发布时间 : 星期六 文章垂直腔表面发射激光器(VCSEL)论文更新完毕开始阅读5beb51107375a417876f8f1e
>98 >30 腔面反射率（%） 增益区体积（μm3） ≥2×2×0.3 ≥300×2×0.2 500-100 <1 纵模间距（nm） <1 横模间距（nm） 几个纳米 外延片的中间检测 无需解理，水平探针测量 必须解理成单管测量 集成化 易于实现二维阵列 仅一维阵列 10-2-10-4 10-4-10-5 自发发射因子 850nmGaAs/AlGaAs已经趋于成熟。当GaAs/AlGaAs量子阱VCSEL的腔面积做到2×2平方微米时，其阈值电流低达90uA,频率响应＞40GHz，工作效率达47%，在误码率（BER）<1012时，其传输速率高达10Gb/s。Lucent公司采850nmVCSEL与新型多模光纤耦合实现了超过1.6km、10Gb/s的传输实验。Honeywell公司的产品具体参数如下：
表2. Honeywell公司的SV3639产品具体参数
波长 模式 驱动电压 阈值电流 上升/下降时间 相对强度噪声 1.8V 100μA <200ps -130dB/Hz 850nm 单纵模和单横模 驱动电流1-7mA 输出功率0.5-1mW(1mA驱动电流下) 斜率效率0.3mW/mA VCSEL主要技术指标有波长、模式、阈值电流、相对噪声强度等。 五．主要应用
1.用于高速光纤通信
1300nm和1550nm长波长化VCSEL在Gb/s速率光纤通信中有广阔的市场前景，由于1300nm和1550nm波长VCSEL除具有处于光纤低色散和低衰减窗口的优点外，还具有在中长距离高速传输方面的优越性； 2.用于数字通信
VCSEL在短距离、大容量并行数据链路将有巨大应用市场。低成本和高性能的VCSEL广泛应用于局域网中节点之间的数据传输。随着局域网带宽需求的提高，需有G比特以太网或高速局域网协议，VCSEL可作为低成本多模光发射机； 3.用于光互连
1300nm波长VCSEL是光并行处理、光识别系统及光互连系统中的关键器件。VCSEL在光信息处理、光互连、光交换、光计算、神经网络等领域中可充分发挥光子的并行操作能力和大规模集成面阵的优势，具有广阔的应用前景； 4.用于光存储
VCSEL可用作光存储读/写光源。VCSEL用作CD光盘的光源可以提高存储密度，光盘读出系统还可配以分立的外部光电探测器来监测发自光盘的反射光。美国加利福尼亚大学已演示一种采用带有内腔量子阱吸收器的VCSEL的新型集成光盘读出头。由VCSEL发出的CW光束聚焦在光盘上，而经扩展的反射光束直接进入VCSEL光腔。在反向偏置下，内腔吸收器的功能是作为光电探测器，其产生的光生电流提供一种精确的发自光盘的光反馈变量。
此外，VCSEL还应用在新型照明器、显示器、激光打印机等。
六．不同波段VCSEL具体介绍
1.340nm波段
制作这个波段的器件很困难，目前正在大力研究反射镜结构、P型掺杂、光刻等工艺；
2.630-670nm波段 在低价格应用中，可将此波段VCSEL直接用作可见光光源，从人眼的灵敏度和安全考虑需650nm或更短的波段进行光屏蔽和距离测试，此外，还可用于高密度光存储系统、高清晰度激光打印、以及基于塑料光纤的光通信系统中； 3.750nm-780nm波段 应用于工业、环境和医疗的各类化学传感系统，其最需要频繁测量的值是示踪气体的含量。发射波长763nm和780nm的单模窄线宽VCSEL具有高光谱纯度特性，特别适合于光谱学和传感器。在氧气的探测和原子钟时间标准系统中，它是一种理想光源。
图8.在762nm波长范围的氧气吸收线图9.用于氧气探测的波长调制光谱示意图
4.850波段
它是短程（<500m）光纤通信系统中的关键器件，形成的阵列产品主要应用在中心局开关盒路由器、DWTM、局域网（LAN）和光纤信道存储网(SAN)中。下表为美国ATX公司的850nm VCSEL产品：
表3. ATX公司的850nm VCSEL产品
