VCSEL Equivalent Circuits and Silicon Photonics Integration
Doktorsavhandling, 2022
In this work, an advanced physics-based equivalent circuit model for datacom VCSELs has been developed. The model lends itself to co-design and co-optimization with driver and receiver ICs, thereby enabling higher data rate transceivers with bandwidth limited VCSELs and photodiodes. The model also facilitates an understanding of how each physical process within the VCSEL affects the VCSEL static and dynamic performance. It has been applied to study the impact of carrier transport and capture on VCSEL dynamics.
The work also includes micro-transfer-printing of GaAs-based single-mode VCSELs on silicon nitride photonic integrated circuits (PICs). Such PICs are increasingly used for e.g. compact and highly functional bio-photonic sensors. Transfer printing of VCSELs enables the much-needed on-PIC integration of power efficient light sources. The bottom-emitting VCSELs are printed above grating couplers on the PIC and optical feedback is used to control the polarization for efficient coupling to the silicon nitride waveguide. Wavelength tuning, as required by the bio-sensing application, is achieved by direct current modulation.
vertical-cavity surface-emitting laser
light source integration
equivalent circuit
silicon photonics
sensing
optical interconnects
Författare
Alexander Grabowski
Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Fotonik
Large-Signal Equivalent Circuit for Datacom VCSELs
Journal of Lightwave Technology,;Vol. 39(2021)p. 3225-3236
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Large-Signal Equivalent Circuit for Datacom VCSELs – Including Intensity Noise
Journal of Lightwave Technology,;(2022)p. 1-9
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Impact of Carrier Transport and Capture on VCSEL Dynamics
IEEE Journal of Quantum Electronics,;Vol. 59(2023)p. 1-6
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Enabling VCSEL-on-silicon nitride photonic integrated circuits with micro-transfer-printing
Optica,;Vol. 8(2021)p. 1573-1580
Artikel i vetenskaplig tidskrift
Eftersom utvecklingen av VCSELar har kommit långt, har man nu för dataöverföring nått en flaskhals där det är svårt att vidare öka överföringstakten per laser. För att kringgå detta försöker man istället optimera övrig elektronik uppkopplad mot lasern. Arbetet i avhandlingen har därför fokuserat på att ta fram en elektrisk krets som skall motsvara lasern och kunna förutsäga hur den beter sig i olika situationer, just för att underlätta optimering av den övriga elektroniken.
Den andra aspekten som tas upp i avhandlingen är kiselfotonik, det vill säga användningen av kiselbaserade optiska kretsar för att överföra och manipulera ljus. Eftersom lasrar inte går att göra av kisel, har vi gjort VCSELar av ett annat material och för första gången demonstrerat integration på kiselfotoniska kretsar med hjälp av en massfabrikationvänlig metod, med tillämpningar bland annat i biologiska sensorer.
Optiska länkar för krävande datormiljöer
Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (CHI19-0004), 2021-01-01 -- 2025-12-31.
Photonic Integrated Circuit (PIX) Pilot Line For Life Science Applications (PIX4LIFE)
Europeiska kommissionen (EU) (EC/H2020/688519), 2016-01-01 -- 2018-12-31.
Optiska datakablar med multi-Tbit/s kapacitet
Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (SE13-0014), 2014-03-01 -- 2019-06-30.
Styrkeområden
Informations- och kommunikationsteknik
Nanovetenskap och nanoteknik
Energi
Drivkrafter
Hållbar utveckling
Ämneskategorier
Telekommunikation
Fysik
Atom- och molekylfysik och optik
Kommunikationssystem
Elektroteknik och elektronik
Nanoteknik
Annan elektroteknik och elektronik
Den kondenserade materiens fysik
Infrastruktur
Nanotekniklaboratoriet
ISBN
978-91-7905-681-0
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5147
Utgivare
Chalmers