高功率、低噪聲量子點DFB單模激光器研究進展

分布反饋(DFB)激光器具有結構緊湊、動態單模等特性，是高速光通信、大規模光子集成、激光雷達和微波光子學等應用的核心光源。特別是，近期以ChatGPT為代表的人工智能領域呈現爆發態勢，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、單模質量、體積成本等提出了更高的要求。

近期，中國科學院半導體研究所材料科學重點實驗室楊濤-楊曉光研究員團隊，與中國科學院半導體研究所陸丹研究員和浙江大學兼之江實驗室吉晨教授合作，在高功率、低噪聲的量子點DFB單模激光器研究方面取得重要進展。團隊采用高密度、低缺陷的疊層InAs/GaAs量子點結構作為有源區，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 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62 dB；最低的白噪聲水平僅為515 Hz2Hz-1，對應的本征線寬低至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-8 dB，滿足無外部光隔離器下穩定工作的技術標準。該器件綜合性能優異，兼具低成本、小體積的優勢，在大容量光通信、高速片上光互連、高精度探測等領域具有規模應用前景。

相關研究成果以題目《High-Power, Narrow-Linewidth, and Low-Noise Quantum Dot Distributed Feedback Lasers》發表在Laser & Photonics Reviews上[https:// onlinelibrary. wiley. com / doi / 10.1002 / lpor. 202200979]。團隊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。

本研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目支持。

圖1. 量子點材料的形貌和熒光特性，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。

審核編輯：湯梓紅