高功率、低噪聲量子點(diǎn)DFB單模激光器研究進(jìn)展

分布反饋(DFB)激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)單模等特性，是高速光通信、大規(guī)模光子集成、激光雷達(dá)和微波光子學(xué)等應(yīng)用的核心光源。特別是，近期以ChatGPT為代表的人工智能領(lǐng)域呈現(xiàn)爆發(fā)態(tài)勢(shì)，亟需高算力、高集成、低功耗的光計(jì)算芯片作為物理支撐，對(duì)核心光源的溫度穩(wěn)定性、高溫工作特性、光反饋穩(wěn)定性、單模質(zhì)量、體積成本等提出了更高的要求。

近期，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊濤-楊曉光研究員團(tuán)隊(duì)，與中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所陸丹研究員和浙江大學(xué)兼之江實(shí)驗(yàn)室吉晨教授合作，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。團(tuán)隊(duì)采用高密度、低缺陷的疊層InAs/GaAs量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)作為有源區(qū)，結(jié)合低損耗側(cè)向耦合光柵作為高效選模結(jié)構(gòu)，研制出寬溫區(qū)內(nèi)高功率、高穩(wěn)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(nèi)，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 Hz2Hz-1，對(duì)應(yīng)的本征線寬低至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(dá)-8 dB，滿足無(wú)外部光隔離器下穩(wěn)定工作的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該器件綜合性能優(yōu)異，兼具低成本、小體積的優(yōu)勢(shì)，在大容量光通信、高速片上光互連、高精度探測(cè)等領(lǐng)域具有規(guī)模應(yīng)用前景。

相關(guān)研究成果以題目《High-Power, Narrow-Linewidth, and Low-Noise Quantum Dot Distributed Feedback Lasers》發(fā)表在Laser & Photonics Reviews上[https:// onlinelibrary. wiley. com / doi / 10.1002 / lpor. 202200979]。團(tuán)隊(duì)博士研究生汪帥和助理研究員呂尊仁博士為本論文的共同第一作者。

本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。

圖1. 量子點(diǎn)材料的形貌和熒光特性，及器件與光柵結(jié)構(gòu)。

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(wěn)定性。

審核編輯：湯梓紅