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光通讯激光器关于光通信的最强进阶科普

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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关于光通信的最强进阶科普

大家好，今天这篇文章，将重点介绍一些光通信基础知识。

众所周知，我们现在的整个通信网络，对于光通信技术有着极大的依赖。我们的骨干网、光纤宽带以及5G，都离不开光通信技术的支撑。

所谓光通信，就是利用光信号携带信息，在光纤中进行数据传输的技术。

光波是电磁波的一种，所以，光信号也符合电磁波的物理特性。

想要提升光通信的信息传输量，基本上分为以下三种思路：

第一个思路：提升信号的波特率。

波特率（Baud），准确来说就叫波特，叫波特率只是口语习惯。它的定义是：单位时间内传送的码元符号（Symbol）的个数。

波特率很容易理解，我每秒传输的符号越多，当然信息量就越大。

目前，随着芯片处理技术从16nm提高到7nm和5nm，光学器件和光电转换器件的波特率也从30+Gbaud提高到64+Gbaud、90+Gbaud，甚至120+Gbaud。

然而，波特率并不是无限大的。越往上，技术实现难度越高。高波特率器件，会带来一系列系统性能损伤问题，需要更先进的算法和硬件进行补偿。

大家需要注意，波特率并不是比特率（传输速率）。

对于二进制信号，0和1，1个符号就是1比特（bit）。那么，每秒的符号数（波特率）就等于每秒的比特数（比特率，bit/s）。对于四进制信号，1个符号可以表达2比特，每秒的符号数×2=每秒的比特数。

四进制，相同的波特率，比特率翻倍（信息量翻倍）

所以说，为了提升每秒的比特数（信息传输速率），我们需要一个符号能尽量表达更多的比特。怎么做到呢？我们待会再说。

第二个思路：采用更多的光纤数或通道数。

用更多的光纤，这个思路很容易粗暴。光纤数量越多，相当于单车道变双车道、四车道、八车道，当然传输信息量会翻倍。

但是，这种方式涉及到投资成本。而且，光纤数太多，安装也会很麻烦。

在一根光纤里，建立多个信道，这是个更好的办法。

信道数可以是空间信道，也可以是频率信道。

空间信道包括模式（单模/多模）、纤芯（多纤芯的光纤）、偏振（待会会讲）。

频率信道的话，这就要提到WDM（波分复用技术）。它把不同的业务数据，放在不同波长的光载波信号中，在一根光纤中传送。

WDM波分复用

波长×频率=光速（恒定值），所以波分复用其实就是频分复用

WDM同样也不是无限波数的。每个波长都必须在指定的波长范围内，而且相互之间还要有保护间隔，不然容易“撞车”。

目前行业正在努力将光通信的频段拓展到“C+L”频段，可以实现192个波长，频谱带宽接近9.6THz。如果单波400G，那就是192×400G=76.8Tbps的传输速率。

第三个思路，也是我们今天要重点介绍的思路—— 高阶调制 。

也就是说，采用更高级的调制技术，提升单个符号所能代表的比特（对应第一个思路），进而提升比特率。

对于调制，大家一定不会陌生。我们经常听说的PAM4、BPSK、QPSK、16QAM、64QAM，都是调制技术。

以前我给大家讲电通信和移动通信的时候，提到过：想让电磁波符号表达不同的信息，无非就是对电磁波的几个物理维度进行调整。

大家比较熟悉的物理维度，是幅度、频率、相位。

光波也是电磁波，所以，对光波进行调制，思路基本是一样的。

光纤通信系统，主要有6个物理维度可供复用，即：频率（波长）、幅度、相位、时间（OTDM）、空间（空分复用）、偏振（PDM）。

█ 幅度调制

频率复用其实就是WDM波分复用，刚才已经介绍过了。接下来，我们看看幅度调制 。

在早期的光通信系统里，我们采用的是直接调制 （DML，Direct Modulation Laser）。它就属于强度（幅度）调制。

在直接调制中，电信号直接用开关键控（OOK，On-Off Keying）方式，调制激光器的强度（幅度）。

这个和我们的航海信号灯有点像。亮的时候是1，暗的时候是0，一个符号一个比特，简单明了。

直接调制的优点是采用单一器件，成本低廉，附件损耗小。但是，它的缺点也很多。它的调制频率受限（与激光器驰豫振荡有关），会产生强的频率啁啾，限制传输距离。直接调制激光器可能出现的线性调频，使输出线宽增大，色散引入脉冲展宽，使信道能量损失，并产生对邻近信道的串扰（看不懂就跳过吧）。

