研究人员开发出一种性能创记录的垂直腔表面发射激光器

据麦姆斯咨询报道，美国乔治华盛顿大学（George Washington University，简称：GWU）的研究人员开发出一种性能创记录的垂直腔表面发射激光器（VCSEL），其通过增强“慢光”特性，获得100 GHz的带宽。这可以帮助数据中心在提高互连性能的同时降低功耗。

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该设计结合了多个横向耦合腔，从而增强激光的光反馈。这克服了3 dB带宽（即VCSEL的速度限制），主要受热效应、寄生电阻、电容和非线性增益效应的限制。
 

六边形横向耦合腔VCSEL结构示意图：（a）俯视图，（b）横截面图

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由于非线性光学放大效应（又称为：增益弛豫振荡），VCSEL的直接调制不超过30 GHz。激光器内部反馈需要精确控制，因此研究人员通过多个耦合腔组合引入了一种多反馈方法。这使他们能够增强被称为“慢光”的反馈，从而将时域激光带宽扩展到了驰豫振荡频率的已知极限之外。这意味着来自每个腔的直接反馈仅需适度调制，通过耦合腔精确控制，就能获得更高的设计自由度。这种耦合腔方案预期在100 GHz范围内产生调制带宽。

乔治华盛顿大学电气与计算机工程学院助理教授Volker Sorger分享：“我们引入了激光器设计的范式转变。利用一种新颖的耦合腔方法，显著降低激光速度，进而实现对激光器反馈的精细控制。这种耦合腔方法为激光设计增加了一个新的自由度，为基础科学和技术提供了机会。”

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“全球对数据服务、6G等下一代通信网络发展，以及应用于汽车的接近传感器或智能手机的人脸识别功能等需求都在迅速增长，该项发明的问世是如此的及时。此外，耦合腔系统为量子信息处理器等新兴应用铺平了道路，如相干‘伊辛机’。”

这篇题目为《重新定义高速激光器的六边形横向耦合腔VCSEL》（Hexagonal Transverse Coupled Cavity VCSEL Redefining the High-Speed Lasers）的论文已发表于期刊Nanophotonics。

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