高速数据传输网络应用VCSEL

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龙雍
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1 VCSEL M. V. Ramana Murty, L. Giovane, S. K. Ray, K. -L. Chew, M. V. Crom, T. E. Sale, A. Sridhara, C. Zhao, Chu Chen, and T. R. Fanning (Avago Technologies) 850nm VCSEL (PJ/bit) (bits/mm 2 ) ($/Gb/s) 1x12 10G VCSEL VCSEL VSCSEL (ESD, ElectroStatic Discharge) 10 25Gb/s VCSEL (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) (MMF, Multi-Mode Fiber) (NA, Numerical Aperture) 10Gb/s 10Gb/s 300 VCSEL VCSEL 1Gb/s (LED) (Ethernet) (Fiber Channel) 10Gb/s 14Gb/s 850nm VCSEL VCSEL VCSEL 10G VCSEL VCSEL 25G VCSEL 1x4 1x12 VCSEL

VCSEL 100GbE 1x12 10G VCSEL CXP 1x12 10G VCSEL 250µm n (DBR, Distributed Bragg Reflector) p DBR GaAs (Quantum Well) 1 5 C 80 C 1x12 12 LI 5 C 0.75mA 80 C 1.1mA 25 C η (slope efficiency) 0.

2 VCSEL 100GbE 1x12 10G VCSEL CXP 1x12 10G VCSEL 250µm n (DBR, Distributed Bragg Reflector) p DBR GaAs (Quantum Well) 1 5 C 80 C 1x12 12 LI 5 C 0.75mA 80 C 1.1mA 25 C η (slope efficiency) 0.50W/A 1 1/e 2 1(c) Gb/s (c) 1 5 C 80 C 1x12 10G 12 LI 6mA VCSEL (c) 4 1/e C 80 C VCSEL S21 6mA 5 C 80 C 3dB f 3dB 11.1GHz 10.3GHz S21 (1) f r f 0 γ A f r D 5 C 80 C 4.1GHz/mA 1/2 4.2GHz/mA 1/2 f r 5 C

Body Model) 150V 200V (MM, Machine Model) 45V 50V ESD ESD VCSEL 3 ESD

3 4mA 35ns -1 10mA 69ns -1 www. EET-china.com 2 4mA 10mA 5 C 80 C VCSEL (1) VCSEL VCSEL ESD 8 9µm (HBM, Human Body Model) 150V 200V (MM, Machine Model) 45V 50V ESD ESD VCSEL 3 ESD VCSEL VCSEL i n p-i-n VCSEL p i n AlGaAs 840nm 860nm n GaAs VCSEL VCSEL n i VCSEL p VCSEL p n 10µm VCSEL VCSEL

4 3 VCSEL VCSEL LI IV 4 4 VCSEL LI VCSEL 25 C 0.70mA 0.50W/A 4 VCSEL LI IV 1 mm VCSEL VCSEL S21 5 3mA 8mA (1) 5(c) 3dB f 3dB VCSEL f 3dB 8mA 0.3GHz S11 VCSEL 0.04pF 0.025pF 6 VCSEL Gb/s

5 (c) 5 VCSEL VCSEL 3mA 8mA S 21 (1) 25 C 3dB (c) 8mA 0.3GHz 6 5 C 5mA 80 C 6mA VCSEL Gb/s 5dB VCSEL ESD (HBM) (MM) ESD VCSEL ESD ESD LI IV V 800V 900V LI VCSEL 7(c) 7(d) VCSEL 150V 8 90V VCSEL LI VCSEL ESD Gb/s VCSEL ESD

6 (c) (d) 图 7 人体模型 ESD 电压由 100V 到 900V 逐渐变化下带有保护二极管 VCSEL 的 LI 和 IV 特性器件在每个电压下分别以 3 个正向和反向脉冲进行测试未进行 ESD 测试前的测量值以 0V 表示所有测量都在室温下进行无保护二极管 VCSEL 的(c)LI 和(d)IV 特性显示于 150V 时即发生损坏进行 IV 扫描时电流设定为 0.1mA

7 (c) (d) 8 ESD 40V 90V VCSEL LI IV 3 ESD 0V VCSEL (c)li (d)iv 50V IV 0.1mA 10Gb/s VCSEL VCSEL InGaAs QW 980nm InGaAs QW BSR 850nm VCSEL 850nm N V N P V P (2) (3) η i g V g τ P R sp R nr q t Γ=Γ v Γ e Γ v( (=V/V P ) Γ e Γ e VCSEL (2) (4) (2) Γ e VCSEL Γ e 1.5 2

8 (2) (3) (1) (4) (5) a = dg/dn ap =dg/dnp γ 0 fr, Γ e K Γ e 9 3 VCSEL (I Ith) 1/2 D r D r µm 6.5µm VCSEL τ P DBR fr f3db 10 2 VCSEL τ P VCSEL 3dB

9 图 µm VCSEL 改变镜像反射率对小信号调制的影响具有较高斜率效率的器件阻尼较低且具有较高的 3dB 带宽 fr 和 f3db 于(I Ith)1/2 的变化显示在高电流下为何具有较高斜率效率的器件会有较低的 fr 和较高的 3dB 带宽 (c) (d) 图 11 5 C 和75 C 时以 20Gb/s 速度工作 850nm 5.5µm VCSEL 的调制驱动电流为 7.5mA 消光系数为 5dB (c)5 C 和(d)75 C 时以 25Gb/s 速度工作 850nm 4.5µm VCSEL 的调制驱动电流为 6mA 消光系数为 5dB 腔体容积也可藉由降低两个 DBR 层级间的折射率来加以最大化这样做可以减少光场进入 DBR 的穿透力更多的量子阱会引起制约因数的提高虽然这样的改变可以带来更高的有效容积造成更高的阀值电流同时在腔体中安排量子阱的空间相当有限因此所有的这些设计改变都必须符合较长器件寿命的要求图 11 显示了 850nm VCSEL 在 5 C 和 75 C 时以 20 Gb/s 和 25Gb/s 速率工作时的大信号调制孔径大小分别为 5.5µm 和 4.5µm 带宽则通过量子阱数目的优化以及最高垂直稳定度来加以提升总结对于数据流量和计算速度的持续需求推动了更高速度和更长寿命 VCSEL 的发展在这篇文章中我们描述了一个具备高带宽和强化 ESD 容忍力的新 VCSEL 器件以及以 20Gb/s 和 25Gb/s 速度工作 VCSEL 的设计开发

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Microsoft Word - 目次範例-catalog016204.doc 財政經濟篇行政規則行政院金融監督管理委員會令中華民國 99 年 10 月 25 日金管銀法字第 09910003990 銀行辦理結構型商品所收本金性質及會計處理之相關事項規定如下 : 一結構型商品所收之本金不視為存款, 該本金於計算銀行法