铌酸锂芯片集成激光器为大功率电信系统铺平道路

集成薄膜铌酸锂(TFLN)光子学，已成为实现高性能芯片级光学系统的前景平台。特别重要的是具有高线性度、低驱动电压和低传播损耗的TFLN电光调制器。长途电信网络、数据中心光互连和微波光子系统依赖于使用光载波进行信息传输。用于这些应用的理想发射器应在大带宽和小驱动幅度下工作，发射高光功率，插入损耗可忽略不计，并且具有成本效益。

最近，薄膜铌酸锂(TFLN)已成为能够满足几乎所有这些要求的平台。然而，完全集成的系统需要在TFLN芯片上集成高功率、低噪声和窄线宽激光器，而这对可实现的性能、复杂性和成本提出了重大挑战。

激光器与铌酸锂中的50GHZ 电调器结合，制造高功率发射

来自哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员与Freedom Photonics和HyperLight Corporation的行业合作伙伴合作，开发出第一款完全集成在铌酸锂芯片上的高功率激光器，高性能电信系统、完全集成的光谱仪、光学遥感和量子网络的高效频率转换等应用，铺平了道路。

“集成铌酸锂光子学是开发高性能芯片级光学系统的平台，但事实证明，将激光应用于铌酸锂芯片存在很大的设计挑战，”SEAS电气工程和应用物理学教授Marko Loncar表示，“在这项研究中，我们使用了从集成铌酸锂光子学先前发展中学到的所有纳米制造技巧和技术来克服这些挑战，并实现在薄膜铌酸锂平台上集成高功率激光器的目标。”

研究人员通过将能够产生170mW-200mW光功率的分布式反馈(DFB)激光器与具有超过50 GHz的电光(EO)带宽的TFLN集成调制器集成来应对这一挑战。DFB激光器采用基于InP的高功率平台，该平台已展示了输出功率（>300mW）并报告了低的相对强度噪声（−160dB/Hz）。

DFB激光器设计可确保最小的自由载流子吸收、二极管两端的较低电压降和镜面损耗。这反过来导致更长的腔长度，从而产生更高的功率、更低的线宽和减少空间烧孔。DFB设计用于倒装芯片，通过添加支撑结构，在粘接过程中提供更好的机械稳定性。仅使用被动对准和倒装芯片热压键合，研究人员就将DFB激光器与预制TFLN芯片集成。

Loncar和他的团队在他们的集成芯片中使用了小而强大的分布式反馈激光器。在芯片上，激光器位于蚀刻在铌酸锂中的小井或沟槽中，并在同一平台上制造的波导中提供高达60mW的光功率。研究人员将激光与铌酸锂中的50GHz电光调制器相结合，构建了一个高功率发射器。

“集成高性能即插即用激光器将显著降低未来通信系统的成本、复杂性和功耗，”SEAS研究生和该研究的第一作者Amirhassan Shams-Ansari说，“就像是搭积木，可以集成到更大的光学系统中，用于传感、激光雷达和数据电信等一系列应用。”

通过使用工业工艺将薄膜铌酸锂器件与高功率激光器相结合，这项研究代表了朝着大规模、低成本和高性能发射器阵列和光网络迈出的关键一步。接下来，该团队的目标是提高激光器的功率和可扩展性，以适应更多应用。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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