уровень внутренних оптических потерь ВИЛ спектрального диапазона 1.3 µm на основе InAlGaAs КЯ, полученных методом спекания пластин гетероструктур, синтезированными методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (ГФЭМО), лишь на 10% ниже потерь для ВИЛ гибридной конструкции [12], что, по-видимому, обусловлено размытием гетерограниц и неоптимальным профилем легирования структуры.…”

“…При этом потери на вывод излучения задаются значениями коэффициентов отражения зеркал РБО и эффективной длиной вертикального микрорезонатора L e f f согласно выражению: [9,12], но и для рекордно быстродействующих ВИЛ спектрального диапазона 1.55 µm на основе толстых InAlGaAs КЯ с коротким резонатором, полученных с использованием гибридной конструкции длинноволновых ВИЛ [10]. В настоящей работе представлены результаты анализа уровня внутренних оптических потерь и эффективности токовой инжекции одномодовых ВИЛ спектрального диапазона 1.55 µm c активной областью на основе тонких напряженных InGaAs/InAlGaAs КЯ и нелегированных AlGaAs/GaAs РБО, полученных методом спекания пластин.…”