研究人员通过激光“减速”以及良好控制，打破了其功率和速度限制

来自乔治华盛顿大学（GWU）的研究人员结合了多个横向耦合腔，开发了一种新的垂直腔表面发射激光器（VCSEL）。研究人员报告说，激光系统中的微腔增强了激光的光反馈能力，使得新设计的激光器在时间带宽上展示了新的纪录。

VCSEL 指的是一系列半导体激光二极管，具有一个单片集成的谐振腔。其激光发射方向与芯片表面垂直，广泛应用于数据中心和超级计算机中低功耗和高速的光学互连。VSCEL 结构紧凑，可提供优异的光电子性能。VSCEL 作为小型激光器，在高速、短波长通信和光数据网络中充当光源。它们还支持数据通信中的高密度通信和高速传输以及其它应用，包括在汽车上的应用。

然而，传统意义上，热效应、寄生电阻、电容和非线性增益的影响都限制了其 3-dB 带宽，被视为 VSCEL 的"速度限制"。非线性光学放大效果，或获得增益弛豫震荡，阻止了直接调制 VSCEL器件突破 30 GHz。研究人员首次推出新的设计，依靠多重反馈方法，结合多个耦合谐振腔来强化系统反馈，称为"慢光"。谐振腔的使用和设计将时间激光带宽或激光速度扩展到了弛豫振荡频率的已知极限。

快速、强大、紧凑的激光器：用于下一代数据中心和传感器的新型VCSEL。Volker Sorger/GWU供图。

为了实现其性能，每个腔的直接反馈只需要中等强度即可；此外，用户能够通过耦合腔精确控制和操作反馈能力，从而提供扩展的设计自由度。研究小组说，它预计在100GHz范围内实现带宽调制。"这项发明是非常及时的，因为对数据服务的需求正在迅速增长，不仅正在向下一代通信网络（如6G）发展，而且也可以应用于汽车领域，类似于智慧手机人脸识别的近场传感器一样。"文章作者Hamed Dalir在描述这个激光文器和技术新发明时说，“此外，耦合腔系统也为量子信息处理器中的新应用铺平了道路。”

这项研究成果发表在《Nanophotonics》上。(www.doi.org/10.1515/nanoph-2020-0437).