美研究人员实现138 Gbps低温VCSEL光学互连

维度网讯，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员展示了一种基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的高速低温光学互连技术，该技术在支持每通道高达138 Gbps数据速率的同时，降低了红外焦平面阵列（FPA）的热泄漏和功耗。研究成果发表于《IEEE光子技术快报》（IEEE Photonics Technology Letters），解决了下一代低温成像系统中的一个关键挑战——传统铜互连会向敏感探测器引入不必要的热量。

现代低温FPA在分辨率、灵敏度和成像速度方面持续提升，使总数据速率超过100 Gbps。传统的电互连需要大量铜连接，这些连接会将热量传导至低温传感器组件中，增加探测器的噪声和冷却需求。研究团队评估了在77开尔文（-196°C）至120开尔文（-153°C）温度下工作的VCSEL光学链路，在低于4 mA的偏置电流下展示了超过50 GHz的调制带宽。这些器件成功传输了112 Gbps的PAM-4信号，并将每通道速率扩展至138 Gbps，在77 K时TDECQ测量值为3.42 dB，在120 K时为4.15 dB，均保持在适用的IEEE短距离多模光纤通信规范范围内。

研究人员还估算了能效，在77 K时约为68飞焦耳/比特，在120 K时约为60飞焦耳/比特，表明低温VCSEL链路能够在满足先进红外成像系统带宽需求的同时，降低热负载和功耗。这项研究表明，对于未来用于国防、科学仪器、天文学及其他高性能成像应用的低温传感器，光学互连可能成为铜互连的实用替代方案。

“这些结果表明，低温VCSEL光学链路可以成为满足FPA高速数据通信需求的一种有前景且经济高效的解决方案，”Liu表示。