Polarization Modulation in Quantum-Dot Spin-VCSELs for Ultrafast Data Transmission
本文研究量子点自旋VCSEL的偏振调制特性，发现其调制效率比量子阱器件提升近两倍，并支持高达250Gbps数据传输及双态发射，为超快光通信和复用提供新方案。
2022-12-19 physics.app-ph physics.optics
Photonic neuromorphic computing using vertical cavity semiconductor lasers
光子实现的神经网络计算硬件是一种有前途的方法，使未来的可扩展性的类脑计算。在这篇综述中，我们提供了一个概述垂直腔面发射激光器（VCSEL），以及这些高性能的电光元件如何实现或与其他光子硬件相结合，以证明点（一-三）。在神经形态光子学的背景下，VCSEL是特别感兴趣的，因为它们与CMOS制造兼容，容易实现301%的壁插效率和>30 GHz的调制带宽，因此是高能效和超快的。最重要的是，它们对光注入和电调制的反应是高度非线性的，这使得它们非常适合作为全光和电光光子神经元。它们的光学腔是波长受限的，并且标准半导体生长和光刻实现了非经典腔配置和几何形状。这使得可激发VCSEL（即尖峰VCSEL）能够精细控制其时间和空间相干性，通过自旋翻转效应解锁太赫兹带宽，甚至利用腔量子电动力学进一步提高其效率。最后，作为VCSEL阵列，它们与标准的2D光子集成兼容，但它们垂直于衬底的发射使它们非常适合利用3D光子波导的可扩展集成网络。在这里，我们讨论了空间和时间复用VCSEL神经网络和水库，计算的基础上可激发VCSEL的光子尖峰神经元，以及概念和进展的VCSEL和微激光器的制造。
2021-12-15 cs.ET physics.optics
Polarization Dynamics in VCSELs Under Sinusoidal Signal Modulation around the Polarization Switching point
Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）；imec（imec研究所）
本研究通过自旋翻转模型分析VCSELs在极化切换点附近正弦电流调制下的极化动力学，揭示了调制参数对极化稳定性的影响，为高-speed光通信和传感应用提供控制策略。
2026-02-25 physics.optics
Hexagonal Transverse Coupled Cavity VCSEL Redefining the High-Speed Lasers
垂直腔面发射激光器（VCSEL）已成为实现数据中心和超级计算机中节能、高速光互连的重要途径。到目前为止，VCSEL在成本效益和可靠性方面最适合大规模生产。然而，对于40 GHz以上的更高速度调制仍然存在关键挑战。在这里，提出了一种通过中心腔耦合的六边形横向耦合腔VCSEL。一个3 dB的滚降调制带宽为45 GHz的演示，这是五倍以上，比传统的VCSEL制造在相同的外延片结构。虽然宇称时间（PT）对称性方法增加了设计激光系统拓扑状态的损失，但在这里，具有增益的根本范式转变引入了对称性破缺。然后，这个想法实现了具有> 30分贝的边模抑制比（SMSR）和> 45分贝的信噪比（SNR）的单模操作。耦合腔系统内部的能量分布也被重新分布，以在空间分离的系统中提供相干增益。因此，吞吐功率比传统VCSEL的吞吐功率高三倍。
2020-08-04 physics.app-ph physics.optics
Energy-Efficient Precoding for Dense VCSEL-Based OWC Systems Under a Cooperative Broadcast Model
针对密集VCSEL部署的OWC系统干扰与能效问题，本文提出可扩展预编码框架，通过非凸优化（Dinkelbach方法+内近似技术）设计预编码矩阵，在光学约束下最大化能效并保证用户最低速率，性能优于正则化迫零。
2025-08-26 physics.optics
Metasurface integrated Vertical Cavity Surface Emitting Lasers for programmable directional lasing emissions