所以，后来出现了外调制 （EML，External Modulation Laser）。

在外调制中，调制器作用于激光器外的调制器上，借助电光、热光或声光等物理效应，使激光器发射的激光束的光参量发生变化，从而实现调制。

如下图所示：

外调制常用的方式有两种。

一种是EA电吸收调制 。将调制器与激光器集成到一起，激光器恒定光强的光，送到EA调制器，EA调制器等同于一个门，门开的大小由电压控制。通过改变电场的大小，可以调整对光信号的吸收率，进而实现调制。

还有一种，是MZ调制器，也就是Mach-Zehnder马赫-曾德尔调制器 。

在MZ调制器中，输入的激光被分成两路。通过改变施加在MZ调制器上的偏置电压，两路光之间的相位差发生变化，再在调制器输出端叠加在一起。

电压是如何产生相位差的呢？

基于电光效应——某些晶体(如铌酸锂)的折射率n，会随着局部电场强度变化而变化。

如下图所示，双臂就是双路径，一个是Modulated path（调制路径），一个是Unmodulated path（非调制路径）。

当作用在调制路径上的电压变化时，这个臂上的折射率n发生了变化。光在介质中的传播速率v=c/n（光在真空中的速率除以折射率），所以，光传播的速率v发生变化。

两条路径长度是一样的，有人先到，有人后到，所以，就出现了相位的差异。

如果两路光的相位差是0度，那么相加以后，振幅就是1+1=2。

如果两路光的相位差是90度，那么相加以后，振幅就是2的平方根。

如果两路光的相位差是180度，那么相加以后，振幅就是1-1=0。

大家应该也想到了，其实MZ调制器就是基于双缝干涉实验，和水波干涉原理一样的。

峰峰叠加，峰谷抵消

█ 光相位 调制

接下来，我们讲讲光相位调制。（敲黑板，这部分可是重点！）

其实刚才我们已经讲到了相位，不过那个是借助相位差产生幅度差，依旧属于幅度调制。

首先，我们回忆一下高中（初中？）的数学知识——虚数和三角函数。

在数学中，虚数就是形如a+b*i 的数。实部a可对应平面上的横轴，虚部b与对应平面上的纵轴，这样虚数a+b*i可与平面内的点(a,b)对应。

大家应该还记得，坐标轴其实是可以和波形相对应的，如下：

波形，其实又可以用三角函数来表示，例如：

多么优美，多么妖娆~

X = A * sin（ωt+φ）= A * sinθ

Y = A * cos（ωt+φ）= A * cosθ

ω是角速度，ω=2πf，f是频率。

φ是初相位，上图为0°。

还记得不？把A看出幅度，把θ看成相位，就是电磁波的波形。

θ=0°，sinθ=0

θ=90°，sinθ=1

θ=180°，sinθ=0

θ=270°，sinθ=-1

好了，基础知识复习完毕，现在进入正文。

首先，我们介绍一下，星座图 。

其实刚才介绍MZ调制器相位变化的时候，已经看到了星座图的影子。下面这几张图图，都属于星座图。图中的黑色小点，就是星座点。

大家会发现，星座图和我们非常熟悉的纵横坐标系很像。是的，星座图里的星座点，其实就是振幅E和相位Ф的一对组合。

就要提出 I/Q调制 （不是智商调制啊）。

I，为in-phase，同相或实部。Q，为quadrature phase，正交相位或虚部。所谓正交，就是相对参考信号相位有-90度差的载波。

我们继续来看。

在星座图上，如果幅度不变，用两个不同的相位0和180°，表示1和0，可以传递2种符号，就是BPSK （Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控）。

