VCSEL技术及其在光互连中的应用

垂直腔表面发射激光器（VCSELs）是并行光互连、高速光交换系统中最合适的光源。它具有易耦合、易封装和测试的优点。由于其独特的性能，可以较为方便地制作二维激光器阵列。基于VCSEL阵列的光电混合集成及并行光互连是当前的研究热点。本文介绍了VCSEL基本结构及设计中的关键技术，并对VCSEL在光互连中的应用进行了研究。     

VCSEL侧面抽运的全固态激光器

研究了一种VCSEL(垂直腔表面发射激光器)侧面抽运的全固态激光器,报道了一种可以稳定工作的紧凑型Nd\:YAG激光器。该激光器采用VCSEL阵列进行侧面抽运,利用微透镜阵列对VCSEL阵列进行准直,并以柱透镜将抽运光整形为线形光束以获得足够高的功率密度,以Cr~(4+)\:YAG作为可饱和吸收体进行被动调Q,最终得到重复频率为40 Hz、脉宽为4 ns及单脉冲能量为2.1 mJ的激光输出。测试结果表明,该激光器在较大的温度范围内都可以实现稳定的激光输出,同时具有结构紧凑、高抗失谐和高抗振动的特性,可作为未来空间激光探测及其他特殊环境下应用的光源。     

垂直腔表面发射激光器的研究

垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是一种应用于光纤通信系统的低成本、高性能的特定波长光源,它具有测试简单、易耦舍以及易形成阵列等独特优势,已在光并行互连及高密度光存贮等领域得到大规模应用.文章介绍了VCSEL的结构和当前的制造工艺水平,阐述了各波段VCSEL的发展和应用现状,探讨了VCSEL在不同领域中的应用范围并指出了VCSEL的发展前景.     

高功率人眼安全波段垂直腔面发射激光器

首次报道了连续输出功率>1 W、脉冲输出功率>10 W的1550 nm波长垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）阵列。对1550 nm VCSEL激光器单个发光单元的热阻特性进行了分析，建立了基于热阻分析及可变产热量的VCSEL阵列热模型，优化了VCSEL发光单元间距，在理论上保证了阵列内部具有均匀的温度分布。制备了发光单元边缘间距为30μm的高密度集成1550 nm波长VCSEL阵列，并对其在连续工作及脉冲电源驱动条件下的输出特性进行了测试分析。当VCSEL阵列的工作温度为15℃时，最高连续输出功率达到1.05 W；即使工作温度增加至65℃，VCSEL的最高连续输出功率仍能达到0.42 W。在脉宽为5μs、重复频率为1 kHz的脉冲条件下，VCSEL在15℃时的最大峰值功率达到10.5 W，此时VCSEL呈现出热饱和现象。当脉冲功率为10.5 W时，阵列远场的光斑仍然呈圆形对称形貌，两个正交方向上的远场发散角分别为26.69°和26.98°。     

840 nm VCSEL阵列湿法氧化研究

湿法氧化工艺已经成为制备垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其阵列的关键技术,为提高器件的散热性能,对单元器件采用环行分布孔的氧化窗口,优化设计了分布孔的数目与间距.同时从瞬态热传导方程对构成激光器阵列单元器件的热相互作用进行了理论的分析.采用湿法氧化工艺制备了840 nm、3×3二维VCSEL阵列,对阵列器件的光电特性、光谱及近场等进行了测量,证明器件性能良好.     

基于SiP技术的VCSEL阵列微系统封装

针对半实物仿真系统的需求,基于系统级封装技术提出了一款由垂直腔面发射激光器(VCSEL)激光器阵列、激光器驱动芯片、电源芯片等组成的微系统,并介绍了基于微机电系统微纳加工技术的VCSEL激光器阵列的制造工艺流程.该激光器的封装方法具有集成度高、可靠性高等特点,相比于其他驱动及封装方法大大提高了驱动效率和空间利用率,因此在光学成像、通信、互联等领域具有广泛应用前景,为实现半实物仿真中激光成像发生器奠定了基础.     

基于SiP技术的VCSEL阵列微系统封装

针对半实物仿真系统的需求,基于系统级封装技术提出了一款由垂直腔面发射激光器(VCSEL)激光器阵列、激光器驱动芯片、电源芯片等组成的微系统,并介绍了基于微机电系统微纳加工技术的VCSEL激光器阵列的制造工艺流程.该激光器的封装方法具有集成度高、可靠性高等特点,相比于其他驱动及封装方法大大提高了驱动效率和空间利用率,因此在光学成像、通信、互联等领域具有广泛应用前景,为实现半实物仿真中激光成像发生器奠定了基础.     

VCSEL的发展现状和市场应用

近年来由于高速光网络的快速发展，使人们对一种新型的半导体激光器——垂直腔面发射激光器(VCSEL)给予了更多的关注，已成为研究开发的热点。本介绍了VCSEL的发展进程、基本结构及较之于侧面发射激光器(包括与LED作比较)的优势，以及近期出现的新技术和封装手段，详细叙述了各波段VCSEL所用的材料、技术、市场应用。最后简述了VCSEL基光收发机的市场状况。     

垂直腔面发射激光器中位错形成及扩展特性分析

垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有成本低、速率高、功耗低和易于集成等优点，在短距离数据通信等领域具有广泛的应用。随着使用寿命、失效率等要求的不断提高以及器件应用需求的不断增大，VCSEL的可靠性受到了人们的广泛关注。研究发现，VCSEL失效的主要原因与位错的产生和扩展有关。为了提高器件的可靠性，对VCSEL内位错形成的原因进行分析，并系统介绍了位错扩展的动态特性和内在机理。     

选择液相外延法制备GaAs SNOM微探尖

使用GaAs（001）衬底模拟垂直腔面发射激光器（VCSEL）外延片表面，采用选择液相外延技术在其上面制备了用于超高密度光存储的扫描近场光学显微术GaAs微探尖阵列，并用扫描电子显微镜对微探尖阵列进行了表征．结果表明，在合适的条件下，微探尖呈金字塔状，并且有着较好的分布周期性．这对解决微探尖与VCSEL出光窗口的对准问题、批量制备问题和实现多探尖并行扫描具有实际应用价值．     

用于空间光互连的850 nm VCSEL 4×4阵列的热场模拟

作为空间光互连系统的发射部分,垂直腔表面发射激光器(VCSEL)阵列的热特性直接影响到光互连系统的稳定性。建立了850nm VCSEL 4×4阵列的热场数学模型,并利用有限差分法求解热传导和热扩散方程,得出了在VCSEL单元工作电流为10mA时阵列的热场分布:VCSEL单元有源层温度约为50℃;整个阵列的温度仅为38.65℃。依据此结果制作了850nm 4×4光互连模块,其每通道稳定传输速率达到1Gbit/s。     

垂直腔面发射激光器特性测试系统研究

根据垂直腔面发射激光器（VCSEL）的工作特性，设计了一种新型的易于实验室普及使用的VCSEL特性测试系统，并对VCSEL进行测试，得到了相关测试曲线。该系统使用方便，成本适中，有重要的实际应用价值。     

高功率垂直腔面发射激光器

垂直腔面发射激光器(VCSEL)技术在20世纪90年代走向成熟并开始工业化生产,数据通信是VCSEL的第1个规模化产品应用市场.2001年对于VCSEL而言是一个转折点,这一年数据通信由高峰走入低谷,但VCSEL的生产厂家和用户却从VCSEL的优异性能中看到了其在非数据通信领域应用的光明前景.在工业应用方面,VCSEL作为激光光源现已广泛应用于气体传感器中,通过测量气体对激光的吸收光谱可以确定某种气体(O2等)的浓度.在最为人们所看好的人机界面领域,VCSEL以价格低廉、易于批量生产和性能优异的特点打入了鼠标市场,以VCSEL制成的激光鼠标已经成为主流产品,年产量巨大.现在摆在VCSEL面前的还有一个发展前景广阔的领域:高功率脉冲激光器应用市场.要想进入这一市场,VCSEL必须具备2个方面的优势:低成本和高性能.本文主要讨论了VCSEL在高功率脉冲激光器方面的应用,内容包括VCSEL的制造技术、装配解决方案、产品的性能和可靠性,另外还介绍了VCSEL瞄准的市场目标及其发展潜力.     

湿法腐蚀和干法刻蚀工艺对850 nmVCSEL高速调制性能的影响

垂直腔面发射激光器(VCSEL)以其低功耗、低阈值电流、高调制速率和易制作二维阵列器件等特点,广泛应用于短距离光互连领域.湿法腐蚀和干法刻蚀作为高速VCSEL台面结构制备的两种工艺,影响VCSEL氧化层的大小.文章研究了氧化层面积对寄生电容的影响,并计算得到7 μm氧化孔径下采用干法刻蚀工艺的垂直腔面发射激光器,相比较湿法腐蚀工艺,氧化层电容由902.23 fF减小至581.32 fF,谐振腔电容由320.72 fF减小至206.65 fF.通过对采用湿法腐蚀和干法刻蚀工艺制备的GaAs量子阱结构高速VCSEL进行小信号调制响应测试,结果表明,7μm氧化孔径下干法刻蚀VCSEL小信号调制带宽提高至16.1 GHz.     

微结构垂直腔面发射激光器的设计

具有高功率、单横模工作特性的垂直腔激光器(VCSEL)将会极大地扩展VCSEL激光器的应用领域,具备此性能的VCSEL激光器除了能增强它在短距离通信及光存储网络的应用之外,还将成为长距离光通信以及光传感系统里重要的器件.然而对于传统的VCSEL激光器,高功率和单横模工作特性很难同时获得,这是因为高功率输出通常将会增大输出孔径,大的输出孔径则会带来多横模振荡.文中通过在P-DBR层中引入纳米微结构,设计了一种能同时提供高功率、单横模输出的VCSEL激光器.这种新型的VCSEL激光器通过采用光子带隙的波导结构,使得设计的激光器在大输出孔径(直径达12 μm)时仍然保持单横模工作.     

VCSEL的发展现状和市场应用

近年来由于高速光网络的快速发展,使人们对一种新型的半导体激光器——垂直腔面发射激光器(VCSEL)给予了更多的关注,已成为研究开发的热点。本文介绍了VCSEL的发展进程、基本结构及较之于侧面发射激光器(包括与LED作比较)的优势,以及近期出现的新技术和封装手段,详细叙述了各波段VCSEL所用的材料、技术、市场应用。最后简述了VCSEL基光收发机的市场状况。     

垂直腔面发射激光器特性测试系统与应用研究

根据垂直腔面发射激光器(VCSEL)的工作特性,设计了一种新型的易于实验室普及使用的VCSEL特性测试系统,文中详细介绍了该测试系统的组成,包括VCSEL的驱动电源--锯齿波稳流电源、光电检测电路和图象显示及数据传输系统等,并对垂直腔面发射激光器(VCSEL)的工作特性进行测试,得到了相关测试曲线.研究表明,该系统使用方便,成本适中,有一定应用价值.     

MEMS波长可调谐激光器及其进展

论述了MEMS波长可调谐激光器及其进展。介绍了几种不同类型的波长可调谐激光器,如基于表面微机械反射镜的MEMS可调谐激光器、基于深腐蚀圆形反射镜的MEMS可调谐激光器、基于闪耀光栅的MEMS可调谐激光器、基于阵列集成的MEMS可调谐DFB激光器和VCSEL基MEMS可调谐激光器。     

基于CPT原子钟的VCSEL激光器控制系统设计

设计基于原子相干布居俘获原理（CPT）的原子钟系统中垂直腔面发射激光器（VCSEL）控制器,其包括20mA量程、低噪声、精密直流稳流电源、介绍VCSEL控制系统组成和工作原理,并对VCSEL激光器系统进行了测试分析。结果表明,该控制系统可以实现单模态、窄线宽及低功耗稳定光源,对CPT原子钟VCSEL光源应用具有参考和使用价值。     

微小孔阵列垂直腔面发射激光器的研究

在980nm波长的大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的基础上制备了高输出功率的微小孔阵列半导体激光器,其最大输出光功率达到了1mW。介绍了针对微小孔阵垂直腔面发射激光器的特殊制备工艺,并对其特性进行了分析。