新型雙模激光器能夠在同一設備上獨立產生調幅和調頻梳

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(fā)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(shù)據中心和其他應用中的硅PIC提供緊湊、節(jié)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(yōu)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。

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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(tǒng)。這些系統(tǒng)使用了許多微環(huán)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(zhàn)。因此，必須改進光學頻率梳的系統(tǒng)尺寸、重量、功耗和成本（SWaP－C），以增加其在工業(yè)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(tǒng)提供支持，并減少數(shù)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(qū)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(xiàn)。

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(xiàn)?？藸柗蔷€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(xiàn)的。研究人員說，這種方法還可以降低制造過程的挑戰(zhàn)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(tǒng)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(yōu)越的SWaP－C。調頻梳的寬帶特性，使其比常規(guī)調頻梳更適合于大容量光通信系統(tǒng)。另外，該技術還能夠與CMOS兼容。

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