加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员在激光技术方面取得了重大突破，推出了一种突破性的量子点锁模激光器，该激光器允许从单个设备独立生成调幅和调频梳。这种尖端的双模激光器为数据中心和各种其他应用中的硅光子集成电路创建小尺寸和高能效的频率梳铺平了道路。
由John Bowers领导的UCSB研究团队设计了QD平台，能够制造出带宽与目前最先进的QD锁模激光器相当的设备。UCSB器件产生的AM和FM脉冲宽度均达到了QD锁模激光器的最新标准。
这一发展的意义在于光学频率梳的潜在增强，光学频率梳已被证明在遥感、光谱学和光通信中具有不可估量的价值。然而，传统的调幅频率梳由于其高瞬时功率而对密集波分复用系统提出了挑战，导致强烈的热非线性。为了有效地生成宽而高效的光频率梳，需要对波导的群速度色散进行精确工程设计。
UCSB的研究人员通过利用碰撞脉冲结构解决了这一挑战，该结构使QD锁模激光器具有令人印象深刻的60 GHz快速重复频率。这有助于支持DWDM系统，同时最大限度地减少数据传输过程中的通道串扰。此外，激光腔设计通过长 1.35 mm、宽 2.6 μm 的激光腔在电信 O 波段实现了高达 2.2 THz 的 3 dB 光带宽，拥有超过 12% 的令人印象深刻的电光插拔效率。
为了生成FM梳，除了波导的群速度色散外，激光有源区域的非线性特性也起着至关重要的作用。QD 锁模激光器显示出惊人的 -5 dB 四波混频效率，有助于高效、稳健地生成 FM 梳。令人着迷的是，量子点激光器的增益动力学决定了FM和AM梳状形成背后的机制。AM梳的形成需要通过低注入电流实现慢增益，而FM梳则依靠快速增益来产生巨大的克尔非线性和四波混频。
在一项同样引人注目的发现中，研究人员已经证明了在量子点激光器中有效地设计克尔非线性的能力，在不需要GVD工程的情况下扩展了FM梳状带宽。通过对激光器的可饱和吸收器部分施加电压，这种方法不仅可以提高FM梳的性能，还可以简化制造过程。与传统的量子阱二极管激光器相比，量子激光器具有强大的克尔非线性和四波混频能力，更适合在光通信频段产生FM梳。
与其他集成光频梳技术生产的 FM 梳相比，这项新技术产生的 FM 梳具有更出色的尺寸、重量、功耗和成本特性，这说明了 QD 激光器的强度。FM 梳的广泛特性使其非常适合大容量光通信系统，性能优于传统的 AM 梳。
令人兴奋的是，UCSB研究人员开发的技术还与互补金属氧化物半导体技术兼容，进一步突出了其实际实施的潜力。
这项开创性的研究已发表在《光：科学与应用》上，这是一本专门研究光学领域的著名科学期刊。