BPSK

BPSK是最简单最基础的PSK，非常稳，不容易出错，抗干扰能力强。但是，它一个符号只能传送1个比特，效率太低。

于是，我们升级一下，搞个QPSK （Quadrature PSK，正交相移键控）。

QPSK，是具有4个电平值的四进制相移键控（PSK）调制。它的频带利用率，是BPSK的2倍。

图片来自是德科技

随着进制的增加，虽然频带利用率提高，但也带来了缺点——各码元之间的距离减小，不利于信号的恢复。特别是受到噪声和干扰时，误码率会随之增大。

为解决这个问题，我们不得不提高信号功率（即提高信号的信噪比，来避免误码率的增大），这就使功率利用率降低了。

有没有办法，可以兼顾频带利用率和各码元之间的距离呢？

有的，这就引入了QAM （Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）。

QAM的特点，是各码元之间不仅相位不同，幅度也不同。它属于相位与幅度相结合的调制方式。

大家看下面这张动图，就明白了：

Amp，振幅。Phase，相位。

其实，QPSK就是电平数为4的QAM。上图是16QAM，16个符号，每个符号4bit（0000，0001，0010等）。

64QAM的话，64个符号（2的n次方，n=6），每个符号6bit（000000，000001，000010等）。

QPSK这种调制，到底是怎么捣鼓出来的呢？

我们可以看一个通过MZ调制器捣鼓QPSK的图片：

图片来自是德科技

在发射机中，电比特流被一个多路复用器分成信号的I和Q部分。这两部分中的每一部分都直接调制MZ调制器一只臂上的激光信号的相位。另一个MZ调制器把较低的分支相移π⁄2。两个分支重组后，结果是一个QPSK信号。

高阶QAM的调制难度更大。限于篇幅，下次我再专门给大家解释。

此前介绍无线通信调制的时候，说过5G和Wi-Fi 6都在冲1024QAM。那么，光通信是不是可以搞那么高阶的QAM呢？

不瞒您说，还真有人这么干了。

前几年，就有公司展示了基于先进的星系整形算法和奈奎斯特副载波技术的1024QAM调制，基于66Gbaud波特率，实现了1.32Tbps下的400公里传输，频谱效率达到9.35bit/s/Hz。

不过，这种高阶调制仍属于实验室阶段，没有商用（也不知道有没有可能商用）。目前实际应用的，好像没有超过256QAM。

高阶QAM虽然带来了传输速率的大幅提升，但对元器件性能要求很高，对芯片算力的要求也高。而且，如果信道噪声或干扰太大，还是会出现刚才所说的高误码率问题。

1024QAM，密集恐惧症的节奏

在相同的30G+波特率下，16QAM的光信噪比（OSNR）比QPSK高出约5dB。随着星座中星座点个数的增加，16QAM的OSNR将呈指数增长。

因此，16QAM或更高阶QAM的传输距离将被进一步限制。

为了进一步榨干光纤通信的带宽潜力，厂商们祭出了新的大杀器，那就是——相干光通信 。感兴趣的读者可以进一步去了解。

█ PAM4和偏振复用

文章的最后，再说说两个“翻倍”技术——PAM4和PDM偏振多路复用。

先说PAM4。

在PAM4之前，我们传统使用的都是NRZ。

NRZ，就是Non-Return-to-Zero的缩写，字面意思叫做“不归零”，也就是不归零编码。

采用NRZ编码的信号，就是使用高、低两种信号电平来表示传输信息的数字逻辑信号。

NRZ有单极性不归零码和双极性不归零码。

单极性不归零码，“1”和“0”分别对应正电平和零电平，或负电平和零电平。

单极性不归零码

双极性不归零码，“1”和“0”分别对应正电平和等效负电平。

双极性不归零码

所谓“不归零”，不是说没有“0”，而是说每传输完一位数据，信号无需返回到零电平。（显然，相比RZ，NRZ节约了带宽。）

在光模块调制里面，我们是用激光器的功率来控制0和1的。

简单来说，就是发光，实际发射光功率大于某门限值，就是1。小于某门限值，就是0。

传输011011就是这样：

NRZ调制

后来，正如前文所说，为了增加单位时间内传输的逻辑信息，就搞出了PAM4。

PAM4，就是4-Level Pulse Amplitude Modulation，中文名叫做四电平脉冲幅度调制。它是一种高级调制技术，采用4个不同的信号电平来进行信号传输。

