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，這是因為它們具有諸多優(yōu)點，例如可以在晶圓上測試。由于數(shù)據(jù)中心的波分復(fù)用趨勢和短程激光雷達等汽車應(yīng)用的發(fā)展，最近對垂直腔面發(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雜志上的一項研究報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。該設(shè)計最近在德國波茨坦的2021年國際半導(dǎo)體激光器會議（ISLC）首次亮相。

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新的設(shè)計基于從任意幾何排列的多個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。一個臺面可以包含一個或多個發(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)射激光器需要進行徹底的重新設(shè)計才能造出整個儀器。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)計相比，具有數(shù)個孔徑的新型多光圈垂直腔面發(fā)射激光器設(shè)計可以在相同的離散波長下產(chǎn)生n個單模發(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)計的另一個顯著優(yōu)點是單模發(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)整光圈形狀使其遠離圓形將導(dǎo)致偏振發(fā)射。

最重要的是，單模或多模多孔徑垂直腔面發(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)動電路將很容易實現(xiàn)驅(qū)動。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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