MULTI-GIGAHERTZ FREQUENCY-MODULATED VERTICAL-CAVITY SURFACE EMITTING LASER

• Main Author: MORGAN, ROBERT, A
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 19.12.1996
• Edition: 6
• Subjects: BASIC ELECTRIC ELEMENTS; DEVICES USING STIMULATED EMISSION; ELECTRICITY

A GHz-range frequency-modulated laser based on manufacturable vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) and arrays. The present invention exploits a saturable absorber contained within the VCSELs distributed Bragg reflector which may itself be adjusted during fabrication or in operation. Under controllable operating conditions, the saturable absorber, strategically sized and placed, will force the VCSEL to self-pulsate (in the GHz-regime) at rates related to the local intensity, absorption, lifetime, and carrier density of the saturable absorber. These conditions can be controlled in real time in one of three ways; first, by adjusting the injection current into the VCSEL itself; second, for a fixed VCSEL bias and the use of a third terminal, by modifying the carrier density within the saturable absorber via additional current injection; or third, the saturable absorber can be reverse-biased by simultaneously altering its absorption and carrier lifetime and thus carrier density. Additionally, the frequency response can be controlled in the fabrication process by affecting the location of the saturable absorber, the mirror design and cavity Q, and the laser size (and hence threshold current). One can easily multiplex numerous GHz channels into a 100 plus GHz transmitter in a cost-effective manner. Application of the saturable absorber for self-pulsation provides for a decoherence of the VCSEL light output to eliminate modal noise in data communication systems, or for use as a local oscillator in an RF or other system. A plurality of VCSELs may be formed into an array having various frequencies, intensities, phases or other properties. The VCSELs may form a phased array, for instance. Laser à fréquence modulée dans la plage des gigahertz à base de lasers à émission par la surface à cavité verticale (VCSEL) et de réseaux manufacturables. La présente invention exploite un absorbeur saturable contenu à l'intérieur du réflecteur de Bragg réparti du VCSEL qui peut lui-même être réglé en cours de fabrication ou de fonctionnement. Dans des conditions de fonctionnement pouvant être commandées, l'absorbeur saturable, dimensionné et placé de manière stratégique, force le VCSEL à fonctionner par autoimpulsion (dans le régime des gigahertz) à des fréquences liées à l'intensité locale, à l'absorption, à la durée de vie et à la concentration de porteurs de l'absorbeur saturable. Ces conditions peuvent être commandées en temps réel d'une de trois manières: premièrement, en réglant le courant d'injection dans le VCSEL même; deuxièmement, pour une polarisation invariable du VCSEL et l'utilisation d'une troisième borne, en modifiant la concentration de porteurs à l'intérieur de l'absorbeur saturable par une injection de courant supplémentaire; et troisièmement, l'absorbeur saturable peut être alimenté dans le sens bloqué en modifiant simultanément son absorption et la durée de vie de ses porteurs, et donc la concentration de porteurs. En outre, la réponse en fréquence peut être commandée pendant le processus de fabrication en affectant la situation de l'absorbeur saturable, la configuration du miroir et la cavité Q, ainsi que la taille du laser (et donc le courant de seuil). On peut facilement multiplexer de nombreux canaux gigahertz en un émetteur de 100 GHz et plus de manière propre à réduire les coûts. L'application de l'absorbeur saturable pour l'autoimpulsion permet de décohérer l'émission lumineuse du VCSEL pour éliminer le bruit modal dans des systèmes de transmission de données, ou pour servir d'oscillateur local dans un système de fréquence radioélectrique ou autre. Il est possible de constituer un réseau pourvu de diverses fréquences, intensités, phases ou autres propriétés à partir d'une pluralité de VCSEL. Les VCSEL peuvent former une antenne réseau à commande de phase, par exemple.