自 20 世纪 90 年代末激光频率梳的概念诞生以来，它彻底改变了频率和时间的精确测量。除了最初在光学时钟和精密光谱中的应用之外，光学频率梳 (OFC) 在各种应用中也表现出了巨大的潜力，包括紫外和红外 (IR) 光谱、遥感、光频率合成和高速光通信。
然而，调幅 (AM) OFC 传递的强光脉冲不利于部署许多微环调制器的密集波分复用 (DWDM) 系统。这是因为光脉冲的高瞬时功率会导致强烈的热非线性。
另一方面，宽带 OFC 的形成依赖于波导群速度色散 (GVD) 的精心设计，这对于 GVD 主要由材料决定的平台具有挑战性。因此，为了在工业中使用 OFC，必须改进 OFC 的系统尺寸、重量、功耗和成本 (SWaP-C)。
在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由美国加州大学圣塔芭芭拉分校能源效率研究所的 John Bowers 教授领导的科学家团队开发了一种基于先进的量子点 (QD)激光器。适当的激光腔设计可在电信 O 频段中实现 2.2 THz 的创纪录 3 dB 光学带宽。
通道间隔高达60GHz，有利于消除数据传输中的通道串扰。更有趣的是，这种准连续波调频梳不能提供强光脉冲，这有利于集成DWDM系统。
通过利用 QD 激光器，宽带 FM 梳由 1.35 mm 长、2.6 um 宽的激光腔生成，并且电光转换效率超过 12%。与其他集成OFC技术相比，所报道的基于QD激光器的FM梳表现出优越的SWaP-C，这是学术界和工业界都在追求的解决方案。
QD 卓越的材料特性使其成为 FM 梳状生成的有前途的平台。超快增益动态允许巨大的克尔非线性和四波混频，这使得 QD 激光器比传统的量子阱二极管激光器更适合用于光通信频段的 FM 梳生成。
重要的是，这种报道的方法使我们能够提高光学带宽，而无需仔细设计波导色散。这一成就是通过克尔非线性工程实现的，可以通过施加到激光器可饱和吸收体部分的电压来简单地控制。因此，这种方法减少了制造过程中的挑战。这些科学家评论了他们在这项工作中取得的成就：
“这是思维的演变。第一台锁模激光器于 1963 年被展示，此后取得了巨大的进步。过去人们认为锁模激光器必须提供强光脉冲，因为它的 AM（振幅）调制）的性质。然而，我们证明它不必如此。FM（调频）锁模激光器正在经历复兴。它的本质是提供宽带和平顶频谱以及准调制连续波发射。”
“尽管在中红外量子级联激光器中演示了调频梳，但近红外量子点锁模激光器的调频性质尚未得到充分利用。我们正在尝试理解它并将调频锁模激光器应用于高速用于数据中心的 PIC（光子集成电路），”他们补充道。
“所提出的技术解决了 OFC 在 PIC 上遇到的问题，并且与成熟的 CMOS 行业兼容。我们的研究结果为改进 PIC 的 FM 锁模激光器提供了新颖的见解。这一突破可能为下一步的研究开辟新的领域。新一代用于 5G/6G 通信、人工智能和自动驾驶的 PIC”，科学家们表示。
