“光电子科技引领半导体创‘芯’未来”系列科技成果展示之三 |通信用半导体激光器芯片

2022-07-20 10:48

当前，光纤网络遍布全球，光已成为现代信息传输的基本载体，承载了全球90％以上的数据流量。在光通信系统中，半导体激光器既可以工作在直流输出状态下，作为信号调制的光载波；也可以工作在直接调制状态下，兼具载波产生和信号调制的功能，因此成为多种应用场景中的理想光源，能够满足性能、成本、体积、功耗、传输距离等不同维度的需求。近年来，在5G、光纤入户、数据中心等应用的驱动下，半导体激光器产业又进入一轮新的快速增长期。单模工作、高速调制、波长可调、宽温工作、价格低廉是这类新兴应用对激光器的核心需求。其中比较典型结构包括直接调制的分布反馈（DFB）激光器、外调制的电吸收调制激光器（EML）以及波长可调谐分布布拉格反射镜（DBR）激光器。

通信用半导体激光器技术专有性强、工艺复杂度高，至今仍是技术壁垒高、行业垄断性强的高技术领域。我国在光通信模块和系统领域逐渐走在世界前沿，但在高性能光芯片领域，依然主要依赖进口。半导体所王圩院士团队长期致力于通信用半导体激光器芯片的研发，并取得了一系列重要成果。团队在我国率先研制出1．3微米／1．5微米波段激光器和应变量子阱动态单模DFB激光器，使半导体所成为我国通信波段半导体激光器及集成器件的核心研发机构。目前，高端光电子芯片的国产化已经成为影响产业安全的重要问题。团队与河南仕佳光子科技股份有限公司开展深入合作，从零开始建设了一条国内领先的III－V族半导体激光器研发生产线，实现了DFB芯片的量产，助力仕佳光子于2020年在上海科创板顺利上市。在传输距离更远、带宽需求更高的应用场合中，除高速DFB激光器外，还需要频率啁啾更低、调制速率更高以及波长更灵活可控的光源，EML和DBR激光器则是满足这些需要的重要器件，近年来团队又成功研制出调制速率≥50Gb／s 的EML，以及波长调谐范围≥10 nm，直调速率≥25Gb／s的DBR激光器。目前正在积极推进这两款器件的产业化，为国家双千兆网络建设提供更多核心光源芯片。