【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 隨著人工智能與高性能計算的飛速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)流量正經(jīng)歷爆炸式增長，這對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的信息傳輸速度與能效提出了前所未有的挑戰(zhàn) 。傳統(tǒng)光通信技術(shù)正面臨帶寬瓶頸與功耗墻，亟需開發(fā)新一代高速、高效、高度集成的光互連技術(shù) 。光學(xué)頻率梳能夠同時產(chǎn)生多個相位鎖定的波長，實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸，被認為是應(yīng)對挑戰(zhàn)的顛覆性解決方案 。然而，實現(xiàn)兼具超寬帶寬、超高溫穩(wěn)定性和超長工作壽命的實用化光頻梳光源，一直是業(yè)界面臨的重大挑戰(zhàn) 。
近日，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所陳思銘研究員團隊聯(lián)合深圳技術(shù)大學(xué)、國家信息光電子創(chuàng)新中心和湖南匯思光電科技有限公司，在高速光通信量子點鎖模光頻梳的研究中取得新突破。團隊通過創(chuàng)新的半導(dǎo)體量子點材料共摻雜技術(shù)與碰撞脈沖鎖模方案，成功研制出可在高達140°C的極端溫度下穩(wěn)定工作的100 GHz量子點光頻梳激光器 。該器件在工作溫度、傳輸容量和可靠性方面均取得突破，為未來Tbps量級的光互連提供了關(guān)鍵的光源解決方案 。
該研究成果展現(xiàn)了優(yōu)越的綜合性能指標 ：在室溫(25°C)下，激光器實現(xiàn)了14.312 nm的3dB光學(xué)帶寬，能夠產(chǎn)生26個信道 。每個信道均可承載128 Gb/s的PAM-4調(diào)制信號；此器件在高達140°C的溫度下仍保持穩(wěn)定鎖模；在85°C的工業(yè)級標準高溫下，其關(guān)鍵性能指標幾乎沒有衰減，仍可達到22個信道穩(wěn)定工作，支持總量2.816 Tb/s的數(shù)據(jù)傳輸 ；同時，其傳輸每比特數(shù)據(jù)的能耗在25°C和85°C下分別低至0.394 pJ和0.532 pJ ；通過在85°C高溫下進行的超過1500小時的加速老化實驗，推算出該器件的平均無故障時間(MTTF)長達207年 ，充分滿足了嚴苛的商業(yè)應(yīng)用要求。
該項工作不僅在實驗上驗證了在單一芯片上同時實現(xiàn)超高寬帶、超高溫、超長壽命和高集成度量子點光頻梳的可能性，更為下一代數(shù)據(jù)中心、人工智能算力集群的光互連系統(tǒng)提供了性能強大、高經(jīng)濟效益的光源實現(xiàn)路徑 。
該研究成果以“Highly Reliable, Ultra-Wideband 100 GHz Quantum-Dot Mode-Locked Frequency Combs for O-Band Terabit Optical Interconnects”為題，發(fā)表于《激光與光子學(xué)評論》(Laser & Photonics Reviews)。半導(dǎo)體所博士后潘淑潔為該論文的第一作者，半導(dǎo)體所陳思銘研究員和國家信息光電子創(chuàng)新中心肖希博士為論文的共同通訊作者。論文合作者還包括半導(dǎo)體所趙超研究員、劉麗杰副研究員、碩士馮羲恒，深圳技術(shù)大學(xué)曹維亞博士，國家信息光電子創(chuàng)新中心嚴杰、吳定益，湖南匯思光電科技有限公司楊駿捷博士。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
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