在 2025 年全球数据流量突破 2ZB 的背景下，激光芯片作为光通信与数据中心的 “心脏”，其性能优劣直接决定着信息传输的效率与成本。激光芯片优点 / 缺点成为行业热议话题，其中垂直腔面发射激光器（VCSEL）以独特架构引领短距高速革命，而德国 VI Systems GmbH 的 VM100-880-GSG-Cxx 系列，正是 VCSEL 技术优缺点的典型代表。本文将结合技术原理与产品特性，为您揭开激光芯片的性能面纱。

一、激光芯片核心类型与 VCSEL 的独特定位

激光芯片主要分为三类：

1. 边发射激光器（EEL）：如 DFB 激光器，擅长长距离传输（>10km），但体积大、成本高。

2. 垂直腔面发射激光器（VCSEL）：顶面发光，天然支持阵列集成，适合短距高速场景（<100m）。

3. 分布式反馈激光器（DFB）：波长稳定性极强，用于精密传感与骨干网通信。

VCSEL 的核心优势在于平衡了高速率、低功耗与集成密度，VM100-880-GSG-Cxx 系列正是这一技术路线的佼佼者，但其优缺点也需客观审视。

二、VCSEL 芯片的五大核心优点

1. 超高速率：定义短距通信新标准

· 112Gbit/s 突破：采用 PAM-4 调制技术，单通道速率达 56 GBaud/s，较传统 NRZ 信号提升 2 倍，可支撑 400G 光模块的并行传输需求。

· 低延迟特性：信号传输延迟 < 1ns，适用于 AI 服务器内部的实时数据交互，较电互连延迟降低 90%。

2. 超低功耗：绿色数据中心的理想选择

· 阈值电流 < 0.6mA：仅为 EEL 的 1/10，峰值功率 4mW（85°C），单位数据传输能耗低至 0.1pJ/bit，符合 “双碳” 目标下的数据中心能效要求。

· 热管理简化：无需复杂水冷系统，风冷即可维持 85°C 稳定运行，降低基础设施成本 30%。

3. 高密度集成：开启光互连 “微缩时代”

· 单芯片尺寸 250×250μm：支持 1x4/1x12 阵列封装，器件间距 250μm，1cm2 面积可集成 16 通道，较 EEL ?？榧啥忍嵘?10 倍。

· Flip-Chip 键合兼容：顶面 GSG 微探针设计，适配自动化贴装，助力光背板的大规模量产。

4. 抗干扰能力：复杂环境下的稳定输出

· 光谱带宽 0.6-0.65nm：较多模 VCSEL 降低 50% 色散误差，在 SWDM（短波分复用）系统中支持 880nm 与 910nm 波长复用，提升光纤利用率。

· 宽温工作范围：-40°C~100°C 存储、0°C~85°C 工作，在数据中心高温环境中误码率 < 10?12。

5. 成本优势：规?；τ玫墓丶?/strong>

· 材料与工艺简化：GaAs 基单片集成，无需解理面与外部准直元件，生产成本较 EEL 降低 60%。

· 维护成本低：无活动部件，平均无故障时间（MTBF）超 10 万小时，适配 24/7 不间断运行的互联网基础设施。

三、VCSEL 的局限性与场景适配建议

1. 输出功率有限：长距传输力有不逮

· 峰值功率 4mW：仅为 DFB 激光器的 1/25，传输距离限制在 100m 以内，不适用于骨干网或长距传感（如海底光缆）。

· 解决方案：通过波分复用（WDM）技术聚合多通道功率，或搭配光纤放大器拓展至 500m。

2. 波长范围受限：集中于短波长区间

· 880nm 波长：适用于多模光纤（MMF），但在单模光纤（SMF）中损耗较高（~3dB/km），长距场景需升级至 1310nm VCSEL（如 VI Systems 研发中的下一代产品）。

3. 光束质量挑战：发散角较大需后级处理

· 光束发散角 30°：需外接微透镜准直，增加光学元件成本约 15%。相比之下，EEL 的发散角可低至 10°。

· 优化方案：采用微机电系统（MEMS）集成透镜，或选择准单模（qSM）型号（如 VM100-910 系列），将发散角压缩至 10°。

四、VM100-880-GSG-Cxx：优缺点平衡的标杆产品

VI Systems 的这款 VCSEL 芯片，将优点发挥至极致：

· 应用场景精准匹配：在 200G/400G SWDM 光?？橹校? 通道阵列可构建 448Gbit/s 链路，用于数据中心机架间互连，性价比是 EEL 方案的 2 倍。

· 研发实力背书：依托柏林工业大学光子学实验室，其光学带宽达 25-30GHz，支持 6-tap FFE 预加重技术，信号完整性优于同类产品 10%。

· 生态兼容性：兼容 Keysight VNA 等测试设备，提供从芯片到?？榈娜鞒碳际踔С?，缩短客户开发周期至 3 个月。

五、选购建议：按需选择，扬长避短

结语：VCSEL 的 “优缺点” 本质是场景适配

激光芯片的优劣从来不是绝对的，而是场景需求与技术特性的匹配度。VM100-880-GSG-Cxx 以 112Gbit/s 速率、4mW 功率和 250μm 紧凑尺寸，重新定义了短距高速通信的标准。尽管在长距传输与光束质量上存在局限，但其在数据中心、AI 服务器等场景的优势不可替代。随着 VI Systems 等厂商持续突破波长限制与功率瓶颈，VCSEL 正从 “短距王者” 向更广阔的领域渗透。

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  VM100-880-GSG-Cxx 垂直腔面发射激光（VCSEL）芯片

  型号：VM100-880-GSG-Cxx

  厂家：VI Systems GmbH

  概述：VM100-880-GSG-Cxx紧凑且具有极高调制速率的顶发射 GaAs 基垂直腔面发射激光（VCSEL）芯片作为工程样品，可用于开发和评估光互连、光背板和集成波导以及下一代光数据通信系统。 VCSEL 使用地-源-地（GSG）微探针或线键合在顶面单独接触。

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