中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近期，華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心國偉華教授團隊(III-V實(shí)驗室)聯(lián)合寧波元芯光電子科技有限公司，在光通信領(lǐng)域的旗艦學(xué)術(shù)會(huì )議美國激光與光電子(CLEO 2022)以及美國光纖通訊博覽會(huì )及研討會(huì )(OFC 2022)上報道了新型光電子器件相關(guān)的研究進(jìn)展，成果包括基于新型國產(chǎn)化窄線(xiàn)寬大范圍可調諧半導體激光器的集成可調諧激光器模組(Nano-iTLA)、基于深紫外光刻可量產(chǎn)的高速薄膜鈮酸鋰調制器、面向調頻連續波FMCW激光雷達的線(xiàn)性?huà)哳l光源以及新型大功率單模半導體激光器。
具有自主知識產(chǎn)權的大范圍可調諧激光器
基于新型國產(chǎn)化大范圍可調諧激光器的集成可調諧激光器模組(Nano-iTLA)，是面向長(cháng)距相干光通信以及數據中心間高速光互連的高端光電集成模組。其特點(diǎn)是調諧范圍大，覆蓋擴展的光通信C波段（C++）；光源線(xiàn)寬窄，可以用于高速相干光傳輸；模組體積?。ㄗ钚碌膎ano規格）以及功耗低等。目前商用的可調諧激光器技術(shù)主要由美國新飛通公司所壟斷，國內仍然需要大量進(jìn)口。國偉華教授帶領(lǐng)團隊專(zhuān)注研發(fā)8年，從創(chuàng )新的激光器概念入手，2017年實(shí)現新型國產(chǎn)化大范圍可調諧激光器芯片的設計和制作，2020年實(shí)現芯片的封裝和產(chǎn)業(yè)化，2021年實(shí)現外圍控制電路和算法的集成。目前激光器性能媲美國外同類(lèi)產(chǎn)品指標，為5G骨干網(wǎng)通信、數據中心間高速光互連提供低成本高可靠性的國產(chǎn)化解決方案[1]。
基于深紫外光刻可量產(chǎn)的高速薄膜鈮酸鋰調制器
基于新型薄膜鈮酸鋰 (TFLN)平臺的高速馬赫曾德（MZ）調制器，因其具有體積小、帶寬高、半波電壓低的優(yōu)點(diǎn)，在光纖通訊和光纖傳感等領(lǐng)域具有重要的潛在應用價(jià)值，是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。雖然世界各地的不同團隊已經(jīng)實(shí)現了高性能演示，但要真正使這種類(lèi)型的調制器可廣泛部署，必須建立適合大規模生產(chǎn)的工藝流程，例如必須實(shí)現基于光刻的全晶圓加工。迄今為止，在工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)上通過(guò)光刻技術(shù)制造基于全晶圓加工的高性能 MZ 調制器尚未見(jiàn)報道。國偉華教授團隊經(jīng)過(guò)幾年的研發(fā)，基于深紫外光刻技術(shù)在4英寸 TFLN 晶圓上展示了低VπL （1.98 V×cm），寬調制帶寬 (> 67 GHz)，低插入損耗 (2.5 dB)，可量產(chǎn)，從材料到加工全國產(chǎn)的高性能MZ 調制器，這是朝著(zhù)大規模生產(chǎn)TFLN高速 MZ 調制器邁出的重要一步[2]。
面向調頻連續波(FMCW)激光雷達的線(xiàn)性?huà)哳l光源
調頻連續波（FMCW）激光雷達與飛行時(shí)間（ToF）激光雷達方案不同，FMCW方案可以實(shí)現速度和距離的同時(shí)測量，具有較高的空間分辨率。另外FMCW方案采用外差探測方式，可以避免環(huán)境光的影響。面向FMCW激光雷達的掃頻光源采用DBR激光器方案，和傳統的SG-DBR不同的是，該方案的前鏡（Front Mirror）采用均勻光柵來(lái)提高透過(guò)率，以便獲得大功率輸出；后鏡（Back Mirror）采用取樣光柵，以便獲得窄線(xiàn)寬性能。所研發(fā)的激光器芯片實(shí)現了大功率輸出（96 mW）、窄線(xiàn)寬（313 kHz）以及良好的單模（SMSR > 55 dB）特性。經(jīng)過(guò)線(xiàn)性預失真后，在24 GHz的調諧帶寬內，上下半坡掃頻實(shí)現 0.021%和0.02%的非線(xiàn)性度。該激光器有望作為線(xiàn)性?huà)哳l光源用在FMCW激光雷達系統中[3]。
新型大功率單模半導體激光器
1.55 μm波長(cháng)附近的大功率單模半導體激光器廣泛應用于自由空間光通信、硅光（SiPh）光學(xué)共封（CPO）、相干光纖通信、激光雷達（LiDAR）系統等。國偉華教授團隊提出一種雙波導結構的高功率單模半導體激光器，通過(guò)引入下波導結構削弱了脊波導結構的橫向光學(xué)約束，從而保證在寬波導情況下高功率輸出的同時(shí)實(shí)現穩定單模運轉。所制備具有8微米寬波導的激光器展示了良好的單模特性，邊模抑制比超過(guò)55 dB，輸出功率近180 mW，相對強度噪聲（RIN）低于-157 dB/Hz，線(xiàn)寬低達250 kHz。進(jìn)一步地，通過(guò)選擇性濕法蝕刻去除量子阱，并在激光器兩端集成無(wú)源波導，該激光器可望大幅度提升性能的同時(shí)避免高功率對激光器端面造成災變損傷[4]。
CLEO和OFC會(huì )議被公認為光通信領(lǐng)域全球規格最高、規模最大、歷史最悠久、專(zhuān)業(yè)性最強、影響力最大的國際性盛會(huì )。國偉華教授團隊博士研究生陳子楓、李珩、張功、張元昊、向敏文參與了相關(guān)研究。
