넓은 온도 범위에서 동작하는 850nm 산화형 VCSEL 송신기의 특성 및 대신호 등가회로 모델링
Transmitter Characteristics and Large-Signal Equivalent Circuit Model of a 850 nm Oxide VCSEL Operating in Wide Temperature Range
초록/요약
이 논문에서는 넓은 온도 범위에서 고정된 구동 전류로 동작하는 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) 송신기의 저전류 동작 특성을 살펴보았다. 사용된 VCSEL은 산화형 850 nm 레이저로, d2Ith/dT2값이 약 1.346ｘ10-4 mA/℃2으로 문턱전류의 온도의존성이 비교적 낮은 것이었으며, 데이터 속도는 1.25 Gbps였다. 칩 상태에서의 광출력-전류-전압(L-I-V)을 측정하여 상온에서의 광출력이 1 mW가 되는 전류를 on 전류로 설정한 후 -20℃에서 80℃의 온도 범위에서 20℃ 간격으로 온도를 바꾸어가며 off 전류의 변화에 따른 turn on 특성, turn off 특성 그리고 eye-diagram을 관찰하였고 온도와 off 전류에 따라 eye-diagram에서 rise time, fall time, extinction ratio, timing jitter가 어떻게 변화하는지를 살펴보았다. 또한 비율 방정식을 이용해 설계된 대신호 등가회로[3]를 이용하여 -20℃에서 80℃의 온도 범위에서 온도에 따라 비율방정식에서 추출한 parameter가 어떻게 변화하는지를 기술하였다. 먼저 -20℃에서 80℃의 온도 범위에서 20℃ 간격으로 온도를 바꾸어가며 측정된 VCSEL의 정특성과 동특성에 대하여 기술하고 정특성과 동특성 두 가지 측면에서 측정값과 simulation 결과를 비교해가면서 비율 방정식의 특성 변수들을 추출한 후 온도에 따라 비율방정식의 특성 변수들이 어떻게 변화하는지를 살펴보았다.
more초록/요약
We have analyzed low current operation characteristics of a VCSEL transmitter operating at fixed current over wide temperature range. Used 850 nm oxide VCSEL has low temperature dependence of the threshold current and d2Ith/dT2 is approximately 1.346ｘ10-4 mA/℃2. We fixed on-current so that output power from the chip is 1 mW and investigated the turn-on, turn-off characteristics and eye-diagram of the 850 nm oxide VCSEL transmitter with varying ambient temperature and off-current. We measured rise time, fall time, extinction ratio and timing jitter by changing the ambient temperature and off-current. With the fixed off-current of around 0.1 ~ 0.2 mA lower than the lowest threshold current the transmitter successfully operated at 1.25 Gbps over a wide temperature range from -20℃ to 80℃. Furthermore, we have used a large signal equivalent of the oxide VCSELs for variation of the rate equation parameter over a wide temperature range between ? 20℃ and 80℃. At the first, we have compared simulated value and measured value of the oxide VCSEL over the wide temperature range from -20℃ to 80℃ about the static and dynamic characteristics of the oxide VCSEL Using the method, we have analyzed parameter variation over the temperature range that the transparency carrier density has the lowest value at the room temperature and the value are getting higher at the low and high temperature. As ambient temperature has been increased, the nonradiative recombination coefficient and auger recombination coefficient have increased. Also as temperature has been increased, radiative recombination coefficient, carrier life time and gain coefficient have decreased.
more목차
제1장 서론 = 1
제2장 850 nm 산화형 VCSEL 송신기의 특성 = 2
제1절 광출력-전류-전압(L-I-V) 특성 = 3
제2절 온도와 off 전류에 따른 VCSEL 송신기의 특성 = 5
제1항 1.25 Gbps 고정 전류 동작에서의 eye-diagram = 5
제2항 turn on 특성 비교 = 11
제3항 turn off 특성 비교 = 15
제4항 동적 조건에 따른 VCSEL 송신기의 특성 변화 = 18
제3절 요약 = 22
제3장 대신호 등가회로를 이용한 비율방정식의 특성 변수 추출 = 23
제1절 온도에 따른 VCSEL의 정특성 및 동특성 = 24
제1항 -20℃에서의 VCSEL의 정특성 및 동특성 = 25
제2항 0℃에서의 VCSEL의 정특성 및 동특성 = 33
제3항 20℃에서의 VCSEL의 정특성 및 동특성 = 41
제4항 40℃에서의 VCSEL의 정특성 및 동특성 = 48
제5항 60℃에서의 VCSEL의 정특성 및 동특성 = 55
제6항 80℃에서의 VCSEL의 정특성 및 동특성 = 62
제2절 온도에 따른 비율 방정식의 특성 변수 추출 = 69
제3절 요약 = 71
제4장 결론 = 72
참고 문헌 = 73
