4/24/2025，光纖在線訊，在SC177短課程的最后，我問John Bowers教授，半導(dǎo)體激光器的調(diào)制速率上限能在哪里？他是美國科學(xué)院的院士，是加州大學(xué)Santa Barbara大學(xué)的教授，是知名的半導(dǎo)體激光器專家。他在這個問題上應(yīng)該是有權(quán)威的。我記得他的回答是可以到Peta級（1000THz），實(shí)現(xiàn)的辦法包括WDM等不同復(fù)用技術(shù)。我不確認(rèn)教授是否理解我的問題，也許他回答的是光通信傳輸速率的上限，畢竟Peta這個數(shù)據(jù)有點(diǎn)太大了。

對同樣的問題，豆包給出的回答是：
短期（5 至 10 年）：通過光子晶體設(shè)計(jì)、自旋激光器以及優(yōu)化的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn) 100GHz半導(dǎo)體激光器的商業(yè)化是可行的。
長期（10 至 20 年）：隨著二維材料、非線性光學(xué)以及混合集成技術(shù)取得突破，THz調(diào)制有可能成為現(xiàn)實(shí)。

選擇Bowers教授的SC177短課程是因?yàn)槲乙恢睂@個問題感興趣。試想如果商業(yè)半導(dǎo)體激光器的直接調(diào)制速率不是現(xiàn)在的25GHz而是100GHz甚至1THz，那么1.6T甚至3.2T光模塊的實(shí)現(xiàn)技術(shù)都將容易得多。Bowers教授是怎么看待這個問題呢？

     John Bowers教授在課堂上與同學(xué)交流
問題分兩個方面。第一，直接調(diào)制技術(shù)方面。日本人在ECOC2019上報(bào)道過基于InGaAsP/SiC材料，6QW Strain，DFB結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了108GHz的最高帶寬。影響半導(dǎo)體激光器帶寬的因素包括響應(yīng)頻率（電流或者功率限制），Damping阻尼作用（光譜燒孔或者載流子加熱限制），傳送（擴(kuò)散或者通道限制），寄生電容和電阻限制，微波效應(yīng)等。以其中的提升響應(yīng)頻率來說，提升的辦法包括減少有源區(qū)尺寸，提升差分增益（致冷，detuning失諧，尺寸，材料，條狀QW，摻雜，門限增益）。NTT的108GHz LEAP（Lambda-scale embedded active region photonic-crystal）激光器是高速直接調(diào)制激光器的代表。

直接調(diào)制的好處在于方便制造和低成本，但是缺點(diǎn)是有啁啾效應(yīng)和非線性效應(yīng)，所以Bowers教授又專門講了第二個方面，外調(diào)制器技術(shù)，包括鈮酸鋰MZI調(diào)制器，半導(dǎo)體MZI調(diào)制器和電吸收調(diào)制器（硅或者III-V），還有聚合物調(diào)制器?，F(xiàn)在最好的硅上調(diào)制器已經(jīng)可以做到110GHz的帶寬（鈮酸鋰，鍺或者慢光Slow Light技術(shù)），對應(yīng)的傳輸速率都可以在224Gbps以上。感覺上，EML激光器在和鈮酸鋰以及硅光調(diào)制器的競爭上似乎未來看弱一線。

從Bowers教授的介紹看來，現(xiàn)在直接調(diào)制也好，外調(diào)制也好，基本帶寬最大都在100GHz左右，配合各種PAM或者相干技術(shù)，都可以支持下一代3.2T的光模塊。還記得去年博通的200Gbps VCSEL激光器嗎?今年OFC上這個技術(shù)看起來更進(jìn)了一步，但是依然只有博通有。要實(shí)現(xiàn)激光器的更高速調(diào)制，光通信工業(yè)還得繼續(xù)努力。