美國大學科研團隊研制VCSEL激光器新型設計

  ICC訊 （編譯：Aiur） 據Physorg消息，美國喬治華盛頓大學近期在垂直腔面激光器(VCSEL)芯片方面研發出一種新型設計，獲得了最創紀錄的時間帶寬。該設計通過結合多個橫向耦合腔體增強了激光器的光反饋。當前，VCSEL激光器已是數據中心和超級計算機實現節能和高速光互連的重要器件。

高速、大功率緊湊級激光器：面向下一代數據中心和傳感器的新型VCSEL（圖源：George Washington University）

  VCSEL是半導體激光二極管中的重要門類，其隨單片激光諧振器在垂直于芯片表面的方向上出光。因為緊湊的尺寸和高超的光電性能，VCSEL獲得了重要的市場地位。作為小型激光器，VCSEL被用作高速、短波通信和光網絡的光源。汽車、數據通信智能傳感器應用的關鍵要求是密集流量和高速傳輸，而緊湊型高速VCSEL可以滿足其要求。然而，熱效應，寄生電阻、電容和非線性增益效應等因素的限制，使VCSEL激光器速度極限為3 dB帶寬。

  由于非線性光放大效應，即增益弛豫振蕩(gain relaxation oscillations)因素，使VCSEL直接調制無法超過約30GHz，而這項發明研制出一種革命性的新型VCSEL設計。為仔細管理激光器的內部反饋，研究人員通過將多個耦合腔(multiple coupled cavities)進行組合，以一種多反饋的方式增強了“慢光(slow-light)”的反饋，從而將時間激光帶寬(速度)擴展到馳豫振蕩頻率的已知限制之外。這項創新設計是突破性的，因為來自每個腔的直接反饋只需要適度，并通過耦合腔精確控制，具備更高的設計靈活性。依據這中耦合腔組合方式，可以預計實現100GHz范圍內的調制帶寬。

  喬治華盛頓大學電子計算機工程副教授Volker Sorger表示：“我們推出激光設計的范式轉變，利用一種新穎的耦合腔方法，通過顯著減慢激光速度，來仔細控制對激光的反饋。這種耦合腔方法為激光設計提供了全新的自由度，并有機會應用在基礎科學技術領域?！?

  該項研究的論文共同作者兼技術發明者Hamed Dalir博士表示：“面對數據服務需求的迅速增長，下一代通信網絡發展、汽車傳感和手機面部識別等需求，這是一項及時的技術創新。同時，耦合腔系統也為新型應用，諸如量子信息處理器提供了思路?！?