隨著5G通信、萬物互聯、AR技術等新型通訊方式的興起，全球對數據流量的需求飛速暴漲，實現高速率、大容量的數據傳輸已迫在眉睫。半導體被動鎖模激光器在頻域可產生毫瓦級、百GHz重頻的相干光梳，在時域可輸出亞皮秒級光脈沖，已成為實現波分復用、時分復用等大容量通信技術的最佳選擇。其中，環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注，但是目前尚缺乏系統的理論研究，導致PML-SRLs進展緩慢，嚴重制約其發展和應用。

基于此，中國科學院蘇州納米技術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，系統研究了該類器件的調控規律與設計優化準則。研究揭示出：PML-SRLs的工作狀態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、環形諧振腔的往返時間三者之間的瞬態關系決定。此外，該工作首次發現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系統理論缺乏問題，所揭示的物理機制與優化準則適用于所有類型的PML-SRLs器件，為其進一步發展和應用奠定了基礎。

圖1. (a)仿真PML-SRLs器件示意圖；(b)穩定鎖模狀態下，SOA中剩余載流子密度、SA中光生載流子密度、SOA中產生光脈沖隨時間變化關系；(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計劃的資助。

文章來源：激光行業觀察

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