垂直腔面发射激光器（Verticalcavitysurfaceemittinglasers,VCSELs）是数据中心大数据速率光互连的基础。目前，垂直腔面发射激光器已经取代了距离低于500米的边缘发射激光器，这是因为它们具有诸多优点，例如可以在晶圆上测试。由于数据中心的波分复用趋势和短程激光雷达等汽车应用的发展，最近对垂直腔面发射激光器特别是阵列的需求明显增加。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,CIOMP）的Bimberg中德绿色光子学研究中心最近发表在IEEEXplore杂志上的一项研究报告了新型多口径垂直腔面发射激光器（multi-apertureVCSELs）（专利）的研究进展。多孔径垂直腔面发射激光器的发展带来了更大的温度滚转、更大的输出功率、更大的f3dB（决定通信比特率的决定性参数）等性能优势。该设计最近在德国波茨坦的2021年国际半导体激光器会议（ISLC）首次亮相。
新的设计基于从任意几何排列的多个蚀刻盲孔中制造出可变形状的氧化光圈。在氧化之后，盲孔被金属填充。金属填充盲孔可以有效地去除设备热量，并允许低电阻电流注入有源区。因此，该设备可以在广泛的温度范围和更高的频率下工作。一个台面可以包含一个或多个发射器，这些发射器仍与直径为50μm的光纤相匹配。此外，这种新型的MAVs制造工艺与目前的半导体制造基础设施是兼容的。
新的多孔径垂直腔面发射激光器需要进行彻底的重新设计才能造出整个仪器。典型的窄氧化孔径垂直腔面发射激光器在离散波长下呈现单模发射，导致输出功率很小。与传统的垂直腔面发射激光器设计相比，具有数个孔径的新型多光圈垂直腔面发射激光器设计可以在相同的离散波长下产生n个单模发射，输出功率是传统垂直腔面发射激光器设计的数倍，有效区工作温度更低，f3dB更大。
这种新型设计的另一个显著优点是单模发射的输出功率能大大增加，从而将单模通信距离延长到一公里。调整光圈形状使其远离圆形将导致偏振发射。
最重要的是，单模或多模多孔径垂直腔面发射激光器将表现出更小的串联电阻（与目前的经典垂直腔面发射激光器相比）。因此，使用新型的高速CMOS驱动电路将很容易实现驱动。该模块的低能耗是迈向绿色光子学的重要一步。
作者：LiuJia
翻译：赵书轩
审校：张和持
本文来自：中国数字科技馆
