长光所打破垄断：半导体激光器历程回顾及发展现状

2014-03-03 08:47

　　4、NTT研发出新型超紧凑半导体激光器

　　日本电报电话（NTT）公司近日研发出一种超紧凑型半导体激光器（LEAP激光器），这一技术可提供10-Gbit/s的数据传输服务，且能耗量为世界最低。其1比特（1-bit）数据传输的能耗为5.5 fJ，比传统半导体激光器的十分之一还低。

　　ICT设备中的微处理器（例如服务器和路由器）的能耗量通常都很大，而使用此激光器的光互连技术将可以降低微处理器约40%的能耗，从而可以取代当前微处理器之间的数据传输电气互连技术。

　　FTTH和智能手机等宽带服务的爆发式扩张，将使网络流量在2025年时增加200倍以上。随着云计算和超级计算机技术的发展，数据处理速度和计算机吞吐量的增加将大大增加ICT相关设备的能耗。据预计，至2025年ICT相关设备的总能耗将增加五倍。

　　NTT实验室一直致力于通过降低微处理器(MPU)的能耗来寻求解决ICT设备高能耗和发热问题的根本解决方案，这是因为MPU的耗能量占据了这一设备能耗的最大比例。NTT实验室已针对MPU芯片外、芯片上的光互连开发出相应的光纤数据传输技术。

　　该实验室开发出的LEAP激光器可实现电流注入光子晶体激光器的第一次连续波操作，其室温(20°C-30°C)下的阈值电流为390微安培。要在MPU之间部署这一激光器用于光纤互连，首要问题是如何减少阈值电流以实现超低能耗。另一项难题则如何在ICT设备的环境温度(80°C)下实现这一操作。

　　5、日本JAXA研制出新型InGaAs半导体激光器

　　近日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）成功制造出了30mm见方的InGaAs单结晶。这是通过利用宇宙实验获得的成果，开发出使温度与浓度梯度一致的新结晶成长法，并通过减小溶液的厚度抑制对流实现结晶化。该产品是根据以独立行政法人新能源及产业技术综合开发机构（NEDO）为中心制定的共同研究协议，由JAXA与NTT及Furuuchi Chemical共同开发出来的。

　　另外，JAXA等还采用此次开发的结晶技术制造出了半导体激光器，并利用光纤进行了通信实验。采用波长为1.3μm的激光成功进行了20km的远程通信。通过光纤传导准确无误地传输了每秒1010次的闪烁信号。

　　InGaAs半导体激光器与原来的InP半导体激光器相比，即使温度升高，输出功率也不会明显降低。因此，无需冷却，因而可减少耗电量。JAXA期待今后InGaAs半导体激光器可作为能够大幅削减耗电量的半导体激光器，应用于基于光通信的都市网络基站。

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