今天帶來(lái)兩篇關(guān)于1060nm VCSEL的CPO收發(fā)器?？梢钥吹剑ㄩL(zhǎng)從850nm挪到1060nm主要出發(fā)點(diǎn)是可以很容易做單模，色散更好，可以傳輸更遠(yuǎn)距離，同時(shí)兼顧VCSEL的低成本優(yōu)勢(shì)。然后采用CPO封裝，進(jìn)一步提高集成度，提升容量和傳輸性能。

1、正面采用垂直發(fā)射直接與單模MCF相連，背面通過(guò)電芯片與基板相連，整個(gè)架構(gòu)就顯得非常緊湊，MCF可以做到19芯，16個(gè)通道。就是目前1060nm的帶寬不是很高。

Fujitsu 提出基于1060nm單模VCSEL陣列和單模MCF的超緊湊CPO收發(fā)器，25Gb/s*16通道，覆蓋數(shù)據(jù)中心內(nèi)部2公里光傳輸，如圖所示。

CPO收發(fā)器采用16通道1060nm SM VCSEL陣列。雖然當(dāng)前每個(gè)通道的比特率為25 Gb/s，但可以將比特率提高到每通道100 Gb/s。在19芯SM -MCF中使用16芯的空分復(fù)用（SDM）提高每根光纖的傳輸容量。上表面采用了VCSEL陣列和光電PD陣列的倒裝芯片F(xiàn)C鍵合，下表面采用16通道VCSEL驅(qū)動(dòng)陣列和TIA陣列的FC鍵合。這種雙面FC鍵合結(jié)構(gòu)抑制電氣線(xiàn)路中的寄生實(shí)現(xiàn)寬帶寬。模塊背面采用0.3 mm間距LGA作為高密度電接口。其開(kāi)發(fā)一種直接與底VCSEL陣列和底PD陣列對(duì)接的MCF。

MCF的MFD為6um，匹配1060nm波長(zhǎng)的單模條件。MCF有19芯，40um間距。

1060nm VCSEL輸出通過(guò)GaAs襯底傳輸，耦合腔結(jié)構(gòu)通過(guò)光子-光子共振效應(yīng)提高調(diào)制帶寬。

SM-VCSEL陣列與SM-MCF之間耦合損耗為3.5 dB。圖5為背靠背發(fā)送器的眼圖，通過(guò)環(huán)回CPO接收機(jī)誤碼率小于8e-6，使用標(biāo)準(zhǔn)前向糾錯(cuò)（FEC）時(shí)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)錯(cuò)誤操作。其具有2W低功耗，對(duì)應(yīng)能耗5 pJ/bit。

CPO收發(fā)器連接到采用高密度電可插拔接口進(jìn)行測(cè)試。差分傳輸線(xiàn)3db帶寬寬為>17.3 GHz。圖10為單通道、9通道和16通道的BER浴盆曲線(xiàn)。當(dāng)誤碼率為10-12時(shí)，由于串?dāng)_導(dǎo)致的信道數(shù)增加，抖動(dòng)裕度隨之降低，測(cè)量到的抖動(dòng)裕度分別為0.31、0.26和0.25 U.I.。

2、其主要特點(diǎn)是，通過(guò)控制氧化孔徑和腔內(nèi)接觸金屬之間的邊界間隙來(lái)引入橫向耦合腔實(shí)現(xiàn)單模，同時(shí)帶寬達(dá)到33GHz，采用16通道陣列，整體能耗0.24 pJ/bit更小。和850nm一樣，在不同傳輸距離的光帶寬不一樣。

Tokyo Institute of Technology 基于16ch 100Gbps PAM-4單模1060nm VCSEL陣列演示1.6Tbps多芯光纖共封裝光學(xué)器件。如下圖所示。通過(guò)控制氧化孔徑（OA）和腔內(nèi)接觸金屬（CM）之間的邊界間隙來(lái)引入橫向耦合腔。該VCSEL陣列基于標(biāo)準(zhǔn)3英寸晶圓VCSEL代工工藝制造。實(shí)現(xiàn)8個(gè)InGaAs/GaAs量子阱（QW），激光波長(zhǎng)在1060nm，適合于底部發(fā)射允許通過(guò)倒裝芯片鍵合工藝直接封裝。為優(yōu)化輸出功率，將n DBR減少到19對(duì)。在p DBR表面蝕刻以增強(qiáng)橫向耦，還沉積了10對(duì)介電DBR以提高反射率。相鄰?fù)ǖ乐g的距離小于40μm。16ch陣列的總芯片尺寸小至460μm。

反射會(huì)導(dǎo)致非線(xiàn)性IL曲線(xiàn)，可通過(guò)匹配油來(lái)完全避免。VCSEL陣列的OA為5μm， OA與CM之間的邊界間隙為1μm。下圖疊加16通道LIV曲線(xiàn)和9mA時(shí)的激光光譜。基于InGaAs VCSEL陣列的電壓為1.1V，串聯(lián)電阻為135ohm。閾值電流為1.0 mA，單模輸出功率達(dá)到5mw以上。

1060nm VCSELs在9 mA下獲得創(chuàng)紀(jì)錄的33 GHz高帶寬在9 mA偏置電流下所有16個(gè)通道的背對(duì)背100 Gbps PAM-4眼圖，外消光比為2 dB。目標(biāo)符號(hào)誤差率（SER）為5E-3，TDECQ最小為2.1 dB，平均值為3.0 dB。基于16通道VCSEL陣列的1.6 Tbps調(diào)制實(shí)現(xiàn)7.6 Tbps/mm2的帶寬密度和0.24 pJ/bit的能耗。

在75 Gbps的NRZ下，SER保持在1e-18以下，在90 Gbps的NRZ下，SER保持在3e-5以下，130 Gbps PAM4眼圖TDECQ為4.0 dB。

采用更長(zhǎng)波長(zhǎng)和SM操作，實(shí)現(xiàn)了2 km以上的SMF擴(kuò)展傳輸。其中2km和5km SMF的傳遞函數(shù)如圖所示,小信號(hào)3dB帶寬由于1060 nm的負(fù)光纖色散脈沖壓縮而得到改善。

源自網(wǎng)絡(luò)

審核編輯 黃宇