Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (11.2022) : Оптический передатчик спектрального диапазона 1,55 мкм на основе вертикально-излучающего лазера

Оптический передатчик спектрального диапазона 1,55 мкм на основе вертикально-излучающего лазера

DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-11-61-69

УДК 621.373.826

 

Сергей Анатольевич Блохин1*, Андрей Владимирович Бабичев2, Леонид Яковлевич Карачинский3, Иннокентий Игоревич Новиков4, Алексей Анатольевич Блохин5, Михаил Александрович Бобров6, Яков Николаевич Ковач7, Николай Анатольевич Малеев8, Андрей Владимирович Куликов9, Владислав Евгеньевич Бугров10, Сергей Владимирович Варжель11, Кирилл Олегович Воропаев12, Виктор Михайлович Устинов13, Антон Юрьевич Егоров14

1, 5, 6, 8Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия

2, 3, 4, 7, 9, 10, 11Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия

12Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого, Великий Новгород, Россия

13Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия

14ООО Коннектор Оптикс, Санкт-Петербург, Россия

1blokh@mail.ioffe.ru                               https://orcid.org/0000-0002-5962-5529

2andrey.babichev@connector-optics.com         https://orcid.org/0000-0002-3463-4744

3leonid.karachinsky@connector-optics.com     https://orcid.org/0000-0002-5634-8183

4innokenty.novikov@itmo.ru               https://orcid.org/0000-0003-1983-0242

5bloalex91@yandex.ru                           https://orcid.org/0000-0002-3449-8711

6bobrov.mikh@gmail.com                    https://orcid.org/0000-0001-7271-5644

7j-n-kovach@itmo.ru                             https://orcid.org/0000-0003-4858-4968

8maleev@beam.ioffe.ru                         https://orcid.org/0000-0003-2500-1715

9avkulikov@itmo.ru                               https://orcid.org/0000-0001-8882-7253

10vladislav.bougrov@niuitmo.ru        https://orcid.org/0000-0002-5380-645X

11svvarzhel@itmo.ru                              https://orcid.org/0000-0002-3120-8109

12kirill.voropaev@novsu.ru                  https://orcid.org/0000-0002-6159-8902

13vmust@beam.ioffe.ru                          https://orcid.org/0000-0002-6401-5522

14anton.egorov@connector-optics.com  https://orcid.org/0000-0002-0789-4241

Аннотация

Предмет исследования. Высокоскоростной волоконно-оптический передатчик спектрального диапазона 1,55 мкм на основе вертикально-излучающего лазера, изготовленного с применением технологии спекания пластин. Цель работы. Комплексное исследование характеристик оптического передатчика спектрального диапазона 1,55 мкм на основе вертикально-излучающего лазера при комнатной температуре. Метод. Гетероструктура вертикально-излучающего лазера изготовлена с использованием методов молекулярно-пучковой эпитаксии и технологии спекания пластин. Исследования характе­ристик передатчика проведены при токовой модуляции большим сигналом по формату без возвращения к нулю.  Основные результаты. При температуре 20 °С передатчик продемонстрировал максимальную выходную оптическую мощность более 1 мВт на выходе из волокна в одномодовом режиме генерации. Предельная скорость передачи данных по короткой линии связи на основе волокна SMF-28 при токовой модуляции по амплитудному формату без возвращения к нулю достигла 30 Гбит/с и была ограничена частотой эффективной модуляции лазера, достигающей значенияпорядка 12 ГГц (по уровню –3 дБ). По мере увеличения протяженности оптоволоконной линии связи хроматическая дисперсия волокна и чирп-эффект лазера усиливают межсимвольную интерференцию, что, в конечном счете, ограничивает скорость и дальность оптической передачи данных. Практическая значимость. Исследованные волоконно-оптические передатчики перспективны не только для цифровой, но и для аналоговой передачи высокочастотного оптического сигнала по оптоволоконным линиям связи.

Ключевые слова: вертикально-излучающий лазер, спекание пластин, одномодовый режим, амплитудная модуляция, оптическая передача данных

Благодарность: работа авторов из Университета ИТМО выполнена при финансовой поддержке программы «Приоритет 2030» в части исследований ряда динамических характеристик, а также при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект тематики научных исследований № 2019-1442 в части ряда исследований статических характеристик.

Ссылка для цитирования: Блохин С.А., Бабичев А.В., Карачинский Л.Я., Новиков И.И., Блохин А.А., Бобров М.А., Ковач Я.Н., Малеев Н.А., Куликов А.В., Бугров В.Е., Варжель С.В., Воропаев К.О., Устинов В.М., Егоров А.Ю. Оптический передатчик спектрального диапазона 1,55 мкм на основе вертикально-излучающего лазера // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 11. С. 61–69. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-11-61-69

Коды OCIS: 140.5960, 250.5960, 140.7260, 250.7260, 160.6000, 060.4080, 060.4510

 

Список литературы 

1.    Padullaparthi B.D., Tatum J., Iga K. VCSEL Industry: Communication and sensing. Hoboken: Wiley-IEEE Press, 2021. P. 352.

2.   Zhang L., Van Kerrebrouck J., Lin R., et al. Nonlinearity tolerant high-speed DMT transmission with 1.5-µm single-mode VCSEL and multi-core fibers for optical interconnects // J. Lightwave Technol. 2019. V. 37. № 2. P. 380–388. DOI: 10.1109/JLT.2018.2851746

3.   Michalzik R. VCSELs: Fundamentals, technology and applications of vertical-cavity surface-emitting lasers. Berlin: Springer, 2013. P. 471.

