Characteristics of an 1.25 Gbps 850 nm Oxide VCSEL Transmitter Operating at Fixed Current over a Wide Temperature Range

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 $d^2I_{th}/dT^2$ is approximately $1.346\times10^{-4}mA/^{\circ}C^2$. We fixed on-current so that output power from the chip is 1 mW at $20^{\circ}C$ 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 tile ambient temperature and off-current. With the fixed off-current of around $0.1\sim0.2mA$ lower than the lowest threshold current the transmitter successfully operated at 1.25 Gbps over a wide temperature range from $-20^{\circ}C$ to $80^{\circ}C$.

넓은 온도 범위에서 고정 구동전류로 동작하는 1.25 Gbps 850 nm 산화형 VCSEL 송신기의 특성

넓은 온도 범위에서 고정된 구동 전류로 동작하는 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) 송신기의 저전류 동작 특성을 살펴보았다. 사용된 VCSEL은 산화형 850 nm 레이서로, $d^2I_{th}/dT^2$값이 약 $1.346\times10^{-4}mA/^{\circ}C^2$으로 문턱전류의 온도의 존성이 비교적 낮은 것이었으며, 데이터 속도는 1.25 Gbps였다. 칩 상태에서의 광출력-전류-전압을 측정하여 $20^{\circ}C$에서의 광출력이 1 mW가 되는 전류를 on 전류로 설정한 후 $-20^{\circ}C$에서 $80^{\circ}C$의 온도 범위에서 $20^{\circ}C$ 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. 그 결과 최소 문턱전류보다 약 $0.1\sim0.2mA$ 정도 낮게 off 전류를 설정하면 $-20^{\circ}C$에서 $80^{\circ}C$의 온도 범위에서 off 전류와 on 전류를 변화시키지 않고 1.25 Gbps에서 송신기로 동작 시킬 수 있음을 확인하였다.