近期,華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心國(guó)偉華教授團(tuán)隊(duì)(III-V實(shí)驗(yàn)室)聯(lián)合寧波元芯光電子科技有限公司,在光通信領(lǐng)域的旗艦學(xué)術(shù)會(huì)議美國(guó)激光與光電子(CLEO 2022)以及美國(guó)光纖通訊博覽會(huì)及研討會(huì)(OFC 2022)上報(bào)道了新型光電子器件相關(guān)的研究進(jìn)展,成果包括基于新型國(guó)產(chǎn)化窄線(xiàn)寬大范圍可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的集成可調(diào)諧激光器模組(Nano-iTLA)、基于深紫外光刻可量產(chǎn)的高速薄膜鈮酸鋰調(diào)制器、面向調(diào)頻連續(xù)波FMCW激光雷達(dá)的線(xiàn)性?huà)哳l光源以及新型大功率單模半導(dǎo)體激光器。
具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大范圍可調(diào)諧激光器
基于新型國(guó)產(chǎn)化大范圍可調(diào)諧激光器的集成可調(diào)諧激光器模組(Nano-iTLA),是面向長(zhǎng)距相干光通信以及數(shù)據(jù)中心間高速光互連的高端光電集成模組。其特點(diǎn)是調(diào)諧范圍大,覆蓋擴(kuò)展的光通信C波段(C++);光源線(xiàn)寬窄,可以用于高速相干光傳輸;模組體積小(最新的nano規(guī)格)以及功耗低等。目前商用的可調(diào)諧激光器技術(shù)主要由美國(guó)新飛通公司所壟斷,國(guó)內(nèi)仍然需要大量進(jìn)口。國(guó)偉華教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注研發(fā)8年,從創(chuàng)新的激光器概念入手,2017年實(shí)現(xiàn)新型國(guó)產(chǎn)化大范圍可調(diào)諧激光器芯片的設(shè)計(jì)和制作,2020年實(shí)現(xiàn)芯片的封裝和產(chǎn)業(yè)化,2021年實(shí)現(xiàn)外圍控制電路和算法的集成。目前激光器性能媲美國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品指標(biāo),為5G骨干網(wǎng)通信、數(shù)據(jù)中心間高速光互連提供低成本高可靠性的國(guó)產(chǎn)化解決方案[1]。
[1] Zifeng Chen et al, “Nano-iTLA Based on Multi-Channel Interference Widely Tunable Laser,” OFC 2022, Tu3D.6 (https://doi.org/10.1364/OFC.2022.Tu3D.6)
基于深紫外光刻可量產(chǎn)的高速薄膜鈮酸鋰調(diào)制器
基于新型薄膜鈮酸鋰 (TFLN)平臺(tái)的高速馬赫曾德(MZ)調(diào)制器,因其具有體積小、帶寬高、半波電壓低的優(yōu)點(diǎn),在光纖通訊和光纖傳感等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值,是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。雖然世界各地的不同團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高性能演示,但要真正使這種類(lèi)型的調(diào)制器可廣泛部署,必須建立適合大規(guī)模生產(chǎn)的工藝流程,例如必須實(shí)現(xiàn)基于光刻的全晶圓加工。迄今為止,在工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)上通過(guò)光刻技術(shù)制造基于全晶圓加工的高性能 MZ 調(diào)制器尚未見(jiàn)報(bào)道。國(guó)偉華教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)幾年的研發(fā),基于深紫外光刻技術(shù)在4英寸 TFLN 晶圓上展示了低VπL (1.98 V×cm),寬調(diào)制帶寬 (> 67 GHz),低插入損耗 (2.5 dB),可量產(chǎn),從材料到加工全國(guó)產(chǎn)的高性能MZ 調(diào)制器,這是朝著大規(guī)模生產(chǎn)TFLN高速 MZ 調(diào)制器邁出的重要一步[2]。
[2] Heng Li et al, “High Performance Thin-Film Lithium Niobate MZ Modulator Ready for Massive Production,” OFC 2022, M2D.5 (https://doi.org/10.1364/OFC.2022.M2D.5)
面向調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光雷達(dá)的線(xiàn)性?huà)哳l光源
調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光雷達(dá)與飛行時(shí)間(ToF)激光雷達(dá)方案不同,F(xiàn)MCW方案可以實(shí)現(xiàn)速度和距離的同時(shí)測(cè)量,具有較高的空間分辨率。另外FMCW方案采用外差探測(cè)方式,可以避免環(huán)境光的影響。面向FMCW激光雷達(dá)的掃頻光源采用DBR激光器方案,和傳統(tǒng)的SG-DBR不同的是,該方案的前鏡(Front Mirror)采用均勻光柵來(lái)提高透過(guò)率,以便獲得大功率輸出;后鏡(Back Mirror)采用取樣光柵,以便獲得窄線(xiàn)寬性能。所研發(fā)的激光器芯片實(shí)現(xiàn)了大功率輸出(96 mW)、窄線(xiàn)寬(313 kHz)以及良好的單模(SMSR > 55 dB)特性。經(jīng)過(guò)線(xiàn)性預(yù)失真后,在24 GHz的調(diào)諧帶寬內(nèi),上下半坡掃頻實(shí)現(xiàn) 0.021%和0.02%的非線(xiàn)性度。該激光器有望作為線(xiàn)性?huà)哳l光源用在FMCW激光雷達(dá)系統(tǒng)中[3]。
[3] Gong Zhang et al, “High Output Power DBR Laser for FMCW LiDAR System,” OFC 2022, Th2A.10 (https://doi.org/10.1364/OFC.2022.Th2A.10)
新型大功率單模半導(dǎo)體激光器
1.55 μm波長(zhǎng)附近的大功率單模半導(dǎo)體激光器廣泛應(yīng)用于自由空間光通信、硅光(SiPh)光學(xué)共封(CPO)、相干光纖通信、激光雷達(dá)(LiDAR)系統(tǒng)等。國(guó)偉華教授團(tuán)隊(duì)提出一種雙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的高功率單模半導(dǎo)體激光器,通過(guò)引入下波導(dǎo)結(jié)構(gòu)削弱了脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的橫向光學(xué)約束,從而保證在寬波導(dǎo)情況下高功率輸出的同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定單模運(yùn)轉(zhuǎn)。所制備具有8微米寬波導(dǎo)的激光器展示了良好的單模特性,邊模抑制比超過(guò)55 dB,輸出功率近180 mW,相對(duì)強(qiáng)度噪聲(RIN)低于-157 dB/Hz,線(xiàn)寬低達(dá)250 kHz。進(jìn)一步地,通過(guò)選擇性濕法蝕刻去除量子阱,并在激光器兩端集成無(wú)源波導(dǎo),該激光器可望大幅度提升性能的同時(shí)避免高功率對(duì)激光器端面造成災(zāi)變損傷[4]。
[4] Yuanhao Zhang et al, “Demonstration of High-Power DFB Lasers with High Single Mode Yield and Low RIN,” CLEO 2022, JW3B.73.
CLEO和OFC會(huì)議被公認(rèn)為光通信領(lǐng)域全球規(guī)格最高、規(guī)模最大、歷史最悠久、專(zhuān)業(yè)性最強(qiáng)、影響力最大的國(guó)際性盛會(huì)。國(guó)偉華教授團(tuán)隊(duì)博士研究生陳子楓、李珩、張功、張?jiān)弧⑾蛎粑膮⑴c了相關(guān)研究。
供稿 / 國(guó)偉華
編輯 / 茍冰冰
新聞來(lái)源:武漢光電國(guó)家研究中心
相關(guān)文章