Author Affiliations
Abstract
1 East China Normal University, School of Physics and Electronic Science, State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Shanghai, China
2 Nanjing University, College of Engineering and Applied Sciences, National Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing, China
3 China Jiliang University, College of Optical and Electronic Technology, Hangzhou, China
4 Shanxi University, Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Taiyuan, China
5 Chinese Academy of Sciences (CAS), Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-Intense Laser Science, Shanghai, China
Achieving spatiotemporal control of light at high speeds presents immense possibilities for various applications in communication, computation, metrology, and sensing. The integration of subwavelength metasurfaces and optical waveguides offers a promising approach to manipulate light across multiple degrees of freedom at high speed in compact photonic integrated circuit (PIC) devices. Here, we demonstrate a gigahertz-rate-switchable wavefront shaping by integrating metasurface, lithium niobate on insulator photonic waveguides, and electrodes within a PIC device. As proofs of concept, we showcase the generation of a focus beam with reconfigurable arbitrary polarizations, switchable focusing with lateral focal positions and focal length, orbital angular momentum light beams as well as Bessel beams. Our measurements indicate modulation speeds of up to the gigahertz rate. This integrated platform offers a versatile and efficient means of controlling the light field at high speed within a compact system, paving the way for potential applications in optical communication, computation, sensing, and imaging.
metasurface photonic integrated circuit lithium niobate on insulator high-speed modulation 
Advanced Photonics
2024, 6(1): 016005
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, Bimberg中德绿色光子学研究中心,吉林长春 130033
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 发光学及应用国家重点实验室, 吉林长春 130033
3 柏林工业大学, 固体物理研究所, 纳米光学中心, 德国柏林 D-10623
高速垂直腔面发射激光器(VCSEL)是高速光通信的主要光源之一,受数据流量的迅速增长牵引,高速VCSEL正向更大带宽、更高速率方向发展。长春光机所团队通过优化VCSEL外延设计和生长、器件设计和制备、以及性能表征技术,在多个波长的高速VCSEL的调制带宽、传输速率、模式、功耗等性能方面取得了显著进展。实现高速单模940 nm VCSEL 27.65 GHz调制带宽和53 Gbit/s传输速率;通过波分复用基于850 nm、880 nm、910 nm和940 nm高速VCSEL实现200 Gbit/s链路方案;通过光子寿命优化,实现高速VCSEL低至100 fJ/bit的超低能耗;实现1030 nm高速VCSEL 25 GHz调制带宽;实现1550 nm 高速VCSEL 37 Gbit/s传输速率。研制的高速VCSEL在光通信等领域有重要应用前景。
垂直腔面发射激光器 高速调制 单模 低功耗 波分复用 长波长 光通信 vertical-cavity surface-emitting laser high-speed modulation single-mode low-energy consumption wavelength division multiplex long-wavelength optical communication 
中国光学
2022, 15(5): 946
作者单位
摘要
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Bimberg中德绿色光子学研究中心, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 青岛科技大学 数理学院, 山东 青岛 266062
