Suprimir el ruido de la partición de modo en VCSEL multimodo a través del control de geometría lateral

Área de la Ciencia:

• Fotónica y Ingeniería Óptica.
• Física de los dispositivos de semiconductores Física de los dispositivos de semiconductores

Sus antecedentes:

• El ruido de partición de modo (MPN) es un desafío significativo en los enlaces ópticos de corto alcance de alta velocidad que utilizan láseres de emisión de superficie de cavidad vertical (VCSEL).
• MPN surge de la compleja interacción de diferentes grupos de modo transversal dentro de la cavidad VCSEL.
• Los métodos existentes para la supresión de la MPN a menudo afectan el rendimiento intrínseco de los VCSEL.

Objetivo del estudio:

• Investigar un enfoque basado en la geometría para la supresión de MPN en VCSELs.
• Para correlacionar la geometría de la apertura lateral con la distribución modal transversal y las características MPN.
• Demostrar métricas de rendimiento mejoradas para interconexiones ópticas a través de un diseño VCSEL optimizado.

Principales métodos:

• Fabricación y caracterización de tres VCSEL con distintas geometrías de apertura lateral.
• Análisis de las características de rendimiento de señales estáticas y pequeñas.
• Medición de la anchura espectral de la raíz media cuadrada (RMS) y el ruido de intensidad relativa de baja frecuencia (RIN).
• Evaluación de la dispersión del transmisor, el cierre cuaternario de los ojos (TDECQ) y el jitter de sincronización en escenarios de transmisión back-to-back y de fibra.

Principales resultados:

• Se encontró que la geometría de la abertura lateral es el determinante primario de la distribución modal transversal y MPN.
• Un diseño de apertura asimétrica concentró la energía modal en un grupo de modos dominantes, reduciendo significativamente el MPN.
• El VCSEL optimizado logró una anchura espectral RMS de 0.387 nm y el RIN más bajo observado.
• Se registró un excelente TDECQ (0,86 dB consecutivo, 1,24 dB después de 100 m de fibra OM4) y un jitter de sincronización bajo (6,65 ps, 8,03 ps).

Conclusiones:

• La optimización de la geometría lateral es una estrategia efectiva para suprimir la MPN en VCSELs.
• Este enfoque mejora el rendimiento de la interconexión óptica sin comprometer las características intrínsecas del láser.
• Los hallazgos permiten interconexiones ópticas de mayor margen para exigentes aplicaciones de alta velocidad.