本文提出了調製帶寬超過17GHz且極低寄生的1.55μm短腔VCSELs。這些設備是第1個(ge) 長波VCSELs，能夠在4.2公裏標準單模光纖上以25Gb/s的速度進行無差錯數據傳(chuan) 輸。
1.55μm高速vcsels可實現高達25Gbit/s的無差錯光纖傳(chuan) 輸
不斷發展的用於(yu) 接入網和城域網的100G-以太網解決(jue) 方案支持高單通道數據速率，特別是25Gb/s，以保持較低的係統成本。對於(yu) 這樣的鏈路，垂直腔表麵發射激光器（VCSELs）具有高數據速率和低成本光源，功耗預算小，迄今為(wei) 止隻能在850nm至1100nm的波長範圍內(nei) 使用。由於(yu) 在這些波長下隻能實現短距離的光互連，因此在1.3μm和1.55μm波長的高速VCSELs的開發上已經投入了大量的努力，並且穩步改進。
在本文中，我們(men) 報告了使用1.55μm高速VCSEL在4.2km標準單模光纖上以25Gb/s的數據速率進行無錯誤數據傳(chuan) 輸。睜開眼睛的速度高達25Gb/s。這種出色的調製性能基於(yu) 極低的器件寄生和創紀錄的3dB截止頻率，這兩(liang) 者都是国产成人在线观看免费网站短腔（SC）高速設計的結果。
短腔VCSEL：設計和靜態性能
圖1.a)為(wei) SC-VCSEL布局示意圖。如前期研究所示，使用具有高折射率對比的兩(liang) 層介質反射鏡，可以縮短有效腔長，縮短光子壽命，提高弛豫共振頻率，降低本征阻尼。為(wei) 了減少接觸墊寄生，使用苯並環丁烯（BCB）作為(wei) 鈍化劑。在量子阱中引入壓縮應變，可以降低透明載流子密度，提高（差分）增益，從(cong) 而實現高速運行。為(wei) 了降低空間電荷區的寄生電容，降低了InP-regrowth層的摻雜水平，從(cong) 而有力地降低了器件的寄生。
對於(yu) 有源直徑為(wei) 5μm的器件，室溫下的光輸出功率超過2mw，80℃時的光輸出功率超過0.8mW（圖1.b）。應該指出的是，由於(yu) 減少了散熱量，在大信號調製下，熱滾轉轉移到更高的電流。閾值電流分別低至1ma和2ma。由於(yu) 這些器件的高耦合效率高達60%，因此可以實現高光纖耦合功率幅值。頻譜顯示單模工作，側(ce) 模抑製比在滾轉電流下超過40dB。
圖1 (a)短腔VCSEL截麵示意圖
(b)25°C和80°C時的l-i特性；25℃下的光譜，IDC=14mA
(c)室溫下不同電流下的小信號調製響應
當電流IDC=12.4mA時，達到3db截止頻率為(wei) 17GHz
小信號和大信號調製性能
S參數測量采用中描述的設置。圖1.c)繪製了室溫工作時s21參數過調製頻率。在本征和熱阻尼可以忽略不計的低電流狀態下觀察到明顯的共振峰，從(cong) 而揭示了優(you) 異的器件寄生性。寄生截止頻率高達23GHz。在接近熱滾轉的偏置電流中，3dB截止頻率達到17GHz，由於(yu) 熱阻尼和固有阻尼的增加，共振得到了強烈的抑製。因此，與(yu) 典型的DFB激光器相比，我們(men) 得到了一個(ge) 相當平坦的調製響應，具有明顯的共振峰。因此，沒有強調製超調和數據速率超過DFB激光器的典型估計預期。
為(wei) 了證明我們(men) 的期望，我們(men) 以25Gb/s的數據速率進行了大信號實驗。這些器件在沒有任何色散補償(chang) 的情況下耦合到4.2km標準單模光纖（SMF）上。耦合是主動穩定的。為(wei) 了更好地調整誤碼率測試設備的決(jue) 策電平，我們(men) 使用了高帶寬光電探測器，信號通過摻鉺光纖放大器（EDFA）進行預放大。為(wei) 了突出調製下的偏振穩定性，我們(men) 使用了特殊的保偏EDFA。因此，在該方案中，極化翻轉將意味著一個(ge) 比特誤差。給定的接收功率是在EDFA放大之前，並且仍然不受激光的限製，因為(wei) 在這種情況下將需要第二個(ge) EDFA。
如圖2.a)所示，在偽(wei) 隨機比特序列（PRBS）為(wei) 27-1、數據速率為(wei) 25Gb/s的條件下，實現了4.2kmSMF和背靠背（BTB）的無差錯數據傳(chuan) 輸。器件在室溫下分別以12.5mA和12mA的偏置電流工作。兩(liang) 種情況下調製幅度Vpp均選擇0.42V。在誤碼率為(wei) 10-9時，誤碼率（BER）損失為(wei) 1.5dB。相應的開眼圖如圖2.b)和c)所示。BTB配置的信噪比為(wei) 5.5，光纖傳(chuan) 輸的信噪比為(wei) 3.6。
圖2 1.55μm高速VCSEL在25℃、PRBS為(wei) 27-1、25gb/s條件下的無差錯數據傳(chuan) 輸
(a) BTB和4.2km光纖鏈路的ber測量
（b,c）以25gb/s的速度進行4.2公裏光纖連接和BTB
我們(men) 提出了1.55μm高速VCSELs，具有新穎的短腔設計，在光纖鏈路上實現了超過17GHz的創紀錄高小信號調製帶寬和25Gb/s的數據速率。因此，這些設備可以很好地作為(wei) 100G以太網解決(jue) 方案中獨特的低成本和高數據速率激光源。
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