垂直腔面發(fā)射激光器（Vertical cavity surface emitting lasers, VCSELs）是數(shù)據(jù)中心大數(shù)據(jù)速率光互連的基礎(chǔ)。目前，垂直腔面發(fā)射激光器已經(jīng)取代了距離低于500米的邊緣發(fā)射激光器，這是因?yàn)樗鼈兙哂兄T多優(yōu)點(diǎn)，例如可以在晶圓上測(cè)試。由于數(shù)據(jù)中心的波分復(fù)用趨勢(shì)和短程激光雷達(dá)等汽車應(yīng)用的發(fā)展，最近對(duì)垂直腔面發(fā)射激光器特別是陣列的需求明顯增加。

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中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, CIOMP）的Bimberg中德綠色光子學(xué)研究中心最近發(fā)表在IEEE Xplore雜志上的一項(xiàng)研究報(bào)告了新型多口徑垂直腔面發(fā)射激光器（multi-aperture VCSELs）（專利）的研究進(jìn)展。多孔徑垂直腔面發(fā)射激光器的發(fā)展帶來了更大的溫度滾轉(zhuǎn)、更大的輸出功率、更大的f3dB（決定通信比特率的決定性參數(shù)）等性能優(yōu)勢(shì)。該設(shè)計(jì)最近在德國波茨坦的2021年國際半導(dǎo)體激光器會(huì)議（ISLC）首次亮相。

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新的設(shè)計(jì)基于從任意幾何排列的多個(gè)蝕刻盲孔中制造出可變形狀的氧化光圈。在氧化之后，盲孔被金屬填充。金屬填充盲孔可以有效地去除設(shè)備熱量，并允許低電阻電流注入有源區(qū)。因此，該設(shè)備可以在廣泛的溫度范圍和更高的頻率下工作。一個(gè)臺(tái)面可以包含一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器，這些發(fā)射器仍與直徑為50μm的光纖相匹配。此外，這種新型的MAVs制造工藝與目前的半導(dǎo)體制造基礎(chǔ)設(shè)施是兼容的。

新的多孔徑垂直腔面發(fā)射激光器需要進(jìn)行徹底的重新設(shè)計(jì)才能造出整個(gè)儀器。典型的窄氧化孔徑垂直腔面發(fā)射激光器在離散波長下呈現(xiàn)單模發(fā)射，導(dǎo)致輸出功率很小。與傳統(tǒng)的垂直腔面發(fā)射激光器設(shè)計(jì)相比，具有數(shù)個(gè)孔徑的新型多光圈垂直腔面發(fā)射激光器設(shè)計(jì)可以在相同的離散波長下產(chǎn)生n個(gè)單模發(fā)射，輸出功率是傳統(tǒng)垂直腔面發(fā)射激光器設(shè)計(jì)的數(shù)倍，有效區(qū)工作溫度更低，f3dB更大。

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這種新型設(shè)計(jì)的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是單模發(fā)射的輸出功率能大大增加，從而將單模通信距離延長到一公里。調(diào)整光圈形狀使其遠(yuǎn)離圓形將導(dǎo)致偏振發(fā)射。

最重要的是，單�；蚨嗄６嗫讖酱怪鼻幻姘l(fā)射激光器將表現(xiàn)出更小的串聯(lián)電阻（與目前的經(jīng)典垂直腔面發(fā)射激光器相比）。因此，使用新型的高速CMOS驅(qū)動(dòng)電路將很容易實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。該模塊的低能耗是邁向綠色光子學(xué)的重要一步。

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