垂直腔面发射激光器（VCSEL）为现代光电子技术的发展做出了不可或缺的贡献。然而，在紧凑的系统中任意的VCSEL光束整形仍然是不可实现的。新兴的超薄平面光学结构，即超颖表面，提供了一个强大的技术来操纵电磁场与亚波长的空间分辨率。在这里，我们表明，电介质超颖表面与VCSEL的单片集成，使显着的任意控制的激光束的轮廓，包括自准直，贝塞尔和涡旋激光器，具有高效率。通过VCSEL兼容技术的这种超颖表面的晶片级集成简化了组装过程并保持了VCSEL的高性能。我们设想，我们的方法可以在各种广泛的应用中实现，例如光纤通信、激光打印、智能手机、光学传感、人脸识别、定向显示和超紧凑型光探测和测距（LiDAR）。
2020-01-16 physics.optics
Random number generation from a self-chaotic broad-area VCSEL
Université de Lorraine（洛林大学）；CentraleSupélec（中央理工-高等电力学院）；Chaire Photonique（光子学教席）
利用宽面积VCSEL的非线性动力学特性，无需外部扰动即可生成高熵随机数，通过NIST测试，速率达150Gb/s，系统简单紧凑且鲁棒。
2026-04-07 nlin.CD physics.optics
Ultrafast Neuromorphic Photonic Image Processing with a VCSEL Neuron
对人工智能（AI）系统不断增长的需求凸显了对新的AI优化硬件的重大需求。神经形态（类脑）处理器是一个非常有前途的解决方案，光子实现越来越受到关注。其中，基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）的方法由于其有利的属性和成熟的技术而引起人们的兴趣。在这里，我们展示了一个硬件友好的神经形态光子尖峰处理器，使用一个VCSEL，全光学图像边缘特征检测。这利用了基于VCSEL的光子神经元以高速整合时间编码的像素数据的能力;并在检测到所需的图像特征时发出快速（100 ps长）的光学尖峰。此外，光子系统与软件实现的脉冲神经网络相结合，为复杂的图像分类任务提供了完整的平台。因此，这项工作突出了基于VCSEL的平台的潜力，用于与当前计算和通信系统连接的新型超快全光学神经形态处理器，用于未来的光使能AI和计算机视觉功能。
2021-10-04 cs.ET physics.optics
Neuron Surface Emitting Laser (NeuronSEL): Spiking Regimes and Negative Differential Resistance in Solitary Multi-junction VCSELs
University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；Cardiff University（卡迪夫大学）
本文提出NeuronSEL，一种具备神经脉冲发射和负微分电阻特性的紧凑型多结VCSEL，展示了其在光子神经形态计算中的应用潜力。
2026-04-14 physics.optics
3D-printed facet-attached optical elements for connecting VCSEL and photodiodes to fiber arrays and multi-core fibers
基于光纤阵列的多芯光纤和光纤带允许经由空间上分离的信道进行信号的大规模并行传输，从而以线性增加的技术努力提供有吸引力的带宽缩放。然而，光纤阵列或多芯光纤与垂直腔面发射激光器（VCSEL）或光电二极管（PD）的标准线性阵列之间的光的低损耗耦合仍然是一个挑战。在本文中，我们证明了3D打印的小面附着微透镜（FaML）为连接多模光纤阵列以及多模多芯光纤的单个芯与VCSEL或PD的标准阵列提供了一条有吸引力的路径。通过高分辨率多光子光刻，在器件和光纤端面上以高精度原位印刷自由形式的耦合元件。我们展示了低至0.35 dB的耦合损耗以及超过10 $μ$ m的横向1 dB对准公差，允许利用依赖于行业标准机器视觉的快速无源组装技术。据我们所知，我们的实验代表了耦合接口的第一次演示，该耦合接口将多芯光纤的各个芯连接到以标准线性阵列排列的VCSEL或PD，而不需要额外的基于光纤或基于波导的扇出结构。使用这种方法，我们建立了一个3 × 25 Gbit/s的收发器组件，适合一个小的形状因子可插拔模块，并满足IEEE 802.3标准中规定的许多性能指标。
2022-10-31 physics.app-ph physics.optics
Orbital Angular Momentum (OAM) Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers
