Abstract
This paper presents recent results on high-speed, quasi-single-mode, 850 nm vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) with a narrow spectral width for extended-reach optical interconnects. The top mirror reflectivity is adjusted for high output power, slope efficiency, and small signal modulation bandwidth. An oxide confined VCSEL with an ∼3 μm aperture diameter delivers 2 mW of output power and reaches a resonance frequency as high as 25 GHz and a modulation bandwidth exceeding 20 GHz. A small K-factor of 0.17 ns and a large D-factor of 17.3 GHz/mA1/2, extracted from the VCSEL modulation response, along with the improved DC and modal properties enable energy-efficient data transmission at high bit rates over long-distance multimode fiber. Error-free transmission at bit rates exceeding 20 Gbits/s over 1.1 km of OM4 fiber is demonstrated and shown to be limited mainly by the photoreceiver bandwidth. A theoretical investigation of the dependence of link performance on photoreceiver bandwidth is also presented
چکیده
این مقاله، نتایج حاصل از بررسی‌های اخیر را پیرامون لیزرهای حفره عمودی نشر کننده از سطح (VCSELs) ی شبه تک مودی 850 nm و سرعت بالا را با پهنای طیف باریک برای کاربرد در ارتباطات نوری پیشرفته، ارائه می‌کند. بازتابش پذیری آینه بالا برای حالتی تنظیم شده است که توان خروجی بالا، بازدهی قابل‌توجه و پهنای باند مدولاسیون سیگنال کمی را نتیجه دهد. یک VCSEL ی تحت فشار اکسید با قطر روزنه حدودی ∼3 μm که توان خروجی معادل 2 mW را تحویل داده و فرکانس تشدیدی به بزرگی 25 GHz را نتیجه می‌دهد و پهنای باند مدولاسیون آن نیز از 20 GHz بیشتر است، در این مقاله در نظر گرفته شده است. فاکتور K ی کوچکی به اندازه 0.17 ns و فاکتور D ی بزرگی برابر 17.3 GHz∕mA1∕2, از پاسخ مدولاسیون VCSEL که از پاسخ مدولاسیون VCSEL حاصل شده است، به همراه مشخصه‌های مودال و DC ی اصلاح شده امکان انتقال داده با بازدهی انرژی بالا را در سرعت‌های بیت زیاد روی فیبر چند مودی بلند، فراهم می‌کند. انتقال عاری از خطا تحت سرعت‌های بیت متجاوز از 20 Gbits∕s روی فیبری به طول 1.1 km در این مقاله بررسی شده و نشان داده شده است که تنها محدودیت این روش انتقال، پهنای باند گیرند نوری است. وابستگی عملکرد لینک به پهنای باند گیرنده نوری از نظر تئوری بررسی شده است.
1-مقدمه
نیاز به ارتباطات داده نوری سرعت بالا در حوزه اینترنت مدرن به واسطه لزوم دسترسی سریع به حجم بالایی از اطلاعات، به صورت پیوسته در حال افزایش است. این فناوری نه‌تنها مستلزم افزایش سرعت لینک تا 20-25 Gbits∕s است، بلکه نیازمند افزایش مسافت انتقال داده تا 2 کیلومتر در لینک‌های داخلی در مکان‌های اداری و مراکز داده می‌باشد. لیزر حفره عمودی نشر کننده از سطح (VCSEL) به واسطه مشخصه‌های منحصربه‌فردی که دارد یک سری از استانداردهای چندگانه را اخذ کرده و به صورت گسترده در کاربردهایی نظیر لینک‌ها و شبکه‌های نوری در مراکز داده و سیستم‌های محاسباتی با راندمان بالا، مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترکیب VCSEL های 850 nm و فیبرهای چند مودی (MMFs) بهترین راه‌کار برای ارتباطات نوری سرعت بالا در فواصل کوتاه طی چند سال اخیر بوده است. حتی با وجود این که فیبرهای تک مودی (SMF ها) با لیزرهای طول موج بلند (1310 و 1550 nm) یک راه‌کار مؤثر برای لینک‌های بالای 10 کیلومتر می‌باشند، اما لینک‌های MMF در 850 nm از نظر هزینه در کاربردهای ارتباطی مسافت کوتاه (تا 2 کیلومتر)، مقرون‌به‌صرفه تر هستند که دلیل آن نیز تلورانس بیشتر مسیر نوری و استفاده از مؤلفه‌های الکترونوری ارزان‌تر، پروسه ساخت و بسته‌بندی مقرون‌به‌صرفه تر است، علی‌رغم اینکه قیمت تمام شده MMF به ازای هر کیلومتر بالاتر از SMF ها خواهد شد...