垂直腔麵發射激光器（VCSELs）在1.55um具有高調製帶寬和低衰減的低成本。與(yu) 其他直接調製激光器一樣，激光啁啾在高數據速率下限製了標準單模光纖中的鏈路長度，並且光纖色散會(hui) 導致誤碼率（BER）損失。這可以通過色散補償(chang) 光纖（DCFs）來克服。本文研究了單片生長的1.55umVCSELs利用DCF來增加可能的鏈路長度的調製性能。在10Gb/s的傳(chuan) 輸速率下進行了數據傳(chuan) 輸實驗，首次展示了該類型激光器色散相關(guan) 的誤碼率性能。
色散補償(chang) 光纖的1.55μmvcsel調製性能-器件結構及特點
隨著製造技術的不斷發展，垂直腔麵發射激光器（VCSELs）已被證明是一種具有成本效益的光源。爆炸性的帶寬需求，特別是在上傳(chuan) 和下載速度方麵，將需要光寬帶網絡和光纖到戶解決(jue) 方案，以降低每帶寬成本，以滿足未來的市場條件。特別是直接調製激光器的非冷卻、無源粗波分複用（CWDM）解決(jue) 方案預計將具有成本效益。
對於(yu) 850nm的VCSEL，比特率高達25Gb/s，適用於(yu) 通過多模光纖的短距離光互連和光以太網解決(jue) 方案。然而，對於(yu) 直接調製激光器來說，距離在10到40公裏之間、比特率在10Gb/s及以上的城域範圍內(nei) 的光纖鏈路仍然是一個(ge) 挑戰。一方麵，對於(yu) 1.3um左右的激光器，功率預算限製了鏈路長度。另一方麵，低光纖衰減的直接調製1.55μm激光器存在色散限製的Max傳(chuan) 輸長度Lmax。
在高比特率B下，光纖鏈路的色散係數和常數K的關(guan) 係為(wei)
盡管850和1330nm通常被認為(wei) 是光互連的主要波段，但1.55um是有效的波長，因為(wei) 在這個(ge) 波長發生非常低的光纖吸收非常低的激光工作電壓。此外，芯片內(nei) 連接和集成矽光子學需要這個(ge) 波段，因為(wei) 矽在1.55um是透明的。因此，為(wei) 了在標準單模光纖（SNFs）中處理1.55um的色散，例如，使用電子色散補償(chang) （EDC）或通過光學注入鎖定的方法，已經做了很多工作。另一方麵，隻有光纖的吸收Min值物理固定為(wei) 1.55um。由於(yu) 色散可以設計，色散位移光纖可能是一種選擇。然而，SMF已經被廣泛部署。因此，緊湊的色散補償(chang) 光纖（DCF）模塊可用於(yu) 克服1.55um VCSELs的啁啾限製，同時用於(yu) 多個(ge) CWDM信道。因此，我們(men) 研究了這種光纖對我們(men) 新的長波長高速VCSELs傳(chuan) 輸性能的影響。
在本文中，我們(men) 提出了一個(ge) 利用DCF進行啁啾管理的1.55um VCSEL的數據傳(chuan) 輸實驗，表征了這種類型激光器的傳(chuan) 輸性能與(yu) 光纖網色散的依賴關(guan) 係。
器件結構及特點
高速1.55umVCSEL結構，優(you) 化了包層的熱管理，提高了底鏡反射率。激光芯片及結構示意圖如圖1所示。BCB用作低介電常數鈍化，以實現高速運行。外延輸出鏡由無基吸收的InGaAlAs-InAlAs層對組成。為(wei) 了在高溫下實現高速運行和足夠的增益，有源區域由七個(ge) 重應變量子阱（每個(ge) 6納米寬）組成，並具有針對高溫行為(wei) 優(you) 化的模式增益偏移。因此，可以得到負T0值，即在較高溫度下閾值電流較低。這種效應是由於(yu) 增益和腔模的紅移隨溫度的不同而引起的。
圖1 高速1.55-um VCSEL的截麵示意圖
插圖：製作好的VCSEL器件圖片
因此，利用這一效應可以改善VCSEL器件的高溫性能。InP是一種良好的熱導體(ti) ，由n包層組成，通過更好地冷卻有源區域，也有助於(yu) 實現高溫操作。這些激光器的混合後鏡由3.5對CaF2-ZnS和一層金組成。孔徑為(wei) 6um的器件在室溫下的輸出功率約為(wei) 3mW。閾值電流和電壓分別低至約1mA和0.9V。
發現該頻譜為(wei) 單模，在相關(guan) 電流和溫度範圍內(nei) ，側(ce) 模抑製比至少為(wei) 30dB。為(wei) 了與(yu) 商業(ye) 收發模塊兼容，該芯片被安裝在發射器光學組件（TOSA）中。該模塊包含一個(ge) 光隔離器和光纖耦合器。圖2顯示了高速1.55um埋地隧道結VCSEL TOSA模塊隨溫度變化的輸出特性。該模塊用於(yu) 數據傳(chuan) 輸實驗，在室溫下提供1.1mW的光纖耦合單模連續波輸出功率，在80℃時提供0.4mW的輸出功率，並且具有較低的閾值電流。如圖所示，光譜是高度單模態的。
圖2 高速1.55um VCSELTOSA模塊的光輸出電流-電壓（L-I-V）特性
圖中給出的單模頻譜
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