넓은 온도범위에서 고정전류로 동작하는 고속 변조용 VCSEL 송신기

Abstract

넓은 온도범위에서 고정된 on, off 전류로 동작하는 수동정렬 VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) 송신기의 저전류 동작 특성을 살펴보았다. 사용된 VCSEL은 산화형 850 nm 레이저로, 최소 문턱전류와 온도는 각각 0.77 mA, 50.3℃ 이었으며, 문턱전류의 온도의존성을 나타내는 2차항의 계수 d2Ith/dT2이 0.114 μA/℃2로 온도의존성이 낮았다. -20℃에서 120℃의 온도범위에서 20℃ 간격으로 온도를 바꾸어 가며 eye-diagram을 관찰한 결과 on 전류를 4.6mA 이상, off 전류를 0.8~1.0 mA 사이로 설정하면 -20~120℃의 넓은 온도범위에서 고정된 on, off 전류에서 Gigabit Ethernet 기준을 만족함을 확인하였다. 또한 대신호 등가회로를 이용하여 VCSEL의 비율방정식 특성 파라미터를 추출하여 VCSEL 송신기가 넓은 온도에서 고속으로 고정전류 동작 가능한지를 평가해 보았다. 그 결과 0.2125 μA/℃2의 문턱전류의 온도의존성의 가지는 5 Gbps용 VCSEL 송신기는 온도에 변화에 관계없이 고정전류로 3 Gbps까지 동작할 수 있다는 것을 예측하였다. 저전류에서 동작하는 저가 모듈을 개발하는 길을 열었다는 데에 이 연구의 의미가 있다.