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，實現(xiàn)高速率、大容量的數(shù)據(jù)傳輸已迫在眉睫。半導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，已成為實現(xiàn)波分復用、時分復用等大容量通信技術(shù)的最佳選擇。其中，環(huán)形腔半導體被動鎖模激光器（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，導致PML-SRLs進展緩慢，嚴重制約其發(fā)展和應用。

基于此，中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所半導體顯示材料與芯片重點實驗室的III-V信息光電子器件研究團隊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)律與設計優(yōu)化準則。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致輸出脈沖合并，獲得高能量光脈沖。該項工作解決了PML-SRLs系統(tǒng)理論缺乏問題，所揭示的物理機制與優(yōu)化準則適用于所有類型的PML-SRLs器件，為其進一步發(fā)展和應用奠定了基礎。

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)窄增益譜的半導體光放大器與短諧振腔長配置導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研發(fā)計劃的資助。

文章來源：激光行業(yè)觀察

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