新型双模激光器能够在同一设备上独立产生调幅和调频梳

2023-08-21 11:56

近日，由John Bowers领导的加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）研究团队宣布，他们开发出了一种量子点（QD）锁模激光器，这种激光器能够在同一设备上独立产生调幅（AM）和调频（FM）梳。未来，这样的宽带双模激光器，可以为数据中心和其他应用中的硅PIC提供紧凑、节能的频率梳。

研究人员表示，量子点（QD）平台使得上述设备的带宽能够与迄今公开的最优异的QD锁模激光器相媲美。在UCSB器件中产生的调幅和调频脉冲宽度，都满足QD锁模激光器的最新技术要求。

尽管光频梳在遥感、光谱学和光通信应用中有着广泛的应用，但由调幅频率梳传递的光脉冲不利于密集波分复用（DWDM）系统。这些系统使用了许多微环调制器，光脉冲的高瞬时功率产生强烈的热非线性。

另一方面，根据加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）研究人员的说法，宽带光学频率梳的形成依赖于波导的群速度色散（GVD）的精心设计。

对于群速度色散（GVD）由材料决定的平台而言，这是一个挑战。因此，必须改进光学频率梳的系统尺寸、重量、功耗和成本（SWaP－C），以增加其在工业中使用的可能性。

研究人员使用碰撞脉冲结构给量子点锁模激光一个60千兆赫的快速重复频率。这允许QD激光器为DWDM系统提供支持，并减少数据传输中的信道串扰。该激光腔体的设计使电信O波段的3db光带宽高达2．2太赫兹。宽带调频梳由长1．35 mm、宽2．6 μm的激光腔产生，具有超过12％的高壁插效率。

除了波导的群速度色散（GVD）外，调频梳的产生还依赖于激光有源区的非线性特性，包括空间孔燃烧、克尔非线性和四波混频。QD锁模激光器具有?5 dB的高四波混频效率，能够有效地产生调频梳。

在产生调幅（AM）和调频（FM）梳量子点（QD）方面，激光器是一个很有前途的平台。这些梳的机制是不同的，并由激光的增益动力学决定。调幅梳的形成需要一个缓慢的增益，这可以通过在QD激光器的增益部分施加一个低注入电流来实现。

调频梳形依靠快速增益，来产生巨大的克尔非线性和四波混频。这可以通过简单地控制增益和可饱和吸收器上的偏差来实现。克尔非线性的工程，有助于将3db光带宽大幅提高到2．2太赫兹。

研究人员还展示了如何在不需要GVD工程的情况下，通过设计Kerr非线性来提高QD激光器中的调频（FM）梳带带宽。这是通过对激光器的可饱和吸收部分施加电压来实现的。研究人员说，这种方法还可以降低制造过程的挑战性。量子点激光器的巨大克尔非线性和四波混频特性，使其比传统的量子阱二极管激光器更适合于光通信波段的调频梳产生。

与其他集成光学频率梳（OFC）技术产生的调频梳相比，研究人员确定基于量子点（QD）激光器的调频梳具有优越的SWaP－C。调频梳的宽带特性，使其比常规调频梳更适合于大容量光通信系统。另外，该技术还能够与CMOS兼容。