利用光的轨道角动量（OAM）是开发光子技术用于未来光通信和高维量子密钥分发（QKD）中的应用的有吸引力的方法。OAM资源的广泛使用面临的一个突出挑战是其有效生成。我们设计了一种新的器件，它可以直接发出一个OAM携带光束。通过在垂直腔面发射激光器（VCSEL）的光阑内制作微尺度螺旋相位板（SPP），将VCSEL发射的线偏振高斯光束高效、高质量地转换为具有特定OAM模式及其叠加态的光束。创新的OAM发射器在基于OAM的光和量子通信领域开辟了新的视野，特别是对于短距离数据互连和量子密钥分发（QKD）。
2015-02-24 physics.optics
Soft-Matter-Based Topological Vertical Cavity Surface Emitting Lasers
本研究利用软物质一维光学超晶格设计并实现了一种柔性、低阈值、高斜率效率的圆偏振拓扑垂直腔面发射激光器，解决了传统半导体拓扑激光器难以用于柔性器件的问题，在经历数百次弯曲后仍保持稳健的光束偏转特性。
2024-10-16 physics.optics
Optimized Si/SiO2 high contrast grating mirror design for mid-infrared wavelength range: robustness enhancement
采用自动优化算法设计了一种高反射率、高对比度的偏振选择光栅反射镜。通过对结构不同长度公差的精确研究，相对于制造误差的鲁棒性已被增强到5%至210%之间的高公差值。结构尺寸的这种调整导致250 nm大带宽反射镜很好地适用于λ= 2.65 $μ$ m的VCSEL应用，并且可以容易地缩放用于其他波长。
2011-11-17 physics.optics
Deep Learning with Coherent VCSEL Neural Networks
提出基于相干 VCSEL 阵列、光电乘法与零差非线性的全光学神经网络，实现高能效、高密度且可快速更新权重的深度学习计算。
2022-07-12 cs.ET physics.optics
Graphene photodetectors with a bandwidth larger than 76 GHz fabricated in a 6 inch wafer process line
近年来，数据流量呈指数级增长，预测表明通信基础设施和服务提供商可以解决巨大的市场。然而，现有技术的加工能力、空间和能源消耗是开发这些市场的严重瓶颈。芯片集成光通信系统有望显著改善与当前技术相关的这些问题。目前，哪种材料最适合超快芯片集成通信系统的问题的答案仍然是开放的。在这篇手稿中，我们报告了带宽超过76 GHz的超快石墨烯光电探测器，非常适合每通道速度超过100 GBit/s的通信链路。我们提取的时间尺度，其中在石墨烯中产生的热辐射光响应的上限值为7.2 ps。光电探测器在半导体中试生产线中的6英寸绝缘体上硅晶片上制造，证明了高性能石墨烯基器件的可扩展制造。
2017-03-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical Kerr soliton microcombs for high bandwidth communications
本文综述光学Kerr孤子微梳在高带宽光纤通信中的发展，介绍锁相、锁模方法及其突破petabit/s的传输能力，并讨论挑战与机遇。
2025-05-15 physics.app-ph physics.optics
Expanding detection bandwidth via a photonic reservoir for ultrafast optical sensing
针对传统探测器带宽限制超快信号检测的问题，提出基于光子储备池时空编码的神经形态光子处理方法，在片上硅光子储备池中实现超八倍有效带宽扩展，为高速信号处理提供可扩展平台。
2025-10-12 cs.ET physics.optics
Effect of white LED DC-bias on modulation speed for visible light communications
发光二极管（LED）的非线性失真引起的可见光通信（VLC）系统性能的下降可以通过优化LED的直流偏置点来控制。本文从理论上分析和实验上验证了白光LED直流偏置对VLC系统非线性调制带宽和动态范围的影响。通过串联LED芯片提高了线性动态范围，并在不使用蓝光滤波器的情况下通过后均衡将调制带宽扩展到40 MHz。实验结果与LED非线性调制特性的理论模型吻合较好。结果表明，由于载流子寿命和结电容的非线性效应，调制带宽随着LED直流偏置电流的增加而增加并饱和。对应于最小BER的优化直流偏置电流随着数据率的增加而增加。通过适当调整LED直流偏置点，可以实现60 Mbps的NRZ传输，误码率阈值为10-3。
2016-12-27 cs.IT math.IT physics.optics
