基于光纤内嵌光子集成回路注入锁定的多波长窄线宽量子点激光器研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61874119
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0403.半导体光电子器件与集成
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In view of the future development of 400Gbit/s and even 1Tbit/s optical wireless communication, it is very important to study multi wavelength and narrow linewidth laser that is suitable for high order modulation format and beat frequency generation of terahertz carrier. The silicon photon chip external cavity quantum well laser is the most promising scheme for obtaining the narrow linewidth laser of kHz. But there exist some disadvantages, such as low coupling efficiency, complicated fabrication process and high cost, meanwhile the quantum well gain chip is difficult to achieve stable multimode lasing because of severe mode competition. Through cross-disciplines, a multi wavelength narrow linewidth quantum dot (QD) laser with fiber embedded photonic integrated circuits and injection locking is proposed by learning from the advantages of silicon photonic chips in multimode filtering and linewidth narrowing. We use wide gain spectrum QD gain chip to achieve stable multimode lasing, use spatiotemporal focusing technique of femtosecond laser to write the fiber embedded photonic circuit, and achieve linewidth narrowing and noise suppression by injection locking. The gain spectrum, polarization correlation, differential gain and noise index regulation of the QD gain chip, as well as the mode field constraint and regulation problem of fiber embedded photonic circuit, are studied intensively. We expect that it can achieve multi wavelength lasing with frequency difference of THz magnitude, and the output power at each wavelength ≥ 10mW, the linewidth ≤ 10kHz, RIN ≤ -145dBc/Hz.
针对未来400Gbit/s甚至1Tbit/s光载无线通信的发展需要,适用于高阶调制格式和拍频产生太赫兹载波的多波长窄线宽激光器至关重要。硅光子芯片外腔量子阱激光器是目前获取kHz量级窄线宽激光最有前景的方案。但是其存在耦合效率低、工艺复杂和成本高等弊端,而量子阱增益芯片因严重的模式竞争难以实现稳定多模激射。本项目借鉴硅光子芯片在多模滤波和线宽压窄方面的优势,通过学科交叉,创新性提出构建光纤内嵌光子集成回路注入锁定的多波长窄线宽量子点(QD)激光器。利用宽增益谱QD增益芯片,实现稳定多模激射;利用飞秒激光时空聚焦刻写光纤内嵌光子回路,通过注入锁定实现线宽压窄和噪声抑制。并深入研究QD增益芯片的增益光谱、偏振相关性、微分增益和噪声指数调控问题,光纤内嵌光子回路的模场限制和调控问题。预计可实现THz量级频率差的多波长激射,各波长输出功率≥10mW、线宽≤10kHz、RIN≤-145dBc/Hz。

