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

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

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. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-61-69

Blokhin S.A., Babichev A.V., Karachinsky L.Ya., Novikov I.I., Blokhin A.A., Bobrov M.A., Kovach Ya.N., Maleev N.A., Kulikov A.V., Bougrov V.E., Varzhel S.V., Voropaev K.O., Ustinov V.M., Egorov A.Yu. 1.55-µm range optical transmitter based on a vertical-cavity surface-emitting laser [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 11. P. 61–69. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-61-69

Ссылка на англоязычную версию:

S. A. Blokhin, A. V. Babichev, L. Ya. Karachinsky, I. I. Novikov, A. A. Blokhin, M. A. Bobrov, Y. N. Kovach, N. A. Maleev, A. V. Kulikov, V. E. Bougrov, S. V. Varzhel, K. O. Voropaev, V. M. Ustinov, and A. Yu. Egorov, "1.55-µm range optical transmitter based on a vertical-cavity surface-emitting laser," Journal of Optical Technology. 89(11), 681-686 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000681

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 форматубез 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.

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

Список источников:

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
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
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
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