넓은 온도 범위에서 동작하는 850nm 산화형 VCSEL 송신기의 특성 및 대신호 등가회로 모델링

Abstract

이 논문에서는 넓은 온도 범위에서 고정된 구동 전류로 동작하는 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) 송신기의 저전류 동작 특성을 살펴보았다. 사용된 VCSEL은 산화형 850 nm 레이저로, d2Ith/dT2값이 약 1.346ｘ10-4 mA/℃2으로 문턱전류의 온도의존성이 비교적 낮은 것이었으며, 데이터 속도는 1.25 Gbps였다. 칩 상태에서의 광출력-전류-전압(L-I-V)을 측정하여 상온에서의 광출력이 1 mW가 되는 전류를 on 전류로 설정한 후 -20℃에서 80℃의 온도 범위에서 20℃ 간격으로 온도를 바꾸어가며 off 전류의 변화에 따른 turn on 특성, turn off 특성 그리고 eye-diagram을 관찰하였고 온도와 off 전류에 따라 eye-diagram에서 rise time, fall time, extinction ratio, timing jitter가 어떻게 변화하는지를 살펴보았다. 또한 비율 방정식을 이용해 설계된 대신호 등가회로[3]를 이용하여 -20℃에서 80℃의 온도 범위에서 온도에 따라 비율방정식에서 추출한 parameter가 어떻게 변화하는지를 기술하였다. 먼저 -20℃에서 80℃의 온도 범위에서 20℃ 간격으로 온도를 바꾸어가며 측정된 VCSEL의 정특성과 동특성에 대하여 기술하고 정특성과 동특성 두 가지 측면에서 측정값과 simulation 결과를 비교해가면서 비율 방정식의 특성 변수들을 추출한 후 온도에 따라 비율방정식의 특성 변수들이 어떻게 변화하는지를 살펴보았다.