还是传输011011，就变成这样：

PAM4调制

这样一来，单个符号周期表示的逻辑信息，从NRZ的1bit，变成了2bit，翻了一倍。

NRZ VS PAM4 （右边是眼图）

那么问题来了，如果4电平能够翻一倍，为啥我们不搞个8电平、16电平、32电平？速度随便翻倍，岂不爽歪歪？

答案是不行。

主要原因，还是在于激光器的技术工艺。实现PAM4，需要激光器能够做到对功率的精确控制。

如果工艺不OK，搞更高位数电平，就会造成很高的误码率，无法正常工作。即便是PAM4，如果信道噪声太大，也是不能正常工作的。

什么是PDM偏振多路复用 呢？

PDM偏振多路复用，就是Polarization Division Multiplexing

不知道大家有没有看过我之前写过的关于天线的文章。天线里面，有一个双极化的概念，在空间上，把电磁波“转动”90度，就可以实现两个独立的电磁波传输。

天线的双极化

偏振复用的道理，其实也差不多。它利用光的偏振维度，在同一波长信道中，通过光的两个相互正交偏振态，同时传输两路独立数据信息，以此达到提升系统总容量的目的。

它等于实现了双通道传输，和PAM4一样，翻了一倍。

PDM偏振复用，X偏振和Y偏振，各自独立

图片来自是德科技

好啦，以上就是今天文章的全部内容。感谢大家的耐心观看，我们下期介绍相干光通信，不见不散哟！

—— 全文完 ——

参考文献：

1、知否，知否，什么是相干光通信，是德科技

2、戴维带你认识光通讯，菲尼萨·戴维

3、话说大容量光纤通信，Fiber，知乎

4、认识光通信，原荣，机械工业出版社

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

如需转载请联系原公众号

来源：鲜枣课堂

编辑：云开叶落

川大研发高达15结垂直腔面激光器，打破该领域二十年效率停滞局面

“最近，我们正在联合开发基于多结垂直腔面激光器的激光雷达系统，未来将用于车载无人驾驶系统。 相信在不久的将来，这类激光雷达会成为一种主流。”四川大学教授王俊表示。

图 | 左起；王俊、肖垚（来源：王俊）

近日，他和课题组成功造出 15 结的垂直腔面激光器，能实现 74% 的电光转换效率。

这是目前垂直腔面激光器领域报道的最高效率，结束了该器件长达二十年电光转换效率停滞不前的局面。

在半导体激光器领域，效率——一直都是半导体激光器相比其他激光器的最突出优势之一。

然而，在过去十年里，对于半导体激光器的效率提升的技术路线没有实现任何核心突破，而本次成果为提升半导体激光器的效率提供了一种新思路。

基于多结级联的垂直腔面激光器，不仅在功率成倍提升上表现出明显优势。

同时，该团队也着重分析了其在效率提升方面的优势，对于发展绿色能源光子学有着重要作用。

据介绍，多结垂直腔面激光器的功率和效率得到极大提升之后，能让移动终端中的传感精度和传感能耗都得到较大提升。

与此同时，多结垂直腔面激光器还表现出极低的成本优势，能让激光雷达的成本得到大幅降低，也能对基于其他光源的激光雷达方案产生极大冲击。

（来源：Light：Science & Applications）

此外，AI 的高速发展给算力和数据中心提出了更高的需求。最近，随着 PAM4+ 调制方案的使用，垂直腔面激光器在光通信领域的功率变得至关重要。

因此，高功率、高效率的垂直腔面激光器，在远距离高比特率通信中也具有巨大潜力。

另外，本次成果也能推动 AI 算力数据中心的发展。

算力，是非常核心的要素。而算力的需求增长，也推动着数据中心与终端设备的数据交换容量和速度的大幅增长。

这让多结垂直腔面激光器能在数据中心和更长距离通信上，发挥一定的作用。

（来源：Light：Science & Applications）

曾被用于 iPhone 人脸识别模组的垂直腔面激光器，却被能源问题掣肘

据了解，垂直腔面激光器（VCSEL，Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）是一种微腔激光器，其具有成本较低、可靠性高、光谱线宽较窄、接近圆形的对称光斑等优点。

基于垂直腔面激光器的优点，面世以后很快就得到了商业化应用。早期，垂直腔面激光器的应用主要集中在需要小体积、低功率光源的消费电子产品上，比如鼠标、打印机、以及数据中心的短距离光通信。

随着智能技术的发展，垂直腔面激光器已经成为智能感测系统的核心光源，并在面部识别和短程传感系统中得到广泛且成熟的应用。

尤其是 2017 年，垂直腔面激光器被成功用于 iPhone 人脸识别模组，自此开始受到大规模的关注，其应用场景和需求也开始快速爆发。

近年来，随着更高阶的 AI 技术的发展，垂直腔面激光器在感测、通信、原子钟、光学或量子计算、拓扑激光器和医学检查等领域面临巨大的前景和挑战。

随着自动驾驶中远程传感技术的迅速进步，比如 ChatGPT 这样要求高数据容量和高速度的 AI 大模型、以及基于垂直腔面激光器的智能技术和量子技术应用比如深度学习的迅速增长，让它们不可避免地面临着一个共同挑战：能源消耗问题。

