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VM100-850-SG-qSM-Cxx VCSEL芯片

分类：半导体激光器

厂家： VI Systems GmbH

产地：德国

型号： VM100-850-SG-qSM-Cxx

更新时间： 2025-11-19T06:43:46.000Z

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概述

VM100-850-SG-qSM-Cxx紧凑且具有非常高调制速率的顶发射GaAs基垂直腔面发射激光器（VCSEL）芯片和1xN（N=4,12）阵列作为工程样品，供开发和评估光学互连、光学背板和集成波导以及下一代光学数据通信系统使用。VCSEL通过顶部表面单独接触，使用地-源（GS）微探针、线键合或倒装芯片键合。

参数

发射波长 / Emission Wavelength : 840-860nm
峰值输出功率 / Peak Output Power : 3-5mW
光学带宽 / Optical Bandwidth : 25-33GHz
斜率效率 / Slope Efficiency : 0.3-0.5W/A
差分电阻 / Differential Resistance : 80-100Ω
光谱带宽（RMS） / Spectral Bandwidth (RMS) : 0.5nm
峰值正向电流 / Peak Forward Current : 9mA
焊接温度 / Soldering Temperature : 150°C

应用

1.以太网 2.专有光学互连 3.有源光缆（AOC） 4.25G和100G以太网

特征

1.单芯片和4通道阵列 2.每通道高达112Gbit/s 3.器件间距250µm 4.适用于线键合或倒装芯片键合

详述

一、VCSEL 激光器芯片的 “微型光腔” 结构：垂直出光的关键

VCSEL（垂直腔面发射激光器）芯片的工作原理核心是 “垂直堆叠的谐振腔”，就像一个微型 “光陷阱”，让光子在垂直方向反复振荡并放大：

图片描述

· 上下分布式布拉格反射镜（DBR）：由数十层 GaAs 等半导体材料交替堆叠而成，每层厚度精确控制在光波长的 1/4，形成高反射率（>99%）的 “镜面”。这两面镜子将光困在中间，迫使光子只能垂直于芯片表面传播，而非传统边发射激光器的水平出光。

· 增益区：位于两面反射镜之间的薄层活性材料（如 InGaAs），当电流通过时，电子与空穴复合释放能量，产生光子。这些光子在反射镜间来回反射，不断被增益区放大，当强度超过阈值时，形成稳定激光。

· 出光窗口：顶部反射镜留有微小开口（约 3μm 光学孔径），让放大后的激光垂直射出，这一设计使其体积仅 210×210μm（1x1 芯片），却能实现高效光输出。

二、“电 - 光转换” 的动态过程：从电流到激光的跃迁

VCSEL 激光器芯片的工作过程可分为三步，每一步都体现着芯片级的精密控制：

1. 电流注入：通过顶部的 GS（地 - 源）电极通入电流（阈值电流约 0.5mA），电流穿过顶部反射镜进入增益区，激发电子从低能态跃迁到高能态。

2. 光子产生与放大：高能电子回落时释放光子，光子在上下反射镜间形成谐振，每次经过增益区都被 “加强”，类似声音在山谷间来回反射被放大。

3. 激光输出：当光子强度足够强时，通过顶部出光窗口射出，形成波长 840-860nm 的近红外激光。VM100-850 系列的光谱带宽仅 0.5nm（RMS），说明输出激光的 “颜色” 极纯，这得益于反射镜对波长的精准筛选。

三、核心特性与原理的关联：性能背后的设计逻辑

VM100-850-SG-qSM-Cxx 的卓越性能，都能从其工作原理中找到答案：

· 超高速调制（112Gbit/s）：得益于垂直结构的短光腔（仅几微米），光子在腔内往返一次的时间极短，可快速响应电流变化。通过调节注入电流的强弱（0-9mA 峰值正向电流），能实现光信号的高速开关，这也是其支持 25G/100G 以太网的关键。

· 高功率效率（3mW 峰值输出）：反射镜的高反射率减少了光损耗，增益区与电流路径的精准匹配（差分电阻 80-100Ω），让更多电能转化为光能，斜率效率达 0.3-0.5W/A。

· 阵列化设计（4 通道）：芯片采用 250μm 的器件间距，每个通道独立工作却共享基板，通过并行传输实现 4×112Gbit/s 的总带宽，这源于垂直结构的高集成性 —— 传统边发射激光器因水平出光难以密集排列。

四、应用场景中的原理适配：为何 VCSEL 成高速互联首选？

VCSEL 的工作原理使其天然适配高速光通信场景：

· 数据中心光互联：840-860nm 波长的激光在多模光纤中传输损耗低，配合 112Gbit/s 的调制速率，可实现机架间数千米的高速连接，VM100-850 系列的窄光谱带宽（0.5nm）减少了色散影响，确保信号不失真。

· 有源光缆（AOC）：垂直出光设计让芯片可直接与光纤耦合，无需复杂光路转换，4 通道阵列通过线键合或倒装芯片键合，轻松集成到光缆接头，实现设备间的高速连接。

五、VI Systems VM100-850 系列：原理落地的技术标杆

这款 VCSEL 芯片将原理优势转化为实际性能：其 850nm 中心波长与反射镜设计精准匹配，确保激光纯度；3μm 光学孔径控制光束发散角（10° FWHM），便于光纤耦合；150℃的焊接温度耐受，适应工业级封装需求。

从微米级的谐振腔到 112Gbit/s 的超高速率，VCSEL 激光器芯片的工作原理诠释了 “小而精” 的光电子技术哲学。VI Systems 的 VM100-850 系列以 GaAs 基材料的精准堆叠、垂直结构的高效增益，将原理优势转化为支撑数字时代的 “光动力”—— 这正是光通信从 “电互联” 迈向 “光互联” 的核心密码。

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厂家介绍

VI Systems GmbH 是一家德国技术公司，专门开发和制造用于数据通信和传感应用的高速光学元件和模块。 VI Systems 公司成立于 2006 年，总部位于柏林，并在夏洛滕堡柏林工业大学附近运营着一家先进的研究机构。公司的产品基于先进的半导体技术，包括砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP），可实现高速数据传输和低功耗。 VI Systems 的产品组合包括一系列用于数据中心互连、高速光通信网络和传感应用的光学元件和模块。这些产品包括垂直腔表面发射激光器（VCSEL）、光电二极管、调制器和收发器。 VI Systems 与光通信和传感领域的多家领先公司和研究机构开展了合作，其产品已广泛应用于电信、航空航天和汽车等领域。总体而言，VI 系统公司在高速光学元件和模块的开发和制造领域处于领先地位，并不断推动光通信和传感技术的发展。