Важный прогресс достигнут в исследовании ключевых технологий для интегрированных высокоскоростных узкополосных лазеров! 

Недавно исследовательская группа Института полупроводников Китайской академии наук успешно завершила ключевой проект (2,95 млн юаней): Исследование ключевых технологий интегрированных высокоскоростных лазеров с узкой шириной линии. Когерентная оптическая связь является незаменимой ключевой технологией в передаче данных по оптоволокну сверхбольшой емкости и лазерной спутниковой связи. В отличие от традиционной оптической связи, когерентная оптическая связь требует, чтобы как передающий источник света, так и локальный осциллятор имели чрезвычайно узкую ширину линии, а также предъявляет высокие требования к высокоскоростной модуляции и широкополосной настройке.

Этот проект предложил новую концепцию анализа сверхтонкой спектральной структуры лазеров и когерентности частоты пучка, на основе которой было проведено углубленное тестирование и анализ динамических спектральных характеристик высокоскоростных лазеров с узкой шириной линии. Была предложена структура составного резонатора лазера с периодической многоточечной задержкой обратной связи, которая может одновременно достигать узкой ширины линии и широкополосной настройки спектральных характеристик. Основные моменты включают:

1. Анализ характеристик основных единиц (оптических волновых последовательностей), составляющих спектр, изучение способов реализации когерентности частоты пучка и ее влияния на спектральные характеристики;
2. Исследование механизмов регулирования режимов лазера с помощью электрического впрыска и оптической обратной связи;
3. Выявление внутренней связи между высокоскоростной модуляцией, шириной спектральной линии и настройкой длины волны в лазерах.

Исследование основано на новых принципах и структурах интегрированных высокоскоростных лазеров с узкой шириной линии. Этот проект заложит важную основу для развития источников лазерного света в широкополосной оптической связи и интегрированной сети “космос-земля” в Китае.

Проект провел теоретические и экспериментальные исследования спектральных характеристик лазеров, завершил модель сверхтонкой спектральной структуры и исследование когерентности частоты; изучил механизмы регулирования режимов лазера с помощью электрического впрыска и оптической обратной связи, проанализировал влияние мощности оптического впрыска, поляризации и длины волны на собственные режимы, а также совокупное влияние задержки резонатора обратной связи и фильтрующих характеристик на спектральные характеристики, предоставив теоретическую основу для проектирования лазеров с узкой шириной линии.

Были проведены исследования по проектированию и технологии изготовления чипов высокоскоростных лазеров с узкой шириной линии, предложена новая структура интегрированного полупроводникового лазера с связанными резонаторами, одновременно достигнута высокая полоса пропускания и узкая ширина линии полупроводникового лазера, с полосой модуляции лазера 18 ГГц и шириной линии 30 кГц; проведены исследования по проектированию и технологии изготовления чипов перестраиваемых лазеров с узкой шириной линии, предложена схема сужения ширины линии на основе многоциклового резонатора с задержкой обратной связи, достигнуто сужение ширины линии более чем на три порядка величины, одновременно реализована широкая перестройка длины волны, с интервалом перестройки длины волны лазера 100 ГГц и диапазоном перестройки, соответствующим 24 каналам ITU-T, при этом ширина линии на каждой длине волны менее 1 кГц.

Разработанные полупроводниковые лазеры с узкой шириной линии заменили зарубежные аналогичные продукты в системах лазерной космической связи, оптических терминалах передачи данных спутниковых наземных станций и других системах, и нашли практическое применение.