无论是移动终端的电池消耗、还是数据中心的能源消耗，作为光源的垂直腔面激光器都构成了能源流失的重要部分。

特别是随着 AI 计算的迅速发展，数据中心的能源消耗需求将进一步增加，预计到 2030 年将增长一个数量级。

其次，自从半导体激光器于 1962 年问世以来，它经历了迅猛的发展。

与气体激光器、固体激光器和光纤激光器相比，半导体激光器具有许多优势，其中最显著的是能实现极高的电光转换效率。

追求半导体激光器的超高效率，一直是光子学领域和激光物理领域的重要目标。

自从边发射半导体激光器面世以来，其功率转换效率的记录便被不断打破。

2006 年，边发射半导体激光器在 -50℃ 下达到 85% 的转换效率。2007 年，其又在室温下达到最大 76% 的功率转换效率。

然而，过去多年来并未出现新的记录。因此，这些功率转换效率记录一直代表着所有半导体激光器的顶级记录。

与边发射半导体激光器相比，垂直腔面发射激光器的功率转换效率增长非常缓慢，并且存在显著差异。

自 2009 年单结垂直腔面激光器的最大功率转换效率达到 62% 之后，十多年来没有突破性进展。

通常认为，对于微腔激光器垂直腔面激光器来说，要想实现高功率的转换效率记录，一直是光子学中长期难以实现的目标之一。

垂直腔面激光器的效率持续较低的主要原因是：作为一种微腔激光器，它的腔体体积极小，导致其往返增益会被显着降低。较低的增益量，会导致较高的阈值电流。

为了实现较低阈值的目标，垂直腔面激光器的结构设计，通常采用由顶部生长和底部生长的分布式布拉格反射器形成的高反射率镜子。

然而，这种设计会导致电阻显着增加，从而导致焦耳热。此外，分布式布拉格反射器之内的掺杂，会导致载流子吸收损耗。这两个因素共同限制了垂直腔面激光器的效率。

正是在这种背景之下，王俊团队开展了本次研究。

（来源：Light：Science & Applications）

历经疫情影响和“学术争吵”，最终斩获三则专利授权

事实上，该团队关于多结垂直腔面激光器的研究，在 2020 年就已经启动。

那时，早期的多结垂直腔面激光器概念已被提出，全球多所知名大学和公司也对多结垂直腔面激光器申请了发明专利保护。

一开始，该课题组集中于调研文献和复现实验结果。后来，他们生长了 3 结垂直腔面激光器，并获得了 62% 的效率。

“这个效率是基于可商业化结构设计的效率水平，是一个非常的高的水平，因此我们也在 2021 年的美国西部光子学国际会议上进行了报告。”王俊说。

2021 年春，新冠疫情导致实验工作被迫停滞。随后，他开始组织研究人员在线上进行讨论。

在一次讨论中，他们提出一种新型多结级联的垂直腔面激光器结构，随后课题组快速申请发明专利并取得了中国授权。

后来，他们也申请了国际发明专利，目前也已获得美国专利局和欧洲专利局的授权。

事实上，关于多结垂直腔面激光器的技术，国外团队很早之前就已申请专利保护。

“这块也一直是我认为在国产化过程中的风险点，为此我研究了国际专利在多结垂直腔面激光器上的布局。”王俊说。

他心想一定要“破局这个芯片”，研发具有自主知识产权的结构。

抱着这样的目标，王俊逐条分析专利保护，后来决定使用一种新型“反常”的结构设计。

针对这一结构进行仿真模拟之后，他发现技术优势十分可观，随后获得了中国、美国和欧洲的专利授权。

到了 2021 年 4 月，终于可以恢复生产，这时他们开始验证专利理论的有效性，并着手开展极高结数的研究。

“当时的主流研究机构和公司，还在关注 6-8 结的研究。级联结数的越高，外延生长质量极其容易恶化，所以我们针对优化芯片的材料生长加以攻关，推动级联结数到 15 结。”王俊说。

