分布反饋 (DFB) 激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、動態(tài)單模等特性，是高速光通信、大規(guī)模光子集成、激光雷達和微波光子學等應(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，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(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(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 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 62 dB；最低的白噪聲水平僅為 515 Hz2 Hz-1，對應(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 -8 dB，滿足無外部光隔離器下穩(wěn)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(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(fā)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(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。
（來源：中國科學院半導體研究所）
