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李欢、熊辛凯、周代兵、陆丹、赵玲娟、梁松（通讯作者）等在《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，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）。

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