李 惠， 贾晓卫， 魏泽坤， 崔玉宝(青岛科技大学 数理学院， 山东 青岛 266061)

高速光通讯面发射激光器的热分析及优化

李 惠*， 贾晓卫， 魏泽坤， 崔玉宝
(青岛科技大学 数理学院， 山东 青岛 266061)

垂直腔面发射激光器(VCSEL)已成为短距离数据通信传输系统的首选光源。热限制是VCSEL器件调制带宽进一步增加的一个主要的制约因素。本文基于有限元分析的方法对影响980 nm-VCSEL器件有源区温度的参数，如驱动电流、氧化孔径尺寸、氧化层材料等做了比较分析，还数值分析了二元系GaAs/AlAs材料DBR用于高速低能耗VCSEL器件的优势，为绿色光子器件设计提供优化思路。

垂直腔面发射激光器； 热分析； 高速； 有源区

1 引 言

自1996年Honeywell第一次推出商用垂直腔面发射激光器(VCSEL)器件以来[1-2]，VCSEL已经广泛地应用于很多实用领域，如激光鼠标、激光打印、原子钟、手势识别、固态激光泵浦等[3]，最成功的一项应用就是短距离数据传输[4-7]。随着现代高速短波长光纤网络的发展，VCSEL已经成为光通讯领域最理想、最有前途的一种光源，被誉为数据中心与云计算“血液”，是现代数据中心、服务器集群和千万亿次规模的超级计算机的短距离光互连的关键技术[6]，直到40G、100G，多模技术(多模光纤和VCSEL相结合的技术)一直是数据中心光互连的主要技术。与传统的半导体激光器有很大不同，VCSEL通常包含一个量子阱有源层和上下分布式布拉格反射镜(DBR)，光束垂直外延片生长方向从VCSEL的底部或者顶部出射。与边发射激光器(EEL)采用天然解理面作为腔面不同，VCSEL采用DBR作为激光腔的反射镜，VCSEL有源区体积只有EEL体积的1‰[8]，体积的减小使器件有源区的散热成为一个问题。……