新型雙模激光器能夠在同一設(shè)備上獨(dú)立產(chǎn)生調(diào)幅和調(diào)頻梳

近日，由John Bowers領(lǐng)導(dǎo)的加州大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSB）研究團(tuán)隊(duì)宣布，他們開(kāi)發(fā)出了一種量子點(diǎn)（QD）鎖模激光器，這種激光器能夠在同一設(shè)備上獨(dú)立產(chǎn)生調(diào)幅（AM）和調(diào)頻（FM）梳。未來(lái)，這樣的寬帶雙模激光器，可以為數(shù)據(jù)中心和其他應(yīng)用中的硅PIC提供緊湊、節(jié)能的頻率梳。

研究人員表示，量子點(diǎn)（QD）平臺(tái)使得上述設(shè)備的帶寬能夠與迄今公開(kāi)的最優(yōu)異的QD鎖模激光器相媲美。在UCSB器件中產(chǎn)生的調(diào)幅和調(diào)頻脈沖寬度，都滿足QD鎖模激光器的最新技術(shù)要求。

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盡管光頻梳在遙感、光譜學(xué)和光通信應(yīng)用中有著廣泛的應(yīng)用，但由調(diào)幅頻率梳傳遞的光脈沖不利于密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)。這些系統(tǒng)使用了許多微環(huán)調(diào)制器，光脈沖的高瞬時(shí)功率產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱非線性。

另一方面，根據(jù)加州大學(xué)圣巴巴拉分校（UCSB）研究人員的說(shuō)法，寬帶光學(xué)頻率梳的形成依賴(lài)于波導(dǎo)的群速度色散（GVD）的精心設(shè)計(jì)。

對(duì)于群速度色散（GVD）由材料決定的平臺(tái)而言，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，必須改進(jìn)光學(xué)頻率梳的系統(tǒng)尺寸、重量、功耗和成本（SWaP－C），以增加其在工業(yè)中使用的可能性。

研究人員使用碰撞脈沖結(jié)構(gòu)給量子點(diǎn)鎖模激光一個(gè)60千兆赫的快速重復(fù)頻率。這允許QD激光器為DWDM系統(tǒng)提供支持，并減少數(shù)據(jù)傳輸中的信道串?dāng)_。該激光腔體的設(shè)計(jì)使電信O波段的3db光帶寬高達(dá)2．2太赫茲。寬帶調(diào)頻梳由長(zhǎng)1．35 mm、寬2．6 μm的激光腔產(chǎn)生，具有超過(guò)12％的高壁插效率。

除了波導(dǎo)的群速度色散（GVD）外，調(diào)頻梳的產(chǎn)生還依賴(lài)于激光有源區(qū)的非線性特性，包括空間孔燃燒、克爾非線性和四波混頻。QD鎖模激光器具有?5 dB的高四波混頻效率，能夠有效地產(chǎn)生調(diào)頻梳。

在產(chǎn)生調(diào)幅（AM）和調(diào)頻（FM）梳量子點(diǎn)（QD）方面，激光器是一個(gè)很有前途的平臺(tái)。這些梳的機(jī)制是不同的，并由激光的增益動(dòng)力學(xué)決定。調(diào)幅梳的形成需要一個(gè)緩慢的增益，這可以通過(guò)在QD激光器的增益部分施加一個(gè)低注入電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。

調(diào)頻梳形依靠快速增益，來(lái)產(chǎn)生巨大的克爾非線性和四波混頻。這可以通過(guò)簡(jiǎn)單地控制增益和可飽和吸收器上的偏差來(lái)實(shí)現(xiàn)。克爾非線性的工程，有助于將3db光帶寬大幅提高到2．2太赫茲。

研究人員還展示了如何在不需要GVD工程的情況下，通過(guò)設(shè)計(jì)Kerr非線性來(lái)提高QD激光器中的調(diào)頻（FM）梳帶帶寬。這是通過(guò)對(duì)激光器的可飽和吸收部分施加電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。研究人員說(shuō)，這種方法還可以降低制造過(guò)程的挑戰(zhàn)性。量子點(diǎn)激光器的巨大克爾非線性和四波混頻特性，使其比傳統(tǒng)的量子阱二極管激光器更適合于光通信波段的調(diào)頻梳產(chǎn)生。

與其他集成光學(xué)頻率梳（OFC）技術(shù)產(chǎn)生的調(diào)頻梳相比，研究人員確定基于量子點(diǎn)（QD）激光器的調(diào)頻梳具有優(yōu)越的SWaP－C。調(diào)頻梳的寬帶特性，使其比常規(guī)調(diào)頻梳更適合于大容量光通信系統(tǒng)。另外，該技術(shù)還能夠與CMOS兼容。

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