本文属于类型a，即单项原创研究的学术报告。
本文的主要作者为Oh Kee Kwon、Young Tak Han、Yong Soon Baek和Yun C. Chung。其中，Oh Kee Kwon、Young Tak Han和Yong Soon Baek来自韩国电子通信研究院（Electronics and Telecommunications Research Institute, ETRI）的光子-无线融合器件研究部；Yun C. Chung来自韩国科学技术院（Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST）电气工程系。该研究于2011年11月21日投稿，2012年1月9日修订并接收，2012年5月10日发表于《Optics Express》第20卷第11期，文献编号为11806至11812。
在光纤通信网络中，数据流量的持续增长对高速光源提出了迫切需求。电吸收调制激光器（electroabsorption-modulated laser, EML）因其结构紧凑、可靠性高、成本较低、啁啾低以及功耗低等优点，被认为是适用于25 Gb/s乃至40 Gb/s高速应用的重要光源。然而，EML的调制带宽常常受到电吸收调制器（electroabsorption modulator, EAM）结电容所形成的电阻-电容（RC）时间常数的限制。若要解决这一问题，传统上需要改变EAM的结构参数，但这样做通常会牺牲消光比、插入损耗和所需驱动电压等重要性能。尽管行波电极技术和基于光滤波器的均衡技术可以在一定程度上缓解带宽限制，但它们分别存在工艺复杂、容差严格或需要额外组件、引入较大附加损耗等问题。此前虽有利用倒装焊（flip-chip）技术或T型谐振器提高调制带宽的报道，但这些方法在散热、寄生效应、工艺成本和带宽提升幅度等方面仍存在不足。因此，本研究旨在提出一种简单且成本有效的技术，在不牺牲其他关键性能的前提下，通过键合线（bonding wire）的射频谐振效应显著提高EML的调制带宽。
该研究的核心思路是利用EAM芯片的结电容与键合线电感之间形成的射频谐振来改善频率响应。研究中首先建立了EML的等效电路模型。在该模型中，分布反馈激光二极管（DFB LD）产生的连续光由EAM中的光吸收随调制电压的变化而被强度调制。电路模型采用源阻抗和负载阻抗均为50 Ω的典型配置。键合线分为两段：一段位于射频馈线与EAM金属焊盘之间，长度为l1，阻抗为Zw1；另一段位于EAM焊盘与负载阻抗之间，长度为l2，阻抗为Zw2。键合线阻抗由随频率变化的传导电阻和电感组成。EAM的等效电路包含串联电阻rm、结电容Cm、寄生电容Cp、漏电阻rj以及由光电流依赖结电压所引入的等效交流电阻rpho。在分析中，作者从实测数据中提取了25.4 μm直径键合线的单位长度电感和电阻，以及175 μm长EAM芯片的串联电阻和结电容等参数。主要的仿真参数为：单根键合线电感0.5 nH/mm，EAM串联电阻5 Ω，结电容0.42 pF，光电流等效交流电阻125 Ω，寄生电容10⁻³ pF，漏电阻10⁸ Ω。仿真通过计算射频增益g(f)（即20log₁₀[vm(f)/vm(0)]）和回波损耗r(f)（即20log₁₀[(zin-rs)/(zin+rs)]）来评估l1和l2对频率响应的影响。
仿真结果显示，当l2固定为0时，随着l1从0 μm增加到1000 μm，射频增益的3 dB带宽逐渐下降，而低频回波损耗有所改善。这说明射频馈线与EAM芯片之间的键合线电感会加速调制电压vm的下降，从而限制带宽。因此，作者认为应尽量缩短l1、使用大直径键合线或采用多根并联键合线以减小该段电感。与之相反，当l1固定为0、l2逐渐增加时，调制带宽随l2增大而提高，同时低频回波损耗也得到改善。这种带宽提升主要来源于EAM结电容Cm与第二段键合线电感lw2之间的射频谐振效应。但当l2超过约1 mm时，频率响应会出现过冲，带宽不再继续增加。进一步的参数扫描表明，在不同Cm值（0.2 pF、0.3 pF、0.4 pF、0.5 pF）下，3 dB带宽随l2的增加先上升后趋于饱和，且Cm越小，饱和所需的l2越短，同时过冲的峰值也略有不同。这一规律为封装设计提供了明确的指导：在保证不产生过度过冲的前提下，应尽量增加l2以获得最大带宽。
为了验证仿真分析，作者将一只原本用于10 Gb/s应用的集总式EML芯片封装在带有50 Ω负载电阻和柔性印制电路板（FPCB）接地共面波导（GCPW）射频馈线的基座上。负载电阻和射频馈线使用银浆在150 °C下粘接。利用网络分析仪测量封装部件的S参数，结果显示在20 GHz频率下，馈线的S11小于−21.5 dB，S21大于−0.2 dB；负载电阻的S11在20 GHz下小于−17 dB。所采用的EML芯片在70 mA激光电流、EAM偏压0 V时的光纤耦合输出功率约为3 dBm；在−1.2 V偏压下包含电极焊盘的电容约为0.42 pF，芯片自身的3 dB调制带宽约为16 GHz。实验中制备了两种键合线配置：类型1中l1≈l2≈300 μm，类型2中l1≈300 μm且l2≈700 μm。两种键合线直径均为25.4 μm，并通过楔焊方式连接到金属焊盘。测试结果显示，类型1的3 dB带宽约为18 GHz，类型2约为28 GHz，表明通过增加l2确实可以显著提升EML的调制带宽。回波损耗的实测结果也与仿真趋势一致。此外，实测电光响应在约3 GHz附近出现的快速下降来源于EML芯片自身的本征特性，即DFB LD与EAM之间隔离区中的载流子积累导致的响应退化。这一现象与键合线技术无关。
实验结果表明，仅通过调整键合线长度，就可使原本用于10 Gb/s的EML芯片达到约28 GHz的调制带宽，从而具备应用于25 Gb/s甚至40 Gb/s系统的潜力。该技术具有显著的实际优势：与倒装焊技术相比，键合线方案能够为EML提供充分的散热路径，对基座的射频寄生效应具有较强的耐受性，器件与基座的几何布局几乎不受限制，且无需使用倒装焊中常用的昂贵金锡焊料，因而成本更低。此外，该技术只需通过调整键合线长度或选用不同类型的键合线即可实现频率响应补偿，配置简单，兼容大多数商用发射光组件（transmitter optical subassembly, TOSA）中广泛使用的键合工艺。
本研究的结论是：利用EML芯片结电容与键合线电感所形成的射频谐振，可以在不改变EAM结构、不增加额外光学组件、不牺牲消光比和插入损耗等性能的前提下，有效扩展EML的调制带宽。其科学意义在于通过等效电路模型清晰揭示了l1和l2对射频增益与回波损耗的不同作用机制，特别是l2所引入的谐振效应在带宽扩展中的关键角色。其应用价值在于为高速光发射组件的低成本封装提供了一条简便有效的设计路径。研究亮点包括：首次通过系统的实验验证了键合线长度对EML调制带宽的显著提升作用；提出的技术与传统封装工艺完全兼容；在保持EML芯片原有性能的同时实现了约75%的带宽提升（从约16 GHz到约28 GHz）。此外，该研究还指出未来可以通过进一步优化l1与l2的组合以及键合线几何参数，在更大范围内平衡带宽与响应平坦度，从而为下一代高速光通信光源的封装设计提供参考。