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ジョージワシントン大学、VCSELのパワー&スピード限界を打破

DOI: 10

November, 25, 2020, Washington--ジョージワシントン大学の研究チームは、データセンタや光センシングワークフォース、新しいVCSELを開発した。

研究チームは、記録的な高速時間帯域を証明する新設計VCSELを開発した。これはマルチ横結合キャビティ統合により可能になった。これがレーザの光フィードバックを強化する。VCSELsは、データセンタやスーパーコンピュータでエネルギー効率がよい高速光インタコネクトを実現するための重要アプローチとして登場してきた。

VCSELsは、光をチップ面に垂直に発光する、モノリシック共振器を持つ半導体レーザダイオードの重要な一つである。この種のレーザは、コンパクトサイズと高い光電性能により市場で重視されるようになっている。小型化されたレーザとしてVCSELsは、高速短波通信、光データネットワークで光源として利用されている。高密度トラフィックや高速伝送は、自動車、あるいはデータ通信におけるスマートセンサアプリケーションの重要な要件である。これらは、コンパクトで高速のVCSELsによつて可能になる。しかし、VCSELsの速度限界として知られる3-dB帯域は、熱的効果、寄生抵抗、電気容量、非線形利得効果によって制限されている。

VCSELsの直接変調は、30GHz程度を超えることはできない。利得緩和振動として知られる非線形光増幅効果のためである。今回の発明は、革新的な新しいVCSEL設計を導入する。レザ内のフィードバックは慎重に管理される必要があるので、研究チームはマルチ結合キャビティを統合することでマルチフィードバックアプローチを導入した。これにより、「スローライト」として知られるフィードックを強化することかでき、緩和振動周波数の既知の限界を超えて時間的レーザ帯域(スピード)を拡大することができる。そのイノベーションは画期的である。各キャビティからの直接フィードバックはほどほどでよく、結合キャビティによってせいかくに制御可能だからである。これにより設計自由度が高まる。この結合キャビティスキームにより、結果として100GHz範囲の変調帯域が見込める。
研究成果は、Nanophotonics誌に発表された。

(詳細は、https://mediarelations.gwu.edu/)