隨著人工智能與高性能計算的飛速發(fā)展，全球數據流量正經歷爆炸式增長，這對數據中心內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 。光學頻率梳能夠同時產生多個相位鎖定的波長，實現并行數據傳輸，被認為是應對挑戰(zhàn)的顛覆性解決方案 。然而，實現兼具超寬帶寬、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，中國科學院半導體研究所陳思銘研究員團隊聯合湖南匯思光電科技有限公司、深圳技術大學和國家信息光電子創(chuàng)新中心，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)新的半導體量子點材料共摻雜技術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鍵的光源解決方案 。

該研究成果展現了優(yōu)越的綜合性能指標 ：在室溫（25°C）下，激光器實現了14.312 nm的3dB光學帶寬，能夠產生26個信道 。每個信道均可承載128 Gb/s的PAM-4調制信號；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的數據傳輸 ；同時，其傳輸每比特數據的能耗在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)應用要求。

（左）鎖模光頻梳示意圖；（中）光頻梳器件結構圖；（右）室溫下26個通道的光譜圖

該項工作不僅在實驗上驗證了在單一芯片上同時實現超高寬帶、超高溫、超長壽命和高集成度量子點光頻梳的可能性，更為下一代數據中心、人工智能算力集群的光互連系統(tǒng)提供了性能強大、高經濟效益的光源實現路徑 。

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《激光與光子學評論》（Laser & Photonics Reviews）。半導體所博士后潘淑潔為該論文的第一作者，半導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體所趙超研究員、劉麗杰副研究員、碩士馮羲恒，深圳技術大學曹維亞博士，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、國家自然科學基金等項目的支持。

全文鏈接: https://doi.org/10.1002/lpor.202501559

來源：中國科學院半導體研究所