近日，由John Bowers領導的加州大學圣巴巴拉分校（UCSB）研究團隊宣布，他們開發出了一種量子點（QD）鎖模激光器，這種激光器能夠在同一設備上獨立產生調幅（AM）和調頻（FM）梳。未來，這樣的寬帶雙模激光器，可以為數據中心和其他應用中的硅PIC提供緊湊、節能的頻率梳。

研究人員表示，量子點（QD）平臺使得上述設備的帶寬能夠與迄今公開的最優異的QD鎖模激光器相媲美。在UCSB器件中產生的調幅和調頻脈沖寬度，都滿足QD鎖模激光器的最新技術要求。

【資料圖】

盡管光頻梳在遙感、光譜學和光通信應用中有著廣泛的應用，但由調幅頻率梳傳遞的光脈沖不利于密集波分復用（DWDM）系統。這些系統使用了許多微環調制器，光脈沖的高瞬時功率產生強烈的熱非線性。

另一方面，根據加州大學圣巴巴拉分校（UCSB）研究人員的說法，寬帶光學頻率梳的形成依賴于波導的群速度色散（GVD）的精心設計。

對于群速度色散（GVD）由材料決定的平臺而言，這是一個挑戰。因此，必須改進光學頻率梳的系統尺寸、重量、功耗和成本（SWaP－C），以增加其在工業中使用的可能性。

研究人員使用碰撞脈沖結構給量子點鎖模激光一個60千兆赫的快速重復頻率。這允許QD激光器為DWDM系統提供支持，并減少數據傳輸中的信道串擾。該激光腔體的設計使電信O波段的3db光帶寬高達2．2太赫茲。寬帶調頻梳由長1．35 mm、寬2．6 μm的激光腔產生，具有超過12％的高壁插效率。

除了波導的群速度色散（GVD）外，調頻梳的產生還依賴于激光有源區的非線性特性，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，能夠有效地產生調頻梳。

在產生調幅（AM）和調頻（FM）梳量子點（QD）方面，激光器是一個很有前途的平臺。這些梳的機制是不同的，并由激光的增益動力學決定。調幅梳的形成需要一個緩慢的增益，這可以通過在QD激光器的增益部分施加一個低注入電流來實現。

調頻梳形依靠快速增益，來產生巨大的克爾非線性和四波混頻。這可以通過簡單地控制增益和可飽和吸收器上的偏差來實現。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，通過設計Kerr非線性來提高QD激光器中的調頻（FM）梳帶帶寬。這是通過對激光器的可飽和吸收部分施加電壓來實現的。研究人員說，這種方法還可以降低制造過程的挑戰性。量子點激光器的巨大克爾非線性和四波混頻特性，使其比傳統的量子阱二極管激光器更適合于光通信波段的調頻梳產生。

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

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