面向5G前传的高速半导体激光器

5G新基建是国家的重要发展战略，宽温高可靠的25Gb/s DFB(分布反馈)激光器芯片是5G光传输核心光芯片，也是当前5G建设的卡脖子问题之一。自主可控的5G光模块DFB激光器芯片对解决光通信“空芯化”问题，推进“中国芯”国家重大战略实施，保障我国通信基础设施安全具有重要的经济和社会效益。因DFB激光器的微分增益随温度上升迅速下降，常规的DFB激光器面临严重的高温高带宽瓶颈。面对5G应用要求的-40~85℃的宽温应用场景，常规DFB激光器芯片往往是超频运行，严重影响可靠性。因此，研制全国产宽温25Gb/s DFB激光器芯片，同时兼顾低成本高可靠需求对推进“中国芯”国家重大战略实施具有重要意义。

本成果创新性地提出一种沟中沟脊波导DFB激光器结构，相比较常规DFB激光器，在脊两侧对称的刻蚀两个沟槽。此结构可抑制注入载流子的横向扩散，提高对光场的束缚，提高芯片带宽，满足芯片高速工作需要。芯片的高温输出光功率大于10mW，单模抑制比大于40dB，实测宽温25Gb/s眼图及误码率均达到商用需求。同时，相比较常规芯片，其制作过程只需多加一步简单的刻蚀，无需二次外延，成本低，做了2000小时的老化试验，其功率变化小于0.5%，具有高可靠性。

图1（a）常规DFB激光器芯片截面图（b）新型沟中沟脊波导DFB激光器芯片截面图（c）新型沟中沟脊波导DFB激光器芯片概图（d）（e）（f）分别为常规芯片、沟脊距为2μm、沟脊距为6μm SEM图

图2（a）（b）（c）25℃、55℃和85℃下不同沟脊距与常规芯片响应曲线对比（d）25℃、55℃和85℃下不同沟脊距与常规芯片响应带宽对比，带宽可提高3GHz 25℃和3.7GHz 85℃下芯片25Gb/s眼图（g）25℃、55℃和85℃下芯片背靠背传输及10km传输误码率曲线

图3（a）（b）25℃和85℃下常规芯片与沟中沟脊芯片2000小时老化实验结果，功率变化小于0.5%