隨著5G通信、萬物互聯(lián)、AR技術(shù)等新型通訊方式的興起，全球?qū)��?shù)據(jù)流量的需求飛速暴漲，實(shí)現(xiàn)高速率、大容量的數(shù)據(jù)傳輸已迫在眉睫。半導(dǎo)體被動鎖模激光器在頻域可產(chǎn)生毫瓦級、百GHz重頻的相干光梳，在時域可輸出亞皮秒級光脈沖，已成為實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用、時分復(fù)用等大容量通信技術(shù)的最佳選擇。其中，環(huán)形腔半導(dǎo)體被動鎖模激光器（PML-SRLs）因其重頻率精確控制、易于單片集成而備受關(guān)注，但是目前尚缺乏系統(tǒng)的理論研究，導(dǎo)致PML-SRLs進(jìn)展緩慢，嚴(yán)重制約其發(fā)展和應(yīng)用。

基于此，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所半導(dǎo)體顯示材料與芯片重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的III-V信息光電子器件研究團(tuán)隊(duì)首次基于時域行波方程、載流子密度偏微分方程建立了PML-SRLs的理論模型，系統(tǒng)研究了該類器件的調(diào)控規(guī)律與設(shè)計(jì)優(yōu)化準(zhǔn)則。研究揭示出：PML-SRLs的工作狀態(tài)取決于激光器中的增益-損耗的時域平衡，該平衡由PML-SRLs中的半導(dǎo)體光放大器（SOA）的載流子積累速率、可飽和吸收體（SA）的載流子壽命、環(huán)形諧振腔的往返時間三者之間的瞬態(tài)關(guān)系決定。此外，該工作首次發(fā)現(xiàn)使用具有窄增益譜的SOA與短諧振腔長的鎖模激光器可導(dǎo)致輸出脈沖合并，獲得高能量光脈沖。該項(xiàng)工作解決了PML-SRLs系統(tǒng)理論缺乏問題，所揭示的物理機(jī)制與優(yōu)化準(zhǔn)則適用于所有類型的PML-SRLs器件，為其進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

圖1. (a)仿真PML-SRLs器件示意圖；(b)穩(wěn)定鎖模狀態(tài)下，SOA中剩余載流子密度、SA中光生載流子密度、SOA中產(chǎn)生光脈沖隨時間變化關(guān)系；(c)窄增益譜的半導(dǎo)體光放大器與短諧振腔長配置導(dǎo)致輸出脈沖合并的演化圖

該研究成果以Theoretical analysis of passively mode-locked semiconductor ring lasers為題發(fā)表在Optics express期刊上。論文的通訊作者為中國科學(xué)院蘇州納米所張瑞英研究員，第一作者為碩士研究生秦畢晟。該工作得到了江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。

文章來源：激光行業(yè)觀察

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