ICC訊 (編譯:Aiur) 據(jù)Physorg消息,美國喬治華盛頓大學(xué)近期在垂直腔面激光器(VCSEL)芯片方面研發(fā)出一種新型設(shè)計(jì),獲得了最創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間帶寬。該設(shè)計(jì)通過結(jié)合多個(gè)橫向耦合腔體增強(qiáng)了激光器的光反饋。當(dāng)前,VCSEL激光器已是數(shù)據(jù)中心和超級計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能和高速光互連的重要器件。
高速、大功率緊湊級激光器:面向下一代數(shù)據(jù)中心和傳感器的新型VCSEL(圖源:George Washington University)
VCSEL是半導(dǎo)體激光二極管中的重要門類,其隨單片激光諧振器在垂直于芯片表面的方向上出光。因?yàn)榫o湊的尺寸和高超的光電性能,VCSEL獲得了重要的市場地位。作為小型激光器,VCSEL被用作高速、短波通信和光網(wǎng)絡(luò)的光源。汽車、數(shù)據(jù)通信智能傳感器應(yīng)用的關(guān)鍵要求是密集流量和高速傳輸,而緊湊型高速VCSEL可以滿足其要求。然而,熱效應(yīng),寄生電阻、電容和非線性增益效應(yīng)等因素的限制,使VCSEL激光器速度極限為3 dB帶寬。
由于非線性光放大效應(yīng),即增益弛豫振蕩(gain relaxation oscillations)因素,使VCSEL直接調(diào)制無法超過約30GHz,而這項(xiàng)發(fā)明研制出一種革命性的新型VCSEL設(shè)計(jì)。為仔細(xì)管理激光器的內(nèi)部反饋,研究人員通過將多個(gè)耦合腔(multiple coupled cavities)進(jìn)行組合,以一種多反饋的方式增強(qiáng)了“慢光(slow-light)”的反饋,從而將時(shí)間激光帶寬(速度)擴(kuò)展到馳豫振蕩頻率的已知限制之外。這項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是突破性的,因?yàn)閬碜悦總€(gè)腔的直接反饋只需要適度,并通過耦合腔精確控制,具備更高的設(shè)計(jì)靈活性。依據(jù)這中耦合腔組合方式,可以預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)100GHz范圍內(nèi)的調(diào)制帶寬。
喬治華盛頓大學(xué)電子計(jì)算機(jī)工程副教授Volker Sorger表示:“我們推出激光設(shè)計(jì)的范式轉(zhuǎn)變,利用一種新穎的耦合腔方法,通過顯著減慢激光速度,來仔細(xì)控制對激光的反饋。這種耦合腔方法為激光設(shè)計(jì)提供了全新的自由度,并有機(jī)會(huì)應(yīng)用在基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。”
該項(xiàng)研究的論文共同作者兼技術(shù)發(fā)明者Hamed Dalir博士表示:“面對數(shù)據(jù)服務(wù)需求的迅速增長,下一代通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、汽車傳感和手機(jī)面部識別等需求,這是一項(xiàng)及時(shí)的技術(shù)創(chuàng)新。同時(shí),耦合腔系統(tǒng)也為新型應(yīng)用,諸如量子信息處理器提供了思路?!?