面向5G前传的高速半导体激光器
5G新基建是国家的重要发展战略,宽温高可靠的25Gb/s DFB(分布反馈)激光器芯片是5G光传输核心光芯片,也是当前5G建设的卡脖子问题之一。自主可控的5G光模块DFB激光器芯片对解决光通信“空芯化”问题,推进“中国芯”国家重大战略实施,保障我国通信基础设施安全具有重要的经济和社会效益。因DFB激光器的微分增益随温度上升迅速下降,常规的DFB激光器面临严重的高温高带宽瓶颈。面对5G应用要求的-40~85℃的宽温应用场景,常规DFB激光器芯片往往是超频运行,严重影响可靠性。因此,研制全国产宽温25Gb/s DFB激光器芯片,同时兼顾低成本高可靠需求对推进“中国芯”国家重大战略实施具有重要意义。
本成果创新性地提出一种沟中沟脊波导DFB激光器结构,相比较常规DFB激光器,在脊两侧对称的刻蚀两个沟槽。此结构可抑制注入载流子的横向扩散,提高对光场的束缚,提高芯片带宽,满足芯片高速工作需要。芯片的高温输出光功率大于10mW,单模抑制比大于40dB,实测宽温25Gb/s眼图及误码率均达到商用需求。同时,相比较常规芯片,其制作过程只需多加一步简单的刻蚀,无需二次外延,成本低,做了2000小时的老化试验,其功率变化小于0.5%,具有高可靠性。
图1(a)常规DFB激光器芯片截面图(b)新型沟中沟脊波导DFB激光器芯片截面图(c)新型沟中沟脊波导DFB激光器芯片概图(d)(e)(f)分别为常规芯片、沟脊距为2μm、沟脊距为6μm SEM图
图2(a)(b)(c)25℃、55℃和85℃下不同沟脊距与常规芯片响应曲线对比(d)25℃、55℃和85℃下不同沟脊距与常规芯片响应带宽对比,带宽可提高3GHz 25℃和3.7GHz 85℃下芯片25Gb/s眼图(g)25℃、55℃和85℃下芯片背靠背传输及10km传输误码率曲线
图3(a)(b)25℃和85℃下常规芯片与沟中沟脊芯片2000小时老化实验结果,功率变化小于0.5%
华中科技大学
2022-10-11