4.   Spiga S., Soenen W., Andrejew A., et al. Single-mode high-speed 1.5-µm VCSELs // J. Lightwave Technol. 2017. V. 35. № 4. P. 727–733. DOI: 10.1109/JLT.2016.2597870

5.   Mueller M., Hofmann W., Gruendl T., et al. 1550-nm high-speed short-cavity VCSELs // Selected Topics in Quantum Electronics. 2011. V. 17. № 5. P. 1158–1166. DOI: 10.1109/JSTQE.2011.2109700

6.   Ellafi D., Iakovlev V., Sirbu A., et al. Control of cavity lifetime of 1.5 µm wafer-fused VCSELs by digital mirror trimming // Opt. Exp. 2014. V. 22. P. 32180–32187. DOI: 10.1364/OE.22.032180

7.    Sirbu A., Iakovelv V., Mereuta A., et al. Wafer-fused heterostructures: Application to vertical cavity surface-emitting lasers emitting in the 1310 nm band // Semiconductor Sci. and Technol. 2011. V. 26. № 1. P. 014016. DOI: 10.1088/0268-1242/26/1/014016

8.   Babichev A.V., Karachinsky L.Ya., Novikov I.I., et al. 6-mW single-mode high-speed 1550-nm wafer-fused VCSELs for DWDM application // IEEE J. Quantum Electronics. 2017. V. 53. № 6. P. 1–8. DOI: 10.1109/JQE.2017.2752700

9.   Caliman A., Mereuta A., Suruceanu G., et al. 8 mW fundamental mode output of wafer-fused VCSELs emitting in the 1550-nm band // Opt. Exp. 2011. V. 19. № 18. P. 16996–17001. DOI: 10.1364/OE.19.016996

10. Блохин С.А., Бобров М.А., Блохин А.А. и др. Анализ внутренних оптических потерь вертикально-излучающего лазера спектрального диапазона 1.55 мкм, сформированного методом спекания пластин // Опт. и спектр. 2019. Т. 127. № 1. С. 145–149. DOI: 10.21883/OS.2019.07.47941.296-18

Blokhin S.A., Bobrov M.A., Blokhin A.A., et al. Analysis of the internal optical losses of the vertical-cavity surface-emitting laser of the spectral range of 1.55 µm formed by a plate sintering technique // Optics and Spectroscopy. 2019. V. 127. № 1. P. 140–144. DOI: 10.1134/S0030400X1907004X

11.  Ortsiefer M., Shau R., Böhm G., et al. Low-resistance InGa(Al)As tunnel junctions for long wavelength vertical-cavity surface-emitting lasers // Japanese J. Appl. Phys. 2000. V. 39. P. 1727. DOI: 10.1143/JJAP.39.1727

12.  Блохин С.А., Неведомский В.Н., Бобров М.А. и др. Вертикально-излучающие лазеры спектрального диапазона 1.55 мкм, изготовленные по технологии спекания гетероструктур, выращенные методом молекулярно-пучковой эпитаксией из твердотельных источников // Физика и техника полупроводников. 2020. Т. 54. № 10. С. 1088–1096. DOI: 10.21883/FTP.2020.10.49947.9463

Blokhin S.A., Nevedomsky S.N., Bobrov M.A., et al. 1.55-µm-range vertical-cavity surface-emitting lasers, manufactured by wafer fusion of heterostructures grown by solid-source molecular-beam epitaxy // Semiconductors. V. 54. P. 1088–1096. DOI: 10.1134/S1063782620100048

13.  Voropaev K.O., Seleznev B.I., Prokhorov A.Yu., et al. The fabrication technology of VCSELs emitting in the 1.55-µm waveband // J. Phys.: Conf. Series. 2020. V. 1658. № 1. P. 012069. DOI: 10.1088/1742-6596/1658/1/012069

14.  Липницкая С.Н., Романов А.Е., Бугров В.Е., Бауман Д.А. Расчет и оптимизация оптической системы ввода излучения в одномодовое оптическое волокно // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 5. С. 17–22. DOI: 10.17586/1023-5086-2019-86-05-17-22

Lipnitskaya S.N., Romanov A.E., Bugrov V.E., Bauman D.A. Calculation and optimization of an optical system for radiation coupling into a single-mode optical fiber // JOT. 2019. V. 86. № 5. P. 273–277. DOI: 10.1364/JOT.86.000273

15.  Tucker R. High-speed modulation of semiconductor lasers // J. Lightwave Technol. 1985. V. 3. № 6. P. 1180–1192. DOI: 10.1109/JLT.1985.1074340

16.  Gibbon T.B., Prince K., Pham T.T., et al. VCSEL transmission at 10 Gb/s for 20 km single mode fiber WDM-PON without dispersion compensation or injection locking // Optical Fiber Technol. 2011. V. 17. № 1. P. 41–45. DOI: 10.1016/j.yofte.2010.10.003

17.  Kobayashi S., Yamamoto Y., Ito M., Kimura T. Direct frequency modulation in AlGaAs semiconductor lasers // IEEE J. Quantum Electronics. 1982. V. 18. № 4. P. 582–595. DOI: 10.1109/JQE.1982.1071603

18. Hofmann W., Zhu N.H., Ortsiefer M., et al. 10-Gb/s data transmission using BCB passivated 1.55-µm InGaAlAs-InP VCSELs // IEEE Photonics Technol. Lett. 2005. V. 18. № 2. P. 424–426. DOI: 10.1109/LPT.2005.863184

19.       Kuchta D.M., Huynh T.N., Doany F.E., et al. Error-free 56 Gb/s NRZ modulation of a 1530-nm VCSEL link // J. Lightwave Technol. 2016. V. 34. № 14. P. 3275–3282. DOI: 10.1109/JLT.2016.2552220