3/31/2020，光纖在線訊，OFC 2020 PDP文章第一篇“抑制啁啾的無(wú)隔離器大于67GHz DFB+R激光器”，第一作者Yasuhiro Matsui來(lái)自II-VI（Finisar）公司，其他四位作者分別來(lái)自II-VI公司，瑞典KTH皇家技術(shù)學(xué)院和諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室。讓我們看看他們是如何創(chuàng)造半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制帶寬的這一記錄的。

文章指出，提升直接調(diào)制激光器(DML)調(diào)制帶寬的一種技術(shù)是所謂光空腔（optical cavity）。2016年他們?cè)��?jīng)報(bào)道過(guò)短腔分布反射50微米增益長(zhǎng)度的DR激光器實(shí)現(xiàn)了55GHz帶寬。其背后的原理包括所謂的失諧負(fù)載（detuned-loading）效應(yīng)，光子-光子共振PPR效應(yīng)，腔內(nèi)FM-AM轉(zhuǎn)換效應(yīng)。2019年9月，NTT采用距離MQW區(qū)只有0.1微米的SiC襯底上鍵合的膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了50微米增益長(zhǎng)度的DR激光器。這層膜結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)的垂直光限制效應(yīng)，松弛振蕩頻率Fr可以提升到40GHz。來(lái)自30%反射率的集成無(wú)源波導(dǎo)的光反饋可以產(chǎn)生95GHz的PPR效應(yīng)，可以將調(diào)制帶寬增加到107GHz。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了239.3Gbps的傳輸速率。也在2019年9月，本文作者所在的團(tuán)隊(duì)報(bào)道了可以實(shí)現(xiàn)50GHz重復(fù)率的增益開關(guān)脈沖的DFB+無(wú)源波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是波導(dǎo)后段的3%的反射。這種結(jié)構(gòu)被稱為DFB+R。在Matsui的這篇新文章里，他們基于同樣的DFB+R結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了3dB帶寬75GHz，重點(diǎn)是第一實(shí)現(xiàn)了0.6的超低啁啾，第二，無(wú)隔離器結(jié)構(gòu)（DR/DBR/DFB+R三種DML方案）。而DFB+R方案的優(yōu)點(diǎn)在于，1，基于可靠的InP襯底；2 非常類似于DFB工藝；3 簡(jiǎn)單的單接觸器件；4 同DFB一樣高產(chǎn)出；5 低成本小尺寸（200微米）；6 高輸出功率（大于20毫瓦）；7 寬帶寬（75GHz）；8 低偏壓（75GHz下65mA）；9 無(wú)隔離器；10 比EML更低啁啾；采用這樣的結(jié)構(gòu)，基于雙副載波熵loading機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了背靠背的411.6Gbps傳輸，和10公里SSMF光纖下314.9Gbps傳輸。 

如圖所示，DFB結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度80微米，集成無(wú)源波導(dǎo)長(zhǎng)度120微米，在無(wú)源波導(dǎo)尾端，通過(guò)鍍膜實(shí)現(xiàn)了3%的反射鏡面。如此結(jié)構(gòu)在DFB的光柵和3%端面之間形成新的腔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)具濾波器（左）。右圖則顯示了該標(biāo)準(zhǔn)具濾波器的反射率分布。激光模式正是產(chǎn)生在這抖動(dòng)的陡坡上。

這個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高調(diào)制頻率和低啁啾的關(guān)鍵在于所謂的失諧負(fù)載效應(yīng)，也就是上面的抖動(dòng)的陡坡。編輯在網(wǎng)上找了一些資料，但是還是很難理解。先放在這里留作個(gè)參考�！啊笆еC負(fù)載(Detuned Loading)”，如那些參考文獻(xiàn)；使用與頻率相關(guān)的損耗機(jī)制(例如色散損耗)以及激光的α因子(線寬增強(qiáng)因子)，以在增加激光器的調(diào)制帶寬的同時(shí)減少啁啾和噪聲。光柵的長(zhǎng)波斜率具有正確的機(jī)制，以與α因子一起產(chǎn)生作用，以降低噪聲，使激光穩(wěn)定。在光柵的短波長(zhǎng)側(cè)情況相反。頻率相關(guān)的損耗(較高斜率)的增加值對(duì)降低噪聲具有很強(qiáng)的影響，使得可以設(shè)計(jì)出同時(shí)具有非常高的斜率和非常窄的帶寬的長(zhǎng)光柵。在根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的混合集成激光器的設(shè)計(jì)中，同時(shí)達(dá)到所有的設(shè)計(jì)要求；通過(guò)非常仔細(xì)地設(shè)計(jì)光柵和激光腔，得到長(zhǎng)腔長(zhǎng)、失諧負(fù)載和出色的模式選擇性。通過(guò)設(shè)計(jì)激光器以擴(kuò)展單模工作范圍工作，通過(guò)控制激光腔的相位，可以將激射模設(shè)置在光柵的長(zhǎng)波長(zhǎng)斜率上；單模范圍越大，波長(zhǎng)距激光器的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)越遠(yuǎn)，就越是能夠提供更低的線寬輸出�！�

同樣，有效的對(duì)反射的容忍程度取決于所謂的“結(jié)構(gòu)阿爾法參數(shù)”。這個(gè)參數(shù)也和包括標(biāo)準(zhǔn)具濾波器陡坡在內(nèi)的參數(shù)有關(guān)。在本文的設(shè)計(jì)中，可以實(shí)現(xiàn)15dB的反射容忍度提升，從而避免了使用隔離器�；�于失諧負(fù)載實(shí)現(xiàn)無(wú)隔離器工作，也是本文的關(guān)鍵結(jié)論。

高調(diào)制速率，無(wú)隔離器應(yīng)用，是當(dāng)前半導(dǎo)體激光器發(fā)展的重點(diǎn)。本文成功展示了一種兼具這兩大優(yōu)點(diǎn)的新型激光器結(jié)構(gòu)。