VCSEL（垂直腔面发射激光器）

垂直腔面发射激光器，是一种面发射光芯片，以GaAs材料为基础，主要用于数据中心短距多模光模块。

VCSEL的结构与原理

VCSEL结构示意：
┌─────────────────────────────────────┐
│  光输出（垂直表面）                  │
├─────────────────────────────────────┤
│  p型DBR（分布式布拉格反射镜）         │
├─────────────────────────────────────┤
│  有源区（Quantum Well）              │  ← GaAs/AlGaAs 多量子阱
├─────────────────────────────────────┤
│  n型DBR（分布式布拉格反射镜）         │
├─────────────────────────────────────┤
│  衬底（GaAs）                        │
└─────────────────────────────────────┘

发射波长：850nm（常用）、940nm、1064nm

VCSEL vs EML 对比

特性	VCSEL	EML（DFB+EA）
材料	GaAs	InP
结构	面发射（垂直腔）	边发射（DFB激光器+电吸收调制器）
发射方向	垂直芯片表面	平行芯片表面
典型波长	850nm	1310nm/1550nm
应用距离	≤100m（多模）	500m-10km（单模）
调制方式	直接调制	外调制（EA）
带宽	25G/50G/100G per Chanel	50G/100G per Chanel
成本	低	高
多模光纤	兼容（850nm多模）	不兼容（单模）

VCSEL在AI数据中心的应用

AI集群网络架构（叶脊互联）：
┌────────────────────────────────────────┐
│  GPU服务器 → Leaf交换机 → Spine交换机  │
└────────────────────────────────────────┘
      ↓                    ↓
  SR4/SR8（多模VCSEL）  SR4/SR8（多模VCSEL）
      ↓                    ↓
  距离：≤100m            距离：≤100m

800G SR8 光模块（VCSEL方案）：
  ├── 8×100G PAM4 = 800G总速率
  ├── 每通道：VCSEL + 多模光纤
  ├── 波长：850nm（OM4多模光纤）
  ├── 距离：≤100m
  └── 成本优势：比EML方案低30-40%

核心关系

[光芯片](/wiki/optical-chip/) → [VCSEL](/wiki/vcsel/)（AI数据中心短距刚需）

[VCSEL](/wiki/vcsel/) → [有源器件](/wiki/active-component/)（是光芯片，属于有源发射器件）
[VCSEL](/wiki/vcsel/) → [800G](/wiki/800g/) SR8（VCSEL主力应用场景）
[VCSEL](/wiki/vcsel/) → [1.6T](/wiki/1-6t/) SR16（下一代VCSEL方案）

VCSEL材料体系：GaAs（砷化镓）
  └── 不同于EML的InP（磷化铟）材料体系

VCSEL制造：6英寸GaAs晶圆，VCSEL阵列工艺成熟

关键参数

• 发射波长：850nm（标准）、940nm、1064nm
• 调制速率：25G/50G/100G PAM4
• 输出功率：+1~+5dBm
• 工作温度：-40°C ~ +85°C
• 光束发散角：~15-25°（圆形光束，易耦合）
• 多模光纤兼容：OM3/OM4/OM5（850nm）
• 典型应用：SR4/SR8（≤100m多模）