Y12T135 高速VCSEL、DFB、EML激光器现状及发展瓶颈

两个月前聊过一次激光器的专题。5月23号和6月13号这两天都是与激光器相关的主题。

这两个月，我在公众号也更新过一些厂家的技术进展，看这里也行，23号听我唠嗑也行。

光模块对激光器波长的要求，主要考虑的因素是光纤的性能，次要考虑因素是激光器的成本。

普通光纤的低色散区间主要是O波段，数据中心常用的1310nm、1270/90/10/30的系列，CWDM8、LWDM等都选择在这个波段，可以降低色散引起的信号劣化程度。

光纤的低损耗区间主要是C波段，且长距干线传输的EDFA中继放大器的工作波段也在C波段，用于相干光模块的波长通常选择在C波段，也就是1550nm附近，且考虑扩展波段的话，选择与C波段相邻的L波段，以便让EDFA中继放大器继续发挥余热，毕竟要重新找一个性能成本都能与EDFA匹配的其他波段放大器挺难的。

从O波段、C波段、L波段的需求，基本上是InP体系的半导体激光器的各种设计。Inp材料激光器适合的波段1260nm-1650nm之间。

光模块对波长的需求也不是那么坚持光纤优先的策略，在光纤用的较短的地方，比如几百米这种长度，可以让低成本的VCSEL用一些。

VCSEL是面发射型激光器，适合这种结构的材料常选择GaAs，这种材料适合650nm-950nm之间，这段波长在普通光纤的传输损耗挺大，色散也挺大，好在传输距离不长，总损耗可控，总色散可凑合能用。

随着产业的发展，GaAs系的VCSEL激光器压力越来越大，速率的提升越来越难，对于色散、模式引起的传输性能劣化也越来越难解决。

VCSEL的带宽与氧化工艺相关，提高带宽就得缩小孔径，就会导致光孔内温度激增。现在研究的非氧化工艺，从激光器二极管变成了三极管结构，要考虑隧穿设计，得产业继续琢磨和优化。

VCSEL的焊盘，下面需要垫高来提高带宽。

VCSEL还需要多种钝化技术，才能让芯片在非气密还有水汽的环境中避免内部被水汽接触产生材料氧化。

VCSEL基于氧化工艺的垂直耦合腔在产业延续了这么多年，提高带宽很难，研究非氧化工艺是一个技术方向，研究横向耦合腔是另一个技术方向。

通过横向耦合腔实现PPR共振提高带宽。这种工艺的难点是PPR的共振不稳定，对于未来大规模的制造，以及海量应用面临的不同工作温度电流等条件下，其横向耦合稳定性如何控制，压力挺大的。

硅光做CPO或NPO，做着做着发现遇到很多困难，比如那么多光纤与硅光芯片的耦合的一致性，硅光芯片集成了很多功能，大芯片的翘曲如何控制，散热如何设计，电信号如何扇出....，头疼的很。

VCSEL说也可以尝试一下NPO、CPO，想试一试，硅光拿不下的市场，VCSEL能否突破。

5月23号，聊VCSEL、DFB（直调类）、EML这三类芯片的技术发展的脉络。

DFB通常设计成边发射，这和InP材料性能相关。需要考虑水平谐振腔（光栅）的设计，波导结构模式的设计，带宽与PN的关系等等。

EML早期通常是单端集总电极调制结构。

近一年多开始向差分调制发展。

差分调制EML，有伪差分与真差分两大类，伪差分好做，真差分压力有点大，分为两个技术路径。

一个路径调制区P型半导体与N型半导体悬浮，与DFB隔离，避免共用衬底，悬浮出来的调制PN与差分驱动相连。

另一个路径是设计两个调制区，一个EA电吸收调制连差分驱动器的一侧，另一个EA电吸收调制连差分驱动器的另一侧，实现差分结构。

无论是悬浮的PN，还是非悬浮的双吸收区，这两类结构都有可能在不断研究的过程中遇到新问题需要突破。

ok，23号唠嗑，可联系18140517646

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