喬(qiao) 治華盛頓大學的研究人員已經開發出一種新的垂直腔麵發射激光器(VCSEL)設計，該激光器具有創紀錄的快速時間帶寬。通過組合多個(ge) 橫向耦合腔體(ti) 可以實現這一點，從(cong) 而增強了激光器的光反饋。VCSEL已成為(wei) 在數據中心和超級計算機中實現節能和高速光互連的重要方法。

VCSEL是伴隨單片激光諧振器的半導體(ti) 激光二極管的重要一類，其沿垂直於(yu) 芯片表麵的方向發光。由於(yu) 其緊湊的尺寸和較高的光電性能，此類激光器在市場上正變得越來越重要。作為(wei) 小型激光器，它們(men) 被用作高速，短波通信和光學數據網絡中的光源。緊湊的高速VCSEL使汽車和數據通信中智能傳(chuan) 感器應用的關(guan) 鍵要求是擁擠的流量和高速傳(chuan) 輸。但是，3-dB帶寬(即VCSEL的速度限製)受到熱效應，寄生電阻，電容和非線性增益效應的限製。

由於(yu) 非線性光學放大效應(稱為(wei) 增益弛豫振蕩)，VCSEL的直接調製不能超過30 GHz。本發明引入了革命性的新穎的VCSEL設計。由於(yu) 需要仔細管理激光器內(nei) 部的反饋，因此研究人員通過組合多個(ge) 耦合腔來引入一種多反饋方法。這使他們(men) 能夠增強稱為(wei) “慢光”的反饋，從(cong) 而將時間激光帶寬(速度)擴展到馳豫振蕩頻率的已知限製之外。創新是突破性的，因為(wei) 每個(ge) 腔體(ti) 的直接反饋隻需適度，並且可以通過耦合腔精確控製，從(cong) 而具有更高的設計自由度。按照這種耦合腔方案，可以預期在100 GHz範圍內(nei) 產(chan) 生調製帶寬。

“在這裏，我們(men) 在激光器設計中引入了範式轉變。我們(men) 利用一種新穎的耦合腔方法，通過顯著降低激光的速度來仔細控製對激光的反饋。這種耦合腔方法為(wei) 激光器設計增加了新的自由度，擁有基礎科學和技術方麵的機會(hui) 。”喬(qiao) 治華盛頓大學電氣與(yu) 計算機工程副教授沃爾克·索格(Volker Sorger)說。

“本發明是及時的，因為(wei) 對數據服務的需求正在迅速增長，並朝著諸如6G之類的下一代通信網絡發展，而且還應用於(yu) 汽車中的接近傳(chuan) 感器或智能手機的麵部ID。此外，耦合腔係統為(wei) 新興(xing) 的應用鋪平了道路。量子信息處理器，例如相幹的Ising機器，”該論文的共同作者兼技術發明者Hamed Dalir博士補充道。