國立台灣大學光電所暨電機系宣佈聯手交通大學光電系,共同開發專為資料中心傳輸光源使用的少模態與單模態高速垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)元件,相關產業產值上看十億美金。

在光通訊業界最新技術發展藍圖中,VCSEL已被納入乙太網路的正式規範(IEEE 802.3bs),將成為未來短距傳輸(資料中心、超級電腦)的主要光源。不但具有低功耗、高效率及高速等特性,市場需求量急速上升中,而且能顯著帶動網路事業的效率及功能。

目前全世界在垂直共振腔面射型雷射直接調變傳輸位元率上領先的研究團隊包括瑞典查爾摩斯工學院(Chalmers University of Technology)、美國伊利諾大學香檳校區(UIUC)與加州大學聖塔芭芭拉分校(UCSB)。

近期,台灣大學與交通大學的合作成果也在此領域展現突破成果。由交通大學光電系郭浩中教授設計、台灣大學光電所暨電機系吳肇欣教授製作、美國伊利諾大學馮明教授與台灣大學光電所暨電機系林恭如教授負責測試,以及國內由科技部光電學門補助中興大學電機系特聘講座鄭木海教授之「高速400G光收發模組關鍵性技術」計畫團隊合作,藉計畫補助聯手設計晶圓磊晶結構、開發元件製程技術與測試頻響位元率,終於藉由擴散技術成功地降低半導體的電阻,解決面射型雷射在小氧化孔徑面臨的困境,提高少模與單模VCSEL元件整體的操作效率。

這些性能更優異的少數模態與單一模態VCSEL可以經由44Gbit/s的開關鍵調變(On-Off-Keying)、50Gbit/s的4階脈衝振幅調變(PAM-4)或高達80Gbit/s的正交振幅頻率調變(QAM-OFDM),直接調變光載波攜帶通訊訊號在多模光纖中傳輸,相關的論文已經由美國光纖通訊會議(OFC)接受將於2017年發表。該元件與相關IC一起封裝後可組成光收發器,適用於高速光纖傳輸網路、資料中心等。將繼續由該合作計劃團隊成員國立高雄應用科技大學電子系施天從教授的研發團隊,封裝成為高速光傳輸器模組應用在未來400G的光網路中。

VCSEL應用於未來大型資料中心、超級電腦內連接等預期將有超過千萬連接埠使用,相關產值超過十億美金。甚至於消費端USB電腦傳輸線,傳送4K或8K視訊影音HDMI等,將有更大量應用及產值。

此外,吳肇欣教授與郭浩中教授合作開發的VCSEL元件經過台灣大學與美商太克科技(Tektronix)在台灣大學光電所成立之「NTU-Tektronix光通訊聯合實驗室」由紀裕傑教授領導高選昀、彭俊諺、蔡政庭同學測試結果,發現其具備極高的傳輸位元率與優異的傳輸性能,能夠立即應用於資料中心傳輸器做為主要載波光源,經過立即技術轉移至國內廠商後將顯著提升台灣在全球相關市場上的競爭力。