用于光互联高速垂直腔面发射激光器相干耦合阵列研究
批准号:
61804175
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
荀孟
依托单位:
学科分类:
F0403.半导体光电子器件与集成
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈晨、侯继强、申英俊、刘晓宇、郭栋
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中文摘要
本项目对用于光互联的高速垂直腔面发射激光器(VCSEL)相干耦合阵列的关键科学技术问题进行研究。 提出利用VCSEL阵列内单元间光耦合方法提高器件的调制响应,获得单模高功率输出,克服传统VCSEL在传输速率和传输距离方面的相互制约。从单元量子结构、耦合方式与阵列动态性能的内在联系和规律入手,探索能够实现高速调制的阵列结构。采用光子晶体结合质子注入,设计出低阈值、单模高功率、稳定相干耦合的阵列;采用新型分离式电极、倒装底发射技术实现电流独立注入,实现单元相位的控制,改善散热。研究阵列制备和外延生长的关键技术。分析包括电、光、热等多物理场复杂体系,建立模型。在阵列模式、调制速率、输出功率、散热及工艺成本等互制约因素中取得对单元和阵列结构的优化。使VCSEL耦合阵列同时具有高速和远距离的数据传输的能力。为发展我国具有自主知识产权的高性能高速VCSEL器件提供新思路和新技术,满足未来光互连的需求。
英文摘要
The project aims at the research of key technologies and scientific questions in high speed coherently coupled vertical cavity surface emitting laser arrays for optical interconnections. Optical coupling among array elements is proposed to enhance the device modulation response. Single mode and high output power are also obtained in these coherent arrays. Thus, this method can solve the restrict between transmission data rate and distance. The research is based on the inherent relation among quantum structure, coherent coupling mechanism and array dynamic performance, to get an array structure which can achieve high frequency modulation. Photonic crystal combined with ion implant is used to design stably coherently coupled VCSEL arrays with low threshold, single mode and high output power. Novel separate contacts are employed to make current inject into every element separately. Bottom emitted structure is employed to increase heat dissipation. The key techniques of fabrication and epitaxial growth are investigated. A modal including the electronic, optical and thermal effects are established. Considering array mode, modulation rate, output power, heat dissipation and cost, optimize the array and element structures. This project is to get coherently coupled VCSEL arrays with the ability of both high speed and long transmission distance. The research results obtained by the project will provide new approaches and techniques to develop VCSELs operating with high-speed property and good performance for meeting the application requirements of the optical interconnection.
高性能高速VCSEL器件在高速光互连中有着重要的应用价值,本项目针对下一代光互连技术对VCSEL的新需求,利用VCSEL阵列内单元间光耦合方法提高器件的调制响应,获得单模高功率输出,克服传统VCSEL在调制特性方面的限制。本项目研究了具有高调制带宽、高光束质量、窄光谱线宽的VCSEL耦合阵列器件。从单元量子结构、耦合方式与阵列动态性能的内在联系和规律入手,建立了耦合VCSEL阵列的理论模型,探索出实现耦合阵列的结构方法。采用质子注入结合相位修改器,设计出低阈值、单模高功率、小发散角、具有稳定模式的VCSEL耦合阵列器件;采用新型分离式电极实现电流独立注入,实现单元相位的控制,同时可实现光束的可操控偏转;采用应变量子阱、优化增益谱峰值波长与腔模的失谐值,优化器件散热结构,改善了VCSEL器件的热特性,使其能够实现高温工作。针对VCSEL耦合阵列的关键性能进行了理论与实验上的探究,如高光束质量、高温工作、高输出功率及高调制速率等,得到了器件结构的优化的方法。.成功研制出高速VCSEL相干耦合阵列,实现最大调制带宽30GHz 以上,输出功率大于10mW,光谱线宽小于0.06nm,发散角小于1.42o。以上研究可为发展我国具有自主知识产权的高性能高速VCSEL器件提供新思路和新技术,满足未来光互连的需求。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
190 oC High-Temperature Operation of 905-nm VCSELs With High Performance
高性能 905 nm VCSEL 在 190 oC 高温下运行
DOI:--
发表时间:2021
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices
影响因子:3.1
作者:Meng Xun;Guanzhong Pan;Zhuangzhuang Zhao;Yun Sun;Jingtao Zhou;Dexin Wu
通讯作者:Dexin Wu
Optimization of inductively coupled plasma etching for distributed Bragg reflectors in vertical cavity surface emitting lasers
垂直腔表面发射激光器中分布式布拉格反射器的电感耦合等离子体蚀刻的优化
DOI:10.1016/j.vacuum.2021.110175
发表时间:2021-03
期刊:Vacuum
影响因子:4
作者:Meng Xun;Guanzhong Pan;Runze Zhang;Zhuangzhuang Zhao;Yun Sun;Yang Liu;Xueqin Li;Dahai Wang;Jingtao Zhou;Dexin Wu
通讯作者:Dexin Wu
Two-dimensional beam steering analysis in a phase-coupled vertical cavity surface emitting laser array
相位耦合垂直腔表面发射激光阵列中的二维光束控制分析
DOI:10.1364/osac.2.001974
发表时间:2019-06
期刊:OSA Continuum
影响因子:1.6
作者:Meng Xun;Yun Sun;Jingtao Zhou;Chen Xu;Yiyang Xie;Hao Wang;Qiang Kan;Zhi Jin;Xinyu Liu;Dexin Wu
通讯作者:Dexin Wu
DOI:10.1364/oe.27.000774
发表时间:2019-01
期刊:Optics express
影响因子:3.8
作者:M. Xun;Yun Sun;Jingtao Zhou;Chen Xu;Yiyang Xie;Hao Wang;Q. Kan;Xinyu Liu;Zhi Jin;Dexin Wu
通讯作者:M. Xun;Yun Sun;Jingtao Zhou;Chen Xu;Yiyang Xie;Hao Wang;Q. Kan;Xinyu Liu;Zhi Jin;Dexin Wu
Analysis of Thermal Properties of 940-nm Vertical Cavity Surface Emitting Laser Arrays
940 nm 垂直腔面发射激光阵列的热性能分析
DOI:10.1109/ted.2020.3039934
发表时间:2021-01
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices
影响因子:3.1
作者:Meng Xun;Guanzhong Pan;Zhuangzhuang Zhao;Yun Sun;Chengyue Yang;Qiang Kan;Jingtao Zhou;Dexin Wu
通讯作者:Dexin Wu
用于原子陀螺的新型795nm高功率窄线宽VCSEL研究
- 批准号:62374178
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:48.00万元
- 批准年份:2023
- 负责人:荀孟
- 依托单位:
用于激光雷达的高功率密度多有源区隧道带间级联VCSEL阵列的研究
- 批准号:62174178
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:57万元
- 批准年份:2021
- 负责人:荀孟
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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