用于光互連的高能效VCSELs

Philip+Moser

垂直腔表面發(fā)射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser， VCSEL） 是光從垂直于半導(dǎo)體襯底表面方向射出的一種半導(dǎo)體激光器，是很有發(fā)展前景的新型光電器件。VCSEL具有模式好、閾值低、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、調(diào)制速率高、集成高、發(fā)散角小、耦合效率高、價(jià)格便宜等很多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)閂CSEL在垂直于襯底的方向上可并行排列著多個(gè)激光器，所以非常適合應(yīng)用在并行光傳輸以及并行光互連等領(lǐng)域。垂直腔表面發(fā)射激光器的優(yōu)越性已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，近十幾年來，垂直腔表面發(fā)射激光器在結(jié)構(gòu)、材料、波長(zhǎng)和應(yīng)用領(lǐng)域都得到了飛速的發(fā)展。

本書第一次提供了垂直腔表面發(fā)射激光器光互連的動(dòng)態(tài)能量效率的系統(tǒng)分析，這是解決目前能源消耗呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)緊迫問題的關(guān)鍵技術(shù)。高能效數(shù)據(jù)通信是“綠色光子學(xué)”中最重要的領(lǐng)域之一，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的比特率，顯著降低每比特的能耗。本書分析了發(fā)射850nm和980nm的GaAs基氧化物限制的VCSEL靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，并且推導(dǎo)出在任何波長(zhǎng)下使用VCSEL實(shí)現(xiàn)能量有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊话阋?guī)則。這些規(guī)則在數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)中被驗(yàn)證，可廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多模光纖傳輸和高達(dá)85℃的高溫下的高能效數(shù)據(jù)傳輸。本書也展示和討論了能量效率、溫度穩(wěn)定性、調(diào)制帶寬，低電流密度操作和其他VCSEL特性。

本書共分9章：1.介紹；2.VCSEL基礎(chǔ)知識(shí)；3.氧化物限制的VCSEL的動(dòng)態(tài)特性；4.動(dòng)態(tài)能效；5.高速VCSEL的制備；6.VCSEL設(shè)計(jì)；7.850 nm VCSEL實(shí)驗(yàn)結(jié)果；8.980 nm VCSEL實(shí)驗(yàn)結(jié)果；9.結(jié)論和展望

本書被提名為柏林技術(shù)大學(xué)優(yōu)秀博士論文。本書的工作也獲得2012年和2014年SPIE綠色光通信獎(jiǎng)，2012年Chorafas獎(jiǎng)和2014年光子學(xué)校學(xué)生創(chuàng)新獎(jiǎng)。本書為適用于所有波長(zhǎng)的VCSEL的節(jié)能操作提供了通用規(guī)則，適于半導(dǎo)體材料、光學(xué)專業(yè)的學(xué)生、研究學(xué)者、工程師以及相關(guān)技術(shù)人員閱讀參考。

楊盈瑩，副研究員

（中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所）