High-speed high-power free-space optical communication via directly modulated watt-class photonic-crystal surface-emitting lasers

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作者
Ryohei Morita,Shota Ishimura,Takuya Inoue,Kosuke Nishimura,Hidenori Takahashi,Takehiro Tsuritani,Menaka De Zoysa,Kenji Ishizaki,Masatoshi Suzuki,Susumu Noda
出处
期刊:Optica [Optica Publishing Group]
卷期号:11 (7): 971-971 被引量:10
标识
DOI:10.1364/optica.523421
摘要

Photonic crystal surface-emitting lasers (PCSELs), which use a two-dimensional photonic crystal as the laser cavity, can achieve both high output powers and narrow beam divergence angles owing to single-mode lasing over a large area. High-speed, high-power, direct modulation of PCSELs is expected to realize compact and power-saving optical transmitters without bulky lens systems and fiber amplifiers for free-space optical communications. In this paper, we realize high-speed, high-power, free-space optical communication via directly modulated watt-class photonic-crystal surface-emitting lasers. We first numerically investigate the intrinsic (optical) and parasitic (electrical) frequency response characteristics of watt-class PCSELs with large lasing areas, and we show that several-GHz-class direct modulation is feasible even in watt-class PCSELs. Then, we fabricate a 500-µm-diameter PCSEL and simultaneously realize watt-class continuous-wave operation and several-GHz-class direct modulation. Finally, by directly modulating the developed PCSEL with a quadrature amplitude modulation (QAM) signal, we demonstrate free-space optical communication with over 10 Gbit/s high-speed transmission and virtual 5-km-class long-distance transmission even without using a transmitter lens.

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