推动多结垂直腔面激光器往更高结数的发展，也与领域内的研究目标保持一致。

因为，多结垂直腔面激光器能让功率成倍地增长，从而能够弥补早期垂直腔面激光器只能在低功率场景下工作的劣势。

但是，王俊一直在思考的是：多结垂直腔面激光器的功率提升，并不会带来非常明显的优势，关于此也缺乏基础物理的研究。

因此，他和学生又开始构建理论模型，从基础物理角度出发，通过仿真模拟发现多结垂直腔面激光器在效率提升之后，展现出极大的优势。

从模拟结果来看，20 结垂直腔面激光器的效率就能达到 88%。“我们看到这个结果时感到有些震惊，因为这个水平基本上可以超越目前所有激光器的效率水平。”王俊说。

后来，他们又基于早期 15 结的实验基础之上，开展结构优化设计，并在实验上实现 74% 的效率。

推动多结垂直腔面激光器往更高结数发展，并不是一件易事。随着结数的增长，外延生长的难度也会成倍增长。

在将近一年的时间里，课题组的外延生长校验方法更换了 10 个版本，器件结构的微调更是替换了近百种设计方案。

到了最后，大家都没有任何头绪。期间，他们没少进行学术的争吵。

外延生长人员对器件设计产生前抱怨：认为结构设计不合理导致了外延生长。

设计人员也开始感到头疼：外延生长的波动导致器件性能波动很大，以至于难以进行实验。

就在思维枯竭的时候，王俊指出问题核心所在：即器件设计人员和外延生长人员各自为政的工作方式是不对的。

随后，他带领团队成员重新梳理，让两个研发工段的人员朝着同一方向努力。

不久之后，他们顺利提出了新型设计结构和外延生长校验方案。

2023 年 7 月，在一次国际研讨会上王俊展示了上述模拟结果和实验结果。

“会上，多位来自德国和日本的垂直腔面激光器领域的先驱级教授，都对这个结果表示震惊，并进行了很多讨论。”他说。

他继续说道：“由此可见，很多时候人们的研究更多是随大流，即聚焦于大家所普遍认为的问题上，缺乏对于基础物理的深入专研。”

而该团队的研究从基础物理的视角出发，却看到了不一样的风景，超越了人们的普遍认知。“这就是一种创新。”王俊表示。

（来源：Light：Science & Applications）

日前，相关论文以《多接头级联垂直腔表面发射激光器，高功率转换效率 74%》（Multi-junction cascaded vertical-cavity surface-emitting laser with a high power conversion efficiency of 74%）为题发在 Light：Science & Applications（IF 19.4）。

Yao Xiao 是第一作者，王俊担任通讯作者 [1]。

图 | 相关论文（来源：Light：Science & Applications）

其中一位审稿人直言：“这确实是一个停滞领域的新突破，（论文）值得发表。”

造福 AI 的同时，被 AI 反哺

在本次成果造福于 AI 发展的同时，研究团队也将受到 AI 的反哺。

本次研究中，他们尚未采用 AI 技术，但是王俊认为联合 AI 进行芯片结构的设计和搜寻将会大有裨益，能够极大提高研发效率和降低实验成本。

目前，课题组掌握着大量的芯片全流程数据，基于这些数据库资源和 AI 概念，可以进行大模型的训练，从而构建一款能够检测全流程工艺影响的大模型，进而助力于芯片研发和生产。

图 | 肖垚（来源：肖垚）

除将利用 AI 助力研发之外，他们还将开展以下研究，其一，继续攻克更高结数的外延生长难题，重点解决在多结有源区层累积之后带来的应力累积和生长质量退化的难题。

同时，也将优化器件结构设计，基于 20 结垂直腔面激光器的研发，进一步突破垂直腔面激光器的效率。

其二，基于高效率的垂直腔面激光器的优势，拓展高效率、大功率多结垂直腔面激光器在通信领域的应用。

目前，在单模多结垂直腔面激光器上，他们已经取得更进一步的功率水平和效率水平。

未来，其将联合外部合作者共同推动多结通信垂直腔面激光器的结构设计，实现在功率、效率、调制速率上的多维度提升。

其三，拓展到更为广泛的波长，尤其是针对量子传感比如原子钟等的特殊波长，大幅提升本次器件的性能，为相关功能的发展提供更大的光源空间。

其四，基于本次成果拓展更多的应用场景，比如将其用于虚拟与现实结合的智能设备，以及为低空飞行汽车端提供更多的距离和三维传感空间。

其五，在基础物理研究层面上，该团队将基于多结垂直腔面激光器集成微纳光学结构，开展拓扑能带、玻色子系统等光子学系统的研究。

参考资料：

1.Xiao, Y., Wang, J., Liu, H.et al. Multi-junction cascaded vertical-cavity surface-emitting laser with a high power conversion efficiency of 74%. Light Sci Appl 13, 60 (2024). https://doi.org/10.1038/s41377-024-01403-7

运营/排版：何晨龙

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