垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）は、半導体レーザーの一種で、レーザーは上面に垂直に発光します。ガリウムヒ素半導体材料を基に開発されており、LED（発光ダイオード）や LD（レーザーダイオード）とは異なります。
構造は、鏡面、活性層、金属接触層で構成されています。2 つの透過鏡は P 型および N 型のブラッグ反射鏡です。活性領域は量子ヒドラジンで構成されています。
P 型 DBR の外表面にはオーミック接触を形成する金属接触層が作られ、レーザー出力用の円形出口が設けられています。遠方場発散角は小さく、発散角のビームは狭く丸い形状です。閾値電流は低く、変調周波数は高く、最大 300 kHz に達します。レーザー電流と温度を変化させることで波長チューニングが可能です。TEC および PD 内蔵パッケージで、高速光ファイバー通信向けに特別設計されています。
測定条件： TOP = 20 °C、IOP = 2.0 mA（TEC制御）
パラメータ | 記号 | 最小値 | 典型値 | 最大値 | 単位 |
ピーク光出力（25°C） | P | 1 | 1.6 |
| mW |
動作バイアス電流 | Iop | 0 | 18 | 25 | mA |
動作温度範囲 | Top | -40 | 25 | 85 | ℃ |
しきい値電圧 | Ith |
| 8 | 12 | mA |
傾き効率(CW, TC = 25 c) | Se | 0.14 | 0.18 |
| mW/mA |
レーザー駆動電圧 | VCC | 0 | 1.5 | 2.5 | V |
抵抗値 | RS |
| 50 |
| Ω |
中心波長 | Δλ | 1525 |
| 1575 | nm |
ご注文時に必要な中心波長をご指定ください。 |
保証チューニング範囲 | λ | 8 | 10 |
| nm |
正の電圧を印加すると、ピーク波長は短波長側にシフトします。 |
最大周波数チューニング応答 | fmax | 100 | 200 | - | KHz |
SMSR | SMSR | 30 | 40 |
| dB |
幅（-3 dB フル幅半値、連続バイアス = IOP） | σ |
|
| 300 | MHz |
相対強度噪音 | RIN |
|
| -128 | dB/Hz |
チューニング電圧 | Vture | 0 | Test Sheet | Test Sheet | V |
チューニング電流 | Itune | 0 | - | 100 | µA |
TEC電圧 | VTEC |
| 0.35 | 1.5 | Ｖ |
TEC電流 | ITEC |
| 0.05 | 0.6 | A |
実験データ
VCSELレーザーに関する実験を行い、印加電圧、駆動電流、発光波長、および変調周波数の関係を測定しました。
VCSELスペクトログラムとレーザー測定ベース
1.電圧と波長の関係
VCSELレーザーに4 V～18 Vの電圧を印加し、測定ごとに2 Vずつ増加させました。上図の測定データから、電圧が増加するにつれて波長が約8 nm短くなることがわかり、負の傾きを持つ直線的な変化を示しています。
2. 電流と波長の関係
電圧を一定に保ち、電流を13 mAから25 mAまで3 mA間隔で調整しながら測定しました。電流の変化に伴い波長が大きく変化し、正の傾きを持つ直線的な変化を示すことがわかりました。
2. 異なる周波数での負荷変化
負荷：5 V 電圧および 20 kHz 周波数の波形
負荷：5 V 電圧および 40 kHz 周波数の波形
負荷：5 V 電圧および 60 kHz 周波数の波形
負荷：5 V 電圧および 80 kHz 周波数の波形
負荷：5 V 電圧および 100kHz 周波数の波形
負荷：5 V 電圧および 120kHz 周波数の波形
負荷：5 V 電圧および 140kHz 周波数の波形
固定電圧 5 V を印加し、周波数を調整することで上図のデータを得ました。高い変調周波数により、より多くの情報を伝送でき、応答速度も向上します。
