中科院在量子陀螺专用芯片研发领域取得新突破

据澎湃新闻报道，近日，中科院长春光机所在量子陀螺专用芯片研发上取得进展，研制出795纳米的垂直腔面发射激光器芯片，具有实际应用价值。相关成果发表在《Optics Express》期刊。

图片来源：《Optics Express》期刊

团队通过解决VCSEL的模式稳定性，以及输出功率相互制约的关键问题，实现了大氧化孔径下VCSEL的单模工作。团队研制出的新器件在80℃的温度下，输出功率达到4.1mW（毫瓦），边模抑制比41.68dB（分贝），正交偏振抑制比27.6dB。

该芯片作为量子陀螺的光源，实验测试效果良好，说明其具有较好的实际应用价值。该研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

图片来源：中科院长春光机所

（a）VCSEL在不同温度下的P-I-V特性曲线，内插图为芯片实物图；
（b）80℃不同电流下VCSEL的近场光斑；
（c）VCSEL的光谱特性；（d）VCSEL的偏振特性；
（e）采用VCSEL作为泵源的量子陀螺仪信噪比测试结果；

长春光机所自成立以来研究屡获突破。

2020年6月，长春光机所中德中心开展了高速、低功耗垂直腔面发射激光器（VCSEL）的研究工作，以期实现高速、低功耗数据传输。

研究团队在OM5多模光纤中基于PAM2调制实现了50Gbit/s的高速数据传输和240fJ/bit的能耗，并且验证了850nm、880nm、910nm、940nm 四波长VCSELs基于波分复用的200Gbit/s的高速数据传输方案。

在此基础上，研究团队进一步通过优化VCSEL腔内光子寿命同时降低VCSEL偏置电流，实现了基于980nm VCSEL单通道25Gbit/s速率下100fJ/bit的超低能耗，通过8通道25Gbit/s 链路方案，在保证200 Gbit/s的传输速率条件下，总能耗可有效降低至4通道50Gbit/s 方案的50% （表1）。

这一方案由于VCSEL工作在较低偏置电流下，不仅可延长VCSEL芯片的寿命，同时减少了VCSEL的热量散发，可进一步降低器件制冷所需能耗。

不同光子寿命下（a）VCSEL带宽和（b）L-I-V特性

不同光子寿命VCSEL在不同传输速率下的能耗
图片来源：中科院长春光机所

来源：化合物半导体市场 Arely整理

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