美國(guó)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)研制VCSEL激光器新型設(shè)計(jì)

  ICC訊 （編譯：Aiur） 據(jù)Physorg消息，美國(guó)喬治華盛頓大學(xué)近期在垂直腔面激光器(VCSEL)芯片方面研發(fā)出一種新型設(shè)計(jì)，獲得了最創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間帶寬。該設(shè)計(jì)通過(guò)結(jié)合多個(gè)橫向耦合腔體增強(qiáng)了激光器的光反饋。當(dāng)前，VCSEL激光器已是數(shù)據(jù)中心和超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能和高速光互連的重要器件。

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

  VCSEL是半導(dǎo)體激光二極管中的重要門(mén)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?yàn)榫o湊的尺寸和高超的光電性能，VCSEL獲得了重要的市場(chǎng)地位。作為小型激光器，VCSEL被用作高速、短波通信和光網(wǎng)絡(luò)的光源。汽車(chē)、數(shù)據(jù)通信智能傳感器應(yīng)用的關(guān)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(yīng)，寄生電阻、電容和非線性增益效應(yīng)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(yīng)，即增益弛豫振蕩(gain relaxation oscillations)因素，使VCSEL直接調(diào)制無(wú)法超過(guò)約30GHz，而這項(xiàng)發(fā)明研制出一種革命性的新型VCSEL設(shè)計(jì)。為仔細(xì)管理激光器的內(nèi)部反饋，研究人員通過(guò)將多個(gè)耦合腔(multiple coupled cavities)進(jìn)行組合，以一種多反饋的方式增強(qiáng)了“慢光(slow-light)”的反饋，從而將時(shí)間激光帶寬(速度)擴(kuò)展到馳豫振蕩頻率的已知限制之外。這項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是突破性的，因?yàn)閬?lái)自每個(gè)腔的直接反饋只需要適度，并通過(guò)耦合腔精確控制，具備更高的設(shè)計(jì)靈活性。依據(jù)這中耦合腔組合方式，可以預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)100GHz范圍內(nèi)的調(diào)制帶寬。

  喬治華盛頓大學(xué)電子計(jì)算機(jī)工程副教授Volker Sorger表示：“我們推出激光設(shè)計(jì)的范式轉(zhuǎn)變，利用一種新穎的耦合腔方法，通過(guò)顯著減慢激光速度，來(lái)仔細(xì)控制對(duì)激光的反饋。這種耦合腔方法為激光設(shè)計(jì)提供了全新的自由度，并有機(jī)會(huì)應(yīng)用在基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域?！?

  該項(xiàng)研究的論文共同作者兼技術(shù)發(fā)明者Hamed Dalir博士表示：“面對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)需求的迅速增長(zhǎng)，下一代通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、汽車(chē)傳感和手機(jī)面部識(shí)別等需求，這是一項(xiàng)及時(shí)的技術(shù)創(chuàng)新。同時(shí)，耦合腔系統(tǒng)也為新型應(yīng)用，諸如量子信息處理器提供了思路。”