近年来，数据中心、智算中心等短距离光通信系统的数据流量呈现爆发式增长。单波长100 Gb/s以上速率的传输技术已在相关系统中实现规模化应用。作为大容量光通信系统的核心光源，InP基高速光发射器件展现出显著的技术优势。其中主流技术之一是采用高速直接调制激光器（DML）实现高速光发射功能。DML不仅具有结构简单、工艺成熟的特点，还兼具成本效益高和适于大规模量产等突出优点。然而，要实现100 Gb/s以上的高速数据调制，通常需要借助“失谐加载（Detuned Loading, DL）”和“光子-光子共振（Photon-Photon Resonance, PPR）”等效应来提升DML的带宽性能。传统技术方案采用“对接生长（Butt-joint growth）”工艺，通过在激光器内部集成无源波导反馈区来实现这一目标，但这一技术仍面临工艺复杂、成本高、良品率控制困难等问题，严重制约了该结构的商业化应用。此外，当前大多数具有带宽拓展功能的高速DML器件都采用多电极设计，虽然这种结构能够有效扩展调制带宽，但需要对器件工作条件进行极其精细的优化调节，这在一定程度上影响了器件的适用范围。

图1. DML激光器器件结构

近期，中国科学院半导体研究所光电子材料与器件全国重点实验室梁松研究员团队在《IEEE光子技术快报》（IEEE Photonics Technology Letters）上发表了一项研究成果，报道了一种基于DL效应的低成本1.3微米波段分布式反馈（DFB）激光器。该研究创新性地在激光器器件上单片集成了无源DBR反射镜（图1），该反射镜采用与DFB激光器区相同的InGaAlAs多量子阱（MQWs）材料。其制造流程与常规单区DFB激光器几乎相同，无需复杂的对接生长工艺，显著提高了生产良率，有效降低了制造成本。

图2. 功率及光谱特性，(a) 不同温度下的PIV特性，(b) 不同电流下的光谱结果，(c) 不同温度下的光谱结果

该激光器在 20°C时阈值电流为14 mA，100 mA下最大输出光功率超过16 mW，边模抑制比（SMSR）大于50 dB（图2）。在100mA电流范围内工作时无跳模状态产生，工作状态稳定。在15°C至55°C的温度范围内均能维持良好的单模工作特性。在20°C工作温度下，当驱动电流达到100mA时，其直接调制带宽达29 GHz（图3.a）。在40°C温度下，仍能保持约26 GHz的带宽（图3.b），展现了优异的温度适应性。多批次器件测试数据表明，该器件具有高度一致的直流特性和高频响应特性。

图3. 小信号调制响应，(a) 20°C，(b) 40°C

 基于该器件成功实现了100 Gb/s PAM4数据传输实验。实验结果表明，在15°C和20°C环境温度下，该结构的DML在背靠背、10公里、25公里以及40公里单模光纤传输后均能获得清晰睁开的眼图（图4）。即使在40°C高温条件下，系统仍能稳定实现25公里传输。在短距离传输（<10 km）时，信号质量指标（TDECQ）保持在2.78 dB以下，符合高速通信系统的性能要求。 

图4. 100 Gb/s PAM4调制眼图

该成果为数据中心、智算中心等短距离光通信系统提供了高性价比、易量产的高速光源解决方案。该成果以“Transmission of 100 Gb/s PAM4 Data Using a Low Cost Directly Modulated DFB Laser”为题，发表于《IEEE光子技术快报》（IEEE Photonics Technology Letters，doi: 10.1109/LPT.2025.3600890）。半导体所博士研究生李欢为该论文的第一作者，梁松研究员为该论文的通信作者。该研究工作得到了中国科学院战略先导项目、国家重点研发项目以及国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1109/LPT.2025.3600890