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研究人员发明了新型垂直腔面发射激光器

发布时间: 2020-11-26 15:43:39   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

  乔治华盛顿大学的研究人员开发了一种新的垂直腔面发射激光器(VCSEL),它可以展示创纪录的时间带宽。这是通过结合多个横向耦合腔实现的,它增强了激光的光反馈。VCSELs已成为在数据中心和超级计算机中实现高能效和高速光互连的重要手段。 

  VCSEL是伴随单片激光谐振器的半导体激光二极管的重要一类,其沿垂直于芯片表面的方向发光。由于其紧凑的尺寸和较高的光电性能,此类激光器在市场上正变得越来越重要。作为小型激光器,它们被用作高速,短波通信和光学数据网络中的光源。紧凑的高速VCSEL使汽车或数据通信中智能传感器应用的关键要求是密集的流量和高速传输。但是,3-dB带宽(即VCSEL的速度限制)受到热效应,寄生电阻,电容和非线性增益效应的限制。 

  由于非线性光学放大效应,VCSEL的直接调制不能超过30 GHz。本研究引入了新颖的VCSEL设计。由于需要仔细管理激光器内部的反馈,因此研究人员通过组合多个耦合腔来引入一种多反馈方法。这使他们能够增强称为“慢光”的反馈,从而将时间激光带宽(速度)扩展到驰豫振荡频率的已知限制之外。该创新是突破性的,可以通过耦合腔精确控制,从而具有更高的设计自由度。 按照这种耦合腔方案,可以预期在100 GHz范围内产生调制带宽。 

  “在这里,我们在激光器设计中引入了范式转变。我们利用一种新的耦合腔方法仔细控制,通过显著减慢激光的速度来获得对激光的反馈。这种耦合腔方法为激光器设计增加了新的自由度, 同时给基础科学和技术领域都带来了机会。”乔治华盛顿大学电气与计算机工程副教授Volker Sorger说。 

  

  图3.  快速、强大的紧凑型激光器:下一代数据中心和传感器的新型VCSEL

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