结项摘要

针对未来400Gbit/s甚至1Tbit/s光载无线通信的发展需要,研究适用于高阶调制格式和拍频产生毫米波甚至太赫兹载波的多波长、窄线宽激光器至关重要。硅光子芯片外腔量子阱激光器是目前获取kHz量级窄线宽激光最有前景的方案。但是其存在耦合效率低、工艺复杂和成本高等弊端,而量子阱增益芯片因严重的模式竞争难以实现稳定多模激射。本项目借鉴硅光子芯片在多模滤波和线宽压窄方面的优势,创新性提出构建光纤内嵌光子集成回路注入锁定的多波长窄线宽量子点激光器。研究内容包括:外部光反馈注入锁定压窄线宽和抑制噪声机理研究;量子点有源区自组织生长及其宽增益谱调控研究;增益芯片制备及其微分增益和噪声指数调控研究;光纤内嵌光子集成回路滤波器及其注入锁定多波长窄线宽激光器研究;双折射波导Bragg光栅及其注入锁定高线偏振窄线宽混合集成激光器研究。研究结果包括:(1)研制出宽增益谱(≥100 nm)量子点增益芯片;(2)研制出局域化并联Bragg光栅阵列的光纤内嵌光子集成滤波器,及其注入锁定的多波长、窄线宽激光器。激光频率差达几百GHz,洛伦兹线宽9.4 kHz;(3)研制出高双折射波导光栅注入锁定的高线偏振、窄线宽混合集成激光器。洛伦兹线宽2.38 kHz,RIN低于-155 dBc/Hz。偏振消光比达39.6 dB,为同类型激光器最高值。基于正交偏振模式增益调控的单-双波长切换混合集成激光器,激光频率差为217 GHz;(4)研制出能量调制型切趾Bragg光栅注入锁定的抗辐射、高SMSR、窄线宽外腔量子点激光器。SMSR达66.3 dB、洛伦兹线宽13.5 kHz,激光器可承受100 krad的γ射线总辐射剂量;(5)研制出基于高阶表面光栅调制的窄线宽DBR激光器,洛伦兹线宽为70 kHz;(6)发表SCI和EI论文28篇,授权发明专利6项,培养研究生3人。上述研究阐明了多模式注入锁定的模式增益调控、线宽压窄和噪声抑制机制,阐明了增益芯片的微分增益和增益光谱调控问题,对多波长窄线宽激光器的研究具有重要的科学意义。所研制的激光器在相干光通信、空间激光通信和激光雷达等感领域具有潜在的应用价值。

项目成果

期刊论文数量(27)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Tailored Transverse Mode Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: Hollow Laser Beam Emission through Circle Aperture
定制横模垂直腔面发射激光器:通过圆形孔径发射空心激光束
  • DOI:
    10.1109/jphot.2020.3003927
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Photonics Journal
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Zhou Yinli;Zhang Xing;Zhang Jianwei;Huang Youwen;Zeng Yugang;Cui Jinjiang;Liu Yun;Ning Yongqiang;Wang Lijun
  • 通讯作者:
    Wang Lijun
Parallel-Integrated Sapphire Fiber Bragg Gratings Probe Sensor for High Temperature Sensing
用于高温传感的并行集成蓝宝石光纤布拉格光栅探头传感器
  • DOI:
    10.1109/jsen.2022.3149508
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Sensors Journal
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Qi Guo;Zong-Da Zhang;Zhong-Ming Zheng;Xue-Peng Pan;Chao Chen;Zhen-Nan Tian;Qi-Dai Chen;Yong-Sen Yu;Hong-Bo Sun
  • 通讯作者:
    Hong-Bo Sun
Simulation and experimental research of a high-order Bragg grating semiconductor laser
高阶布拉格光栅半导体激光器仿真与实验研究
  • DOI:
    10.1364/ao.432175
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Optics
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Siyu E.;Zhou YinLi;Zhang Xing;Zhang Jianwei;Zeng Yugang;Cui Jinjiang;Liu Yun;Ning Yongqiang;Wang Lijun
  • 通讯作者:
    Wang Lijun
High-power single-mode 894 nm VCSELs operating at high temperature (> 2 mW @ 365 K)
高功率单模 894 nm VCSEL 在高温下运行 (>–2 mW @ 365 K)
  • DOI:
    10.1007/s00340-021-07748-w
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Applied Physics B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xue Ii;Yinli Zhou;Xing Zhang;Jianwei Zhang;Yugang Zeng;Yongqiang Ning;Lijun Wang
  • 通讯作者:
    Lijun Wang
Research progress of optical fiber Fabry-Perot interferometer high temperature sensors
光纤法布里-珀罗干涉仪高温传感器研究进展
  • DOI:
    10.37188/co.2021-0219
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chinese Optics
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    LI Ai-wu;SHAN Tian-qi;GUO Qi;PAN Xue-peng;LIU Shan-ren;CHEN Chao;YU Yong-sen
  • 通讯作者:
    YU Yong-sen

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  • 通讯作者:
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陈超的其他基金

基于飞秒激光诱导双折射波导光栅反馈的窄线宽半导体激光器研究
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    2015
  • 资助金额:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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