复旦大学信息科学与工程学院迟楠团队在可见光通信蓝光激光mini-LD芯片方面取得突破性进展

近期复旦大学信息科学与工程学院迟楠团队联合鹏城实验室余少华院士与沙特阿卜杜拉国王科技大学Boon Ooi教授，在可见光通信关键光源器件研究方面取得了突破性进展，利用极性面氮化镓（GaN）材料设计研制了一种具有大带宽的窄脊短腔激光器（mini-LD），将高速光源的带宽从1 GHz左右提升到5.9 GHz，实现单一芯片支持通信速率超过20 Gbps。这一成果为高效能可见光通信系统和短波长光子集成提供了核心器件，该研究工作以《具有超过5GHz调制带宽的高速氮化镓基半导体激光器实现20Gbps可见光通信》（High-speed GaN-based laser diode with modulation bandwidth exceeding 5 GHz for 20 Gbps visible light communication）为题发表在《光子学研究》（Photonics Research）上。

无线通信中的频段资源已经十分紧张，在6G复杂的通信环境下传统的无线通信也难以达到全面的高速覆盖。可见光通信（Visible Light Communication, VLC）作为一种无须授权频段的高速通信技术，近年来受到广泛关注，在工业物联网、车联网、AR/VR、电磁敏感区无线通信、低轨卫星通信、水下无线光通信等领域展现出广阔的应用前景。VLC作为一种无线光通信技术，它通过对光源（如LED、LD）进行强度调制来传递信息，因此光源器件的带宽直接制约了可见光通信系统的性能。蓝光激光器是高速可见光通信系统的核心器件之一，由于材料体系和器件结构不同，基于GaN的短波长激光器带宽目前仅有约1 GHz，难以满足未来高速通信的需求。

为了解决这一难题，迟楠教授团队从激光器带宽限制因素的物理机制出发，深入研究了InGaN/GaN量子肼结构有源区设计方法与带宽调控机制。对于氮化物量子阱与量子垒厚度，层数等对于激光器调制响应进行了研究，建立了器件仿真模型并进行了数值模拟分析。研究团队针对短波长激光器芯片的尺寸微缩技术开展研究，提出了大带宽蓝光激光芯片的设计思路，成功制备了脊状波导宽度1.8 μm，谐振腔长500 μm的高速亚毫米蓝光激光器（mini-LD）。通过有源区的优化设计与尺寸微缩，不仅保证了激光芯片具有优异的电光转换特性，同时大大提升了激光器的调制带宽。