日本采用量子點(diǎn)和硅光子學(xué)技術(shù)研發(fā)出波長可調(diào)激光器

　　一種新型波長可調(diào)異構(gòu)激光器采用量子點(diǎn)(QDs)技術(shù)和硅光子技術(shù)，在1000–1300nm波長范圍內(nèi)具有較大光學(xué)增益，適合與其他有源器件和無源器件共同組成高度集成光子學(xué)器件。

　　位于仙臺市的日本東北大學(xué)和位于東京的日本情報(bào)通訊研究機(jī)構(gòu)(NICT)合作研究出了一種超小封裝的新型波長可調(diào)異構(gòu)激光器樣品。該器件的中心波長為1230nm，圍繞該中心具有44nm調(diào)諧寬帶。

　　最近研發(fā)的大容量光纖傳輸系統(tǒng)采用了波分復(fù)用(WDM)密集頻率通道系統(tǒng)。因?yàn)樵?530–1565nm的傳統(tǒng)波段(C波段)的頻率通道已人滿為患，波分復(fù)用系統(tǒng)的頻譜利用率趨于飽和。然而，更多的未被利用的頻率資源則埋藏在近紅外(NIR)區(qū)域，如1000-1260nm的千波段(T波段)和1260-1350nm的原始波段(O波段)。

　　基于量子點(diǎn)的光學(xué)增益介質(zhì)有各種吸引人的特性，包括超光增益帶寬、高溫設(shè)備穩(wěn)定性和小線寬增強(qiáng)因子等，同時(shí)，基于絕緣硅片(SOI)結(jié)構(gòu)的硅光子線波導(dǎo)易于構(gòu)建高度集成光子學(xué)器件。

　　用于短距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓庾悠骷枰^小的封裝尺寸和較低的功耗。因此，結(jié)構(gòu)緊湊、低功耗的波長可調(diào)半導(dǎo)體激光器是大容量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵。由于該系統(tǒng)將使用未開發(fā)的頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此，由量子點(diǎn)光學(xué)增益介質(zhì)和硅光子學(xué)外腔制備而成的波長可調(diào)異構(gòu)激光二極管是該系統(tǒng)最佳的選擇。

　　研究人員使用量子點(diǎn)生長技術(shù)在大直徑砷化鎵(GaAs)襯底上制備出量子點(diǎn)光學(xué)放大器做為光增益介質(zhì)，采用硅光子學(xué)技術(shù)制作出波長可調(diào)濾波器。該濾波器由不同大小的環(huán)形諧振腔組成，這兩個(gè)環(huán)形諧振腔通過游標(biāo)效應(yīng)使量子點(diǎn)光學(xué)放大器只反映特定波長的光。最后使用步進(jìn)電機(jī)控制器將量子點(diǎn)光學(xué)放大器和波長可調(diào)濾波器對接在一起，最終完成器件集成。

　　這款波長可調(diào)異構(gòu)激光器的波長調(diào)諧范圍為44nm，是目前已知的最大調(diào)諧值，不僅可作為集成了其他光學(xué)元件的硅光電平臺的光源，也可作為通信用的單芯片寬帶光收發(fā)模塊，還能應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像，如光學(xué)相干斷層掃描。

　　這項(xiàng)研究一部分由戰(zhàn)略信息和通信研發(fā)促進(jìn)計(jì)劃資助，該項(xiàng)目是日本內(nèi)政與通訊部及日本社會(huì)科學(xué)研究補(bǔ)助金資助的項(xiàng)目，以推動(dòng)科學(xué)研究。