分布反饋(DFB)激光器具有結構緊湊、動(dòng)態(tài)單模等特性,是高速光通信、大規模光子集成、激光雷達和微波光子學(xué)等應用的核心光源。特別是,以ChatGPT為代表的人工智能領(lǐng)域呈現爆發(fā)態(tài)勢,亟需高算力、高集成、低功耗的光計算芯片作為物理支撐,對核心光源的溫度穩定性、高溫工作特性、光反饋穩定性、單模質(zhì)量、體積成本等提出了更高要求。
近期,中國科學(xué)院半導體研究所材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室研究員楊濤-楊曉光團隊與研究員陸丹,聯(lián)合浙江大學(xué)兼之江實(shí)驗室教授吉晨,在高功率、低噪聲的量子點(diǎn)DFB單模激光器研究方面取得重要進(jìn)展。該團隊采用高密度、低缺陷的疊層InAs/GaAs量子點(diǎn)結構作為有源區,結合低損耗側向耦合光柵作為高效選模結構,研制出寬溫區內高功率、高穩定、低噪聲、抗反饋的高性能O波段量子點(diǎn)DFB激光器。在25-85 °C范圍內,激光器輸出功率均大于100 mW,最大邊模抑制比超過(guò)62 dB;最低的白噪聲水平僅為515 Hz2 Hz-1,對應的本征線(xiàn)寬低至1.62 kHz;最小平均RIN僅為-166 dB/Hz(0.1-20 GHz)。此外,激光器的抗光反饋閾值高達-8 dB,滿(mǎn)足無(wú)外部光隔離器下穩定工作的技術(shù)標準。該器件綜合性能優(yōu)異,兼具低成本、小體積的優(yōu)勢,在大容量光通信、高速片上光互連、高精度探測等領(lǐng)域具有規模應用前景。
相關(guān)研究成果以High-Power, Narrow-Linewidth, and Low-Noise Quantum Dot Distributed Feedback Lasers為題,發(fā)表在Laser & Photonics Reviews上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。
圖1.?量子點(diǎn)材料的形貌和熒光特性,以及器件與光柵結構
圖2.?器件的輸出特性、光譜特性、光頻率噪聲特性和外部光反饋下的光譜穩定性