美国大学科研团队研制VCSEL激光器新型设计

  ICC讯 （编译：Aiur） 据Physorg消息，美国乔治华盛顿大学近期在垂直腔面激光器(VCSEL)芯片方面研发出一种新型设计，获得了最创纪录的时间带宽。该设计通过结合多个横向耦合腔体增强了激光器的光反馈。当前，VCSEL激光器已是数据中心和超级计算机实现节能和高速光互连的重要器件。

高速、大功率紧凑级激光器：面向下一代数据中心和传感器的新型VCSEL（图源：George Washington University）

  VCSEL是半导体激光二极管中的重要门类，其随单片激光谐振器在垂直于芯片表面的方向上出光。因为紧凑的尺寸和高超的光电性能，VCSEL获得了重要的市场地位。作为小型激光器，VCSEL被用作高速、短波通信和光网络的光源。汽车、数据通信智能传感器应用的关键要求是密集流量和高速传输，而紧凑型高速VCSEL可以满足其要求。然而，热效应，寄生电阻、电容和非线性增益效应等因素的限制，使VCSEL激光器速度极限为3 dB带宽。

  由于非线性光放大效应，即增益弛豫振荡(gain relaxation oscillations)因素，使VCSEL直接调制无法超过约30GHz，而这项发明研制出一种革命性的新型VCSEL设计。为仔细管理激光器的内部反馈，研究人员通过将多个耦合腔(multiple coupled cavities)进行组合，以一种多反馈的方式增强了“慢光(slow-light)”的反馈，从而将时间激光带宽(速度)扩展到驰豫振荡频率的已知限制之外。这项创新设计是突破性的，因为来自每个腔的直接反馈只需要适度，并通过耦合腔精确控制，具备更高的设计灵活性。依据这中耦合腔组合方式，可以预计实现100GHz范围内的调制带宽。

  乔治华盛顿大学电子计算机工程副教授Volker Sorger表示：“我们推出激光设计的范式转变，利用一种新颖的耦合腔方法，通过显着减慢激光速度，来仔细控制对激光的反馈。这种耦合腔方法为激光设计提供了全新的自由度，并有机会应用在基础科学技术领域。”

  该项研究的论文共同作者兼技术发明者Hamed Dalir博士表示：“面对数据服务需求的迅速增长，下一代通信网络发展、汽车传感和手机面部识别等需求，这是一项及时的技术创新。同时，耦合腔系统也为新型应用，诸如量子信息处理器提供了思路。”