高功率量子点DFB激光器与梳状激光器技术

量子点激光器技术基础

量子点激光器在半导体激光器技术领域具有显著优势，相比传统的量子阱器件展现出更优异的性能表现。这些微观结构在三个维度上限制电子，产生独特的光学和电子特性，使其在高功率应用和先进光通信中表现。

图1：量子点激光器炒作周期及技术优势对比图，展示了从1995年到2025年量子点激光器技术的演进过程，以及与硅基光电子和薄膜铌酸锂等外部调制技术的协同发展。

InAs/GaAs量子点激光器的核心优势包括出色的温度稳定性、显著降低的背反射敏感性、多波长生成能力、窄激光线宽、低噪声特性以及增强的可靠性。这些特性源于量子点中的三维量子限制效应，创建了类似原子的离散能级，而不是量子阱中的连续能带结构。

量子点技术长期以来一直在等待外部调制技术的成熟，特别是硅基光电子和薄膜铌酸锂技术。直接调制速度超过10Gbps的应用受到弛豫振荡阻尼的限制，而电吸收调制器由于增益吸收比较低也难以实现。在此期间，Innolume开发了独有的无再生长步骤的GaAs DFB技术，成功实现了1064nm量子阱的1W连续波DFB激光器。

1制造工艺与产品组合

Innolume通过全面的垂直整合建立了量子点激光器制造领域的领先地位。制造设施覆盖了从设计到表征的完整生产链，包括基于软件的芯片设计、分子束外延生长、复杂的晶圆和芯片制造工艺、先进的封装技术以及严格的质量控制措施。

图2：Innolume全面的产品组合光谱图，显示了从750nm到1350nm波长范围内的各种激光产品，包括单模激光二极管、光放大器、宽带光源和多模器件的不同封装选项。

公司的产品线涵盖功率可达500mW的单模激光二极管、达到1W的脉冲激光二极管（法布里-珀罗配置）、覆盖O波段的复杂梳状激光器（多达37个通道，80 GHz间距）、以及可提供高达700mW输出且具有广泛定制选项的法布里-珀罗激光二极管。

公司在德国多特蒙德设有III-V激光器制造和测试设施，配备两个生产型分子束外延反应器，每次运行可处理3×4英寸晶圆。美国设有硅基光电子设计和测量实验室。公司现金流为正，员工总数75人，包括25名博士和3名数据中心专家，在2024年服务超过150个客户。

2破纪录的性能表现

量子点激光器的技术优势在性能指标中得到充分体现。Innolume在DFB激光器领域取得了迄今为止高的连续波功率纪录，展现出卓越的效率和可靠性。

图3：1064nm InGaAs量子阱DFB激光器的性能表现图，显示超过700mW的连续波输出功率和45%的功率转换效率，这是DFB激光器技术迄今报告的最高连续波功率。

这款创纪录的器件在1064nm波长下工作，单面输出光功率超过700mW连续波，功率转换效率保持在45%以上，边模比超过45dB。偏振消光比超过18dB，光束发散角为25×7度，能够通过低成本的柱面透镜或菲涅尔透镜实现高效的光纤耦合。

该激光器采用独特的InGaAs/AlGaAs材料技术，无需过度生长步骤，在量子阱DFB激光器中实现了创纪录的效率。这种设计在1064nm范围内工作，展现出超过700mW的光功率输出能力。

3温度适应性与工作稳定性

量子点技术最引人注目的优势之一在于其卓越的温度稳定性。与在高温下性能显著下降的传统量子阱器件不同，量子点激光器在极端温度范围内保持一致的工作表现。

图4：O波段高功率InAs/GaAs量子点DFB激光器的高温工作性能图，展示了从-40°C到120°C温度范围内，在不同工作电流下的转换效率稳定性表现。

温度适应性源于量子点中的离散能级，相比量子阱提供更好的载流子限制效果。这一基本优势使器件能够在高达85°C的外壳温度下工作而无需热电制冷，显著降低了系统复杂性和功耗，同时在苛刻应用环境中增强了可靠性。

该器件在85°C温度下仍能保持超过55dB的边模抑制比，相对强度噪声低于150dB/Hz，光束发散角为35×7度。转换效率在60°C工作温度下仍保持在20%左右，展现出优异的温度特性。

4下一代光学系统应用

量子点激光器能够满足现代光通信系统的严格要求，特别是在可插拔收发器和光电共封装应用中表现出色。

图5：量子点连续波激光器在可插拔光收发器和光电共封装系统中的应用图，展示了800G、1.6T、3.2T等不同速率下的系统架构，以及消除光隔离器和降低热管理要求等优势。

该技术能够实现100mW和150mW的输出功率，在80°C外壳温度下工作而无需热电制冷或光隔离器，通过消除隔离器和简化光学链路显著降低了聚焦深度和物料清单成本。这些优势使量子点激光器成为数据中心和高性能计算应用中高密度、高能效光互连的理想选择。

在可插拔光收发器方面，技术支持从DSP型收发器到LPO/LRO收发器的演进。在光电共封装系统中，提供单波长灰光和基于梳状激光器的DWDM彩光解决方案，具有成本、最小尺寸以及无波长混合损耗的优势。

5可靠性优势与技术发展

量子点技术的可靠性优势超越了简单的性能指标，在器件物理学方面实现了根本性改进。三维量子限制防止了灾难性光学镜面损伤，并提供比量子阱器件高100-1000倍的辐射硬度。

图6：1310nm量子点DFB激光器的高加速寿命测试结果图，显示了在85°C和105°C条件下进行的长期可靠性测试，其中138个和63个测试器件在数千小时测试中保持稳定性能。

通过严格的寿命测试，Innolume从未观察到量子点激光器的突然失效，数千个器件展现出卓越的可靠性表现。在85°C温度下200mW工作的预期寿命超过7年，完整的Telcordia GR468认证计划于2025年9月完成。

在初步的湿热测试中，23个器件在85°C/76%相对湿度条件下进行了500小时的加电湿热测试，采用120mA电流（按GR468标准为1.2倍阈值电流），未观察到性能退化现象。

6先进梳状激光器技术

量子点梳状激光器技术经历了从2007年首次开发到2025年的持续改进。新的成果展现了这一技术在高速光通信中的巨大潜力。

图7：2025年最新的24通道100GHz网格梳状激光器进展图，显示了2.3 THz锁定带宽内的24个梳状通道，总功率40mW，单通道功率1.67mW，线宽小于2MHz，在频谱内的边模抑制比超过60dB。

2025年的技术成果包括24个通道的100 GHz间距、2.3 THz的锁定带宽、总功率40mW（每通道1.67mW）、线宽小于2MHz、频谱内边模抑制比超过60dB。在10MHz-22GHz范围内的平均相对强度噪声略低于135 dB/Hz。测量的误码率在106 Gb/s PAM4调制下低于KP4-FEC水平，总数据速率达到2.5 Tb/s，重新计算的64 GB/s NRZ误码率低于10^-13。

相比2024年最多11个通道的表现，2025年的24通道系统代表了量子点梳状激光器技术的显著进步，为高容量光通信系统提供了强有力的技术支撑。这项成果在OFC2025会议上作为截稿后论文发表，展示了该技术在光通信领域的最新发展水平。

参考文献

[1] Kovsh, "High Power DFB and Comb Lasers based on QDs," Innolume, Dortmund, Germany, Tech. Rep., July 2025.

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