在单个1.3μm数据中心芯片上展示四种波长

此前在德国波茨坦举行的国际半导体激光会议（ISLC）上，Vector Photonics公司高级开发工程师Calum Hill博士作了题为“发射波长为1.3μm的单片全半导体PCSEL”的主题演讲，这也是该公司将最新的技术成果首次公布与众。

ISLC是一年两次举办的会议，在美洲、亚洲和澳洲以及欧洲、中东和非洲之间交替。会议由 Ferdinand-Braun-Institut组织并得到IEEE Photonics Society的支持。ISLC会议被许多光子学公司和学术组织用来推出突破性的半导体开发，因此十分受到业界的期待和重视。

Vector Photonics 公司首席执行官NeilMartin

在演讲中，Calum Hill博士解释说，“Vector Photonics可以展示PCSEL上简单的间距变化是如何在单个单片芯片上实现多个波长的。公司的研发人员已经在同一晶片上演示了1298nm-1340nm之间的四个相邻PCSEL的激光发射。每个通道都适用于CWDM（粗波分复用）数据通信应用，并且具有大于35dB的SMSR（边模抑制比）测量值。

他表示，“结果验证了Vector Photonics化合物半导体技术，并在商业激光器设计中开辟出了新的灵活性。PCSEL已经证明了可提供高速和高功率的基本数据通信参数，并结合基于表面发射设备而带来的低成本封装优势。这一最新发展提供了更大的灵活性和成本节约，因为获得同等结果所需的激光器很少。”

Vector Photonics公司自2012年就开始研发PCSEL技术，并在2020年11月开始生产基于PCSEL技术的半导体激光器。如今已成功开发出光子晶体表面发射半导体激光器（photonic crystal surface emitting semiconductor lasers，PCSEL），并正逐步将PCSEL技术实现商业化。根据公司首席执行官Neil Martin的说法，PCSEL成本低、坚固耐用，具有宽波长范围和高功率。相比当今使用的大多数激光器技术，PCSEL具有巨大的优势。

经过测试，Vector Photonics公司的PCSEL激光器比同类产品VCSEL和DFB激光器更快。在今年4月举行的一次化合物半导体国际虚拟会议上，一篇论文显示Vector Photonics公司的PCSEL技术能够比同等的VCSEL或EEL的速度快得多。公司产品开发总监David Childs的论文描述了该公司PCSEL技术的首次速度测量。他认为，面积更小、速度更优化的PCSEL有潜力达到VCSEL速度的两倍以上，对DFB激光则是三倍以上。

PCSEL与VCSEL

与PCSEL相对的是VCSEL。根据Vector Photonics公司的信息，PCSEL拥有制造成本低、坚固耐用，宽波长范围和高功率的特点。VCSEL的布拉格堆栈中使用的材料及其相应的波长决定了堆栈的尺寸和属性。波长越长，布拉格堆栈的每个周期越厚，整体越大。周期数或堆叠层数会越高，就会增加电阻并限制功率。

与VCSEL相比，PCSEL具有以下优势：不使用像VCSEL那样的布拉格堆栈结构（或者实际上像DFB那样的小面涂层），而是使用易于缩放的2D光栅；具有低接触电阻，可确保任何尺寸激光器的最高功率输出；可以由任何材料制成，因此适用于各种波长和应用；功率是单模，将随面积成比例地放大，通过2D构造和平面内反馈轻松实现；没有VCSEL使用的氧化孔，因此在制造过程中不需要专门的氧化炉。

此外，PCSEL平面外的表面发射为激光器提供了巨大的成本和性能优势，使它们易于制造、测试、封装和集成到电子组件中。从而使得PCSEL拥有一些关键性能特征，比如相干阵列、固态阵列、光束控制、波长灵活性以及高速数据。

具体来说，PCSEL中的面内反馈可实现相干耦合阵列。阵列的激光元件由耦合器区域连接。这意味着平面内的光在激光元件之间链接，从而产生相干性。使用透镜，相干光可以聚焦到具有更大光密度的小光点，这在切割、焊接、熔化、雕刻应用中具有优势。

PCSEL可以具有阵列结构，其中耦合器区域可以在“光学相控阵列”中进行控制。通过电子调谐耦合器区域的相位可以实时控制激光束，而无需移动部件。这使得PCSEL适用于快速发展的激光雷达（LiDAR）应用。
PCSEL的结构使它们可以很容易地在任何增益材料中制造，以产生任何颜色或波长。其他类型激光器必须由特定材料制成。例如VCSEL已经在850nm的GaAs中大量展示，但在1310nm 和1550nm的InP中很难制造，因此不能可靠地用于高速数据通信。

为了实现高速 1310nm 数据通信和 1550nm 电信波长，必须通过减小尺寸来最小化半导体器件的体积。EEL具有较大的模式长度和较小的模式高度。VCSEL的模式长度较小，但模式高度相对较大。尽管VCSEL可以实现高速并且可以经济高效地生产，但其有限的单模性能使其不适用于高速数据通信和长途电信。这些限制也将它们在传感应用中的使用限制在相对较短的距离内。

Vector Photonics公司的战略是继续开发PCSEL技术，以改进制造技术并扩大使用PCSEL的应用范围。公司团队最初的重点是用于数据中心应用程序的数据通信，以验证技术的商业用途。公司未来的计划包括开发激光雷达、光学通信、移动消费和传感市场，在这些市场中PCSEL 技术可提供突破性的性能和成本。

来源：荣格-《国际工业激光商情》


原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。