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中國科學院半導體研究所陳思銘研究員團隊聯合湖南匯思光電科技有限公司、深圳技術大學及國家信息光電子創新中心，在高速光通信領域取得重大技術突破。研究團隊通過創新半導體量子點材料共摻雜技術與碰撞脈沖鎖模方案，成功研制出全球首款可在140℃極端溫度下穩定工作的100 GHz量子點光頻梳激光器，相關成果發表于國際權威期刊《激光與光子學評論》（Laser & Photonics Reviews）。 超寬帶寬與超長壽命的雙重突破 該量子點光頻梳激光器在室溫（25℃）下實現14.312 nm的3dB光學帶寬，可同時產生26個信道，每個信道支持128 Gb/s的PAM-4調制信號，單芯片總傳輸容量達3.312 Tb/s。在85℃工業級高溫環境下，其關鍵性能指標幾乎無衰減，仍可穩定輸出22個信道，支持2.816 Tb/s數據傳輸。通過1500小時加速老化實驗推算，器件平均無故障時間（MTTF）長達207年，較傳統光頻梳技術提升兩個數量級。 研究團隊通過優化量子點材料能帶結構，將器件工作能耗大幅降低。在25℃和85℃環境下，單比特傳輸能耗分別低至0.394 pJ和0.532 pJ，較現有技術降低60%以上。器件采用單芯片集成設計，體積較傳統光頻梳系統縮小90%，可直接嵌入數據中心交換機和AI算力集群的光模塊中，為Tbps級光互連提供關鍵光源解決方案。 
（左）鎖模光頻梳示意圖；（中）光頻梳器件結構圖；（右）室溫下26個通道的光譜圖 產學研協同攻克技術瓶頸 項目聯合體整合了從材料設計到封裝測試的全產業鏈資源： 中國科學院半導體研究所主導量子點材料共摻雜技術與鎖模機理研究，通過調控量子點尺寸分布實現超寬光譜輸出； 湖南匯思光電科技有限公司提供高均勻性量子點外延片，其自主研發的硅基量子點激光器技術為項目奠定材料基礎； 深圳技術大學開發混合尺寸量子點空穴傳輸層工藝，將暗電流密度降至傳統器件的50%，外量子效率提升至65%； 國家信息光電子創新中心完成器件封裝與系統集成，其凸字形電光調制器技術使信號傳輸損耗降低至0.2 dB/cm。 產業化應用前景廣闊 該技術已通過中國電信、華為等企業的概念驗證測試。在數據中心場景中，單芯片可替代傳統12通道光模塊，功耗降低80%，延遲壓縮至1ns級；在自動駕駛域控制器領域，其抗輻射特性（3MeV質子注量7×10¹³ cm⁻²下性能穩定）可滿足車載激光雷達的嚴苛環境要求。國家信息光電子創新中心總經理肖希透露，首批量子點光頻梳芯片將于2026年量產，目標成本較進口產品降低40%。 技術細節揭示創新本質 研究團隊通過掠入射小角X射線散射（GISAXS）技術證實，混合尺寸量子點薄膜具有更高的堆積密度和短程無序特性，有效釋放了材料應力。時間分辨熒光（TRPL）測量顯示，優化后的空穴傳輸層缺陷密度降低70%，載流子提取效率提升3倍。基于能帶分析的中間能帶結構設計，同時實現電子阻擋與空穴傳輸的雙重功能，為高溫穩定性提供理論支撐。 該成果得到國家重點研發計劃“光電子器件與集成”專項支持，項目編號2025YFB2200100。研究團隊正與中科院物理研究所合作，開發基于量子點光頻梳的微波光子學系統，目標在2027年實現6G通信原型機驗證。 |