产品结构 注入式，T046，球形透镜，带PD 注入式，T046，球形透镜，不带PD 注入式，T046，平面窗口，带PD 注入式，T046，平面窗口，不带PD 氧化式，T046，球形透镜，带PD 氧化式，T046，球形透镜，不带PD 型号 VX-T111-4BP1 VX-T111-4B01 VX-TH11-4FP1 VX-TH111-4FP1 VX-T011-4BP1 VX-T011-4B01 参数 数据率：1.25Gb/s 数据率：1.25Gb/s 数据率：1.25Gb/s 数据率：1.25Gb/s 数据率：2.5Gb/s 数据率：2.5Gb/s 氧化式，T046，平面窗口，带PD 氧化式，T046，平面窗口，不带PD 注入式，大功率，T046，球形透镜，带PD 注入式，大功率，T046，球形透镜，不带PD 注入式，大功率，T046，平面窗口，带PD 注入式，大功率，T046，平面窗口，不带PD VX-T011-4F01 VX-T011-4FP1 VX-TH11-4FP1 VX-TH11-4FP1 VX-TH11-4FP1 VX-TH11-4F01 数据率：2.5Gb/s 数据率：2.5Gb/s 输出功率：1.8Mw@12mA 输出功率：1.8Mw@12mA 输出功率：1.8Mw@12mA 输出功率：1.8Mw@12mA 5.980nm波段
其氧化层具有很强的光限制作用，有利于降低阈值电流。适用于光时钟、半导体电子和通信元器件中的光检测器、粒子发生器、模数变换等； 6.1300nm波段
处于光纤的低色散窗口，是高速长距离光纤通信，光并行处理，光识别系统及并行光互连系统中的关键器件。极有可能取代850nm波段VCSEL。采用基于1310nmVCSEL模块所带来的最直接的好处就是降低功耗（最低可降至50%和成本）。下表为1310nm VCSEL在中短距离和长距离应用中，可直接代替FP和DFB激光器。
表4. 采用1310nm VCSEL的SONET应用 光纤传OC-3(155Mb/s) OC-12(623Mb/s) OC-48(2.5Gb/s) OC-192(10Gb/s) 输距离（km） 12 1310nm VCSEL 1310nm VCSEL 1310nm VCSEL 1310nm VCSEL 24 1310nm VCSEL 1310nm VCSEL 1310nm VCSEL 1310nm VCSEL 48 1310nm VCSEL 1310nm VCSEL 1310nm DFB 1310nm DFB 7.1550nm波段
主要作为光通信中的光源，应用于长距离、宽带高速光纤通信；可靠的低价格光纤链路；零偏发射机和二维发射阵列；且有潜力解决超大规模集成电路互连的瓶颈问题，是LAN、城域网（MAN）、WDM、DWDM的关键器件。 8.可调谐VCSEL
典型的是将一直普通的980nm VCSEL与微光机电系统的反射腔集成组合，由曲形顶镜、增益层、反射底镜等构成可产生中心波长为1550nm的可调谐结构。在1528-1560nm范围内连续可调。 9.多波长VCSEL阵列
VCSEL及其阵列是一种新型半导体激光器，是光子集成方面的重大突破。自1990年演示有140个均匀间隔波长的多波长VCSEL阵列以来，已报道了制造单片多波长阵列的一系列技术。VCSEL阵列的发展方向是低成本、高速率、高密度、大阵列。将VCSEL与微透镜、微光机电系统、电子器件等相结合，还可实现功能性集成模块。
结束语
本文主要介绍了VCSEL的基本结构、工作原理、制备工艺、技术指标、主要应用以及不同波段的VCSEL。VCSEL的迅速发展和固有优点已使其成为光电子应用中的关键器件，有强大的生命力。近年来，性能优异的VCSEL不断被研发，主要涉及其低阈值电流，高输出功率，高电光转换效率，低工作电压，高调制带宽和高产额。我相信随着VCSEL的不断发展，它将会获得越来越多的潜在应用。
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