椭圆孔径 VCSEL 中相位模式耦合对噪声性能的影响用于数据通信

我们研究了中等尺寸多模 VCSEL 的动力学行为，这类 VCSEL 采用椭圆氧化物孔径，选取于在数据通信应用中在高输出功率和调制速度之间取得最佳权衡，重点关注其相对强度噪声（RIN）性能。我们的实验结果显示，对于各种 VCSEL，RIN 谱中存在多个峰值，这些峰值位于传输系统的带宽内，可限制直接电调制下的眼图打开度。本文首次通过严格模型解释这些峰值的来源。特别是，通过时域模式展开方法考量相干效应在多模竞争、空间孔加热和载流子扩散中的相互作用，厘清了 RIN 峰频的分析表达式。通过 PAM2 和 PAM4 调制的动力学仿真，明确展示了其在高比特率光互连方面的潜力。最后，我们通过电磁仿真考量氧化物孔径长宽比，说明椭圆度如何影响模态频率去信噪和 RIN，从而为低 RIN 性能的 VCSEL 提供设计指导，并为这些器件在带宽-功率权衡上实现显著改进提供清晰的路线图。