半导体所在高功率、低噪声量子点DFB单模激光器研究方面取得重要进展

分布反馈 (DFB) 激光器具有结构紧凑、动态单模等特性，是高速光通信、大规模光子集成、激光雷达和微波光子学等应用的核心光源。特别是，近期以 ChatGPT 为代表的人工智能领域呈现爆发态势，亟需高算力、高集成、低功耗的光计算芯片作为物理支撑，对核心光源的温度稳定性、高温工作特性、光反馈稳定性、单模质量、体积成本等提出了更高的要求。

近期，中国科学院半导体研究所材料科学重点实验室杨涛-杨晓光研究员团队，与中国科学院半导体研究所陆丹研究员和浙江大学兼之江实验室吉晨教授合作，在高功率、低噪声的量子点 DFB 单模激光器研究方面取得重要进展。团队采用高密度、低缺陷的叠层 InAs/GaAs 量子点结构作为有源区，结合低损耗侧向耦合光栅作为高效选模结构，研制出宽温区内高功率、高稳定、低噪声、抗反馈的高性能 O 波段量子点 DFB 激光器。在 25-85 °C 范围内，激光器输出功率均大于 100 mW，最大边模抑制比超过 62 dB；最低的白噪声水平仅为515Hz2Hz-1，对应的本征线宽低至 1.62 kHz；最小平均 RIN 仅为 -166 dB/Hz (0.1-20 GHz)。此外，激光器的抗光反馈阈值高达 -8 dB，满足无外部光隔离器下稳定工作的技术标准。该器件综合性能优异，兼具低成本、小体积的优势，在大容量光通信、高速片上光互连、高精度探测等领域具有规模应用前景。

相关研究成果以题目《High-Power, Narrow-Linewidth, and Low-Noise Quantum Dot Distributed Feedback Lasers》发表在Laser & Photonics Reviews上[https:// onlinelibrary. wiley. com / doi / 10.1002 / lpor. 202200979]。团队博士研究生汪帅和助理研究员吕尊仁博士为本论文的共同第一作者。

本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

图1. 量子点材料的形貌和荧光特性，及器件与光栅结构。

图2. 器件的输出特性、光谱特性、光频率噪声特性和外部光反馈下的光谱稳定性。

（来源：中国科学院半导体研究所）