4 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
5 柏林工业大学固体物理研究所 纳米光学中心, 德国 柏林 D-10623
短距离光互联技术在云计算、5G通信、物联网技术等方面有重要的商业应用价值。基于高速垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)与多模光纤组成链路、采用直接调制检测、并使用如四电平脉冲幅度调制(Four-level pulse amplitude modulation,PAM4)等的高阶调制模式是现阶段短距离光互联链路方案的首选。本文首先介绍了短距离光互联应用的研究现状; 第二部分介绍了VCSEL的发展、结构以及动态参数; 第三部分介绍了PAM4调制方法及伴随使用的各种电子技术(均衡, 前向纠错, 脉冲整形); 第四部分介绍了提高单链路速率的波分复用(Wavelength division multiplexing,WDM)技术; 最后对以高速VCSEL、多模光纤、直接调制检测、PAM4调制以及波分复用技术的短距离光互联方案应用前景做了总结和展望。
垂直腔面发射激光器 高速调制 四电平脉冲幅度调制(PAM4) 波分复用 vertical-cavity surface-emitting lasers(VCSEL) high-speed modulation four-level pulse amplitude modulation(PAM4) wavelength division multiplexing(WDM) 
发光学报
2020, 41(4): 399
作者单位
摘要
北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
采用金属有机物化学气相沉积设备生长InGaAs/AlGaAs应变多量子阱有源区和双氧化限制层的外延整体结构,利用断点监控电感耦合等离子体刻蚀技术、精确湿法氧化控制技术等芯片制造技术,实现了氧化孔径为7 μm、相邻单元间隔为250 μm的高速调制4×15 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵。测试得到了VCSEL列阵的静态特性和动态特性:阈值电流为0.7 mA,斜效率为0.8 W/A;在6 mA工作电流下,工作电压为2.3 V,光功率为4.5 mW。在15 Gbit/s调制速率下,眼图轮廓清晰,线迹很细,抖动较小且无明显串扰。对比列阵各单元在15 Gbit/s调制速率下眼图的上升时间、下降时间、信噪比、均方根抖动等相关参数,结果表明其动态性能的一致性良好。利用箱线图分析得出外延片上VCSEL器件性能的一致性能良好,能够满足批量生产的要求。
激光器 激光光学 高速调制垂直腔面发射激光器列阵 金属有机物化学气相沉积 外延结构 芯片工艺 静态和动态特性 
光学学报
2018, 38(5): 0514001
何晓颖 1董建 2胡帅 2何艳 2[ ... ]郭霞 1
作者单位
摘要
1 北京邮电大学 电子工程学院, 信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
2 北京工业大学 信息学部, 北京 100124
垂直腔面发射激光器因其具有低阈值、低功耗、可实现高速调制等优势, 广泛地应用于光通信和光互连等领域。寄生电容是影响激光器的调制带宽的主要因素之一。本文通过采用低k值的苯并环丁烯(BCB)平整技术有效地降低了垂直腔面发射激光器的寄生电容。详细研究了BCB平整技术的最优工艺参数, 为未来高速垂直腔面发射激光器的制造技术提供参考。低k值BCB平整垂直腔面发射激光器在7 μm氧化孔径下3 dB小信号调制带宽可达152 GHz。
垂直腔面发射激光器 高速调制 苯并环丁烯平整技术 vertical-cavity surface-emitting laser high-speed modulation benzocyclobutene(BCB) planarization technique 
中国光学
2018, 11(2): 190
董建 1,2,*何晓颖 2胡帅 2何艳 2[ ... ]郭霞 1
作者单位
摘要
1 北京邮电大学 电子工程学院, 北京 100876
2 北京工业大学 信息学部, 北京 100124
垂直腔面发射激光器(VCSEL)以其低功耗、低阈值电流、高调制速率和易制作二维阵列器件等特点, 广泛应用于短距离光互连领域。湿法腐蚀和干法刻蚀作为高速VCSEL台面结构制备的两种工艺, 影响VCSEL氧化层的大小。文章研究了氧化层面积对寄生电容的影响, 并计算得到7 μm氧化孔径下采用干法刻蚀工艺的垂直腔面发射激光器, 相比较湿法腐蚀工艺, 氧化层电容由902.23 fF减小至581.32 fF, 谐振腔电容由320.72 fF减小至206.65 fF。通过对采用湿法腐蚀和干法刻蚀工艺制备的GaAs量子阱结构高速VCSEL进行小信号调制响应测试, 结果表明, 7 μm氧化孔径下干法刻蚀VCSEL小信号调制带宽提高至16.1 GHz。
垂直腔面发射激光器 高速调制 湿法腐蚀 干法刻蚀 vertical-cavity surface-emitting laser high-speed modulation wet etching dry etching 
半导体光电
2017, 38(6): 826
作者单位
摘要
发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京交通大学光信息科学与技术研究所, 北京 100044
脉冲泵浦条件下EDFA特性的研究具有重要价值,因此需要高性能的脉冲泵浦激光器。介绍了以iC-HG为核心芯片设计980 nm脉冲激光器的驱动电路,同时以DRV591为核心芯片设计脉冲激光器的温控电路,研究了脉冲泵浦激光器设计和制作中的关键问题。该激光器可以直流激光输出和脉冲激光输出,且脉冲宽度、激光功率、占空比均可调,脉冲宽度最小可达10 ns,直流光功率可达180 mW,脉冲峰值功率可达160 mW。
980 nm脉冲激光器 高速调制 大功率 窄脉宽 980 nm pulse laser high-speed modulation high power short pulse 
光学与光电技术
2015, 